电视演播室IP化关键技术及系统构成

2018-07-05陈奕翔

西部广播电视 2018年12期

陈奕翔

4K技术、融合技术等媒体技术的发展步伐较为迅速，网络线缆以及带宽等问题已经在很大程度上限制了信号传输，影响了数据传输、节目制作等各个环节。目前，在电视演播室使用的都是以串行数字接口和专用数字视频矩阵为基础的技术架构，这种架构已经达不到需求，主要表现在以下几方面。一是电缆数量多、维护相对困难。由于在电视演播室内部，矩阵交换一根电缆只能承载1路SDI的TS信号，一般电视演播室有几百甚至上千条SDI电缆，电缆长且捆绑在一起，一旦发生故障，更换困难，只能新增电缆，从而增加成本。二是SDI信号传输距离短。SDI信号传输距离小于100 m，一些个线路不具备传输高清节目信号的条件，在传输过程中比较容易产生错误代码，从而使图像变得不清晰。三是串行数字接口的高清系列产品价格比较高昂且种类比较单一，从而出现系统方案选择性少且整体造价比较高的情形。IP化的网络架构范围较为广泛，传输技术发展到今天也比较成熟，电视演播室IP化已经成为未来的发展方向。

1 电视演播室IP化关键技术

电视演播室IP化架构发展主要包括3个阶段，即传输级的IP化、总控交换级的IP化、全流程无压缩音视频IP化。电视演播室IP化架构是第三个阶段，其中，还需要对相关关键技术做进一步细化和完善。

1.1 同步

电视信号具有时间同步的特点，否则信号切换和混合就会难以操作。SMPTE RP-168 文件指出，传统的SDI系统必须额外接入同步信号才能使信号同步和正常切换画面，而IP系统就不用专用线缆传输同步信号，同步信息嵌入在网络中（如图1所示）。

1.2 帧精度净视频切换

不同的厂商其净切换方式各异，索尼公司和艾弗茨均使用IP交换机来进行切换，这样一来，设备和交换机就可以直接进行连接，在信号接收端接口处就能完成净切换过程，但是，在切换过程中传输码流数量变为两个，从而使带宽利用率降低；美国格拉斯瓦利公司采用的是通用IP交换机，前提是在通用交换机与设备之间增加IP接口GV Node，设备不能与交换机直接连接，通过这个GV Node精确控制切换时间，从而有效实现净切换。

1.3 网络冗余备份

Ethernet AVB通过CNT实现数据传输安全备份，就是传统意义上说的网络拓扑结构。通过利用该技术，在网络发生故障时可以使主备链路切换时间小于40 ms。而且，如果在路由上采取两张完全独立的网络，信源设备在发送IP流数据包时，两条线路互不干扰，即使其中一条线路出现故障，出现数据包中断，另一条线路仍然可以继续进行切换传输工作，如图2所示。

图1 两种架构同步方式区别

图2 网络冗余备份

1.4 Software Defined Network软件定义网络

SDN是电视演播室IP化架构的核心软件，它具有控制管理功能。由于SDN具备的控制管理功能，使通用或专用IP Switch能够实现传统SDI矩阵的功能，控制层与数据层由于Software Defined Network的存在可以分离，从而可以利用传统的操作方式对信号进行管理和分配，还可以并提供设置、管理以及操作的接口或界面，从而实现服务质量和带宽管理。

2 电视演播室IP化技术系统构成方案

电视演播室系统IP化已成为今后的发展趋势，从清晰过渡到高清，再过渡到超高清，这个过程必须以高的网络带宽为前提（3840×2160p508×3840×2160p50；如果换作SDI信号，必须保证1.5G12G），只有保证充裕的带宽，才能使IP化的优势充分发挥出来。但是，Ethernet作为普遍采用对象，其带宽仅为10 GbE，很显然难以达到要求。

为构建超高清和全IP系统，可以尝试以下三个方案。

第一，把SMPTE的链接与映射作为基础，通过绑定四个3G-IP链路进行超高清信号无压缩传输。但该方案使设备利用率降低，且会显著增加布线任务，从而增加走线空间负担。另外，缺乏IP超高清传输标准作为参考依据，从而面临信号分配和延时等相关问题。

第二，利用更高速的Ethernet。UHDTV Ecosystem Study Group 2014年研究报告和Ethernet Alliance 2016年度报告中均对大范围推广高速Ethernet以及开发基于IP的超高清无压缩实时接口标准进行了系统分析介绍，从而对云平台建设提供强大的网络支撑。

第三，对信号采取轻压缩的手段，以便适配现有网络。然而，在前广播电视行业中，如果利用此手段实现实时直播和切换必须保证高质量、低延时以及低压缩比。同时，在整个传输路径中，各个设备都必须支持这种压缩方法，且要想实现不同压缩方法的实际操作，就必须具有各自专用的编解码器，这就要考虑互操作性问题。