浅谈融媒体下的4K视音频信号传输

徐兴斌

摘要：IP技术和新的12G SDI技术将逐渐取代3G SDI技术，技术朝着虚拟化、集中化管理和远程化控制的趋势发展。高标清电视已经无法满足观众的需求了，4K，8K等超高清电视应运而生，新技术的发展对于信号的传输提出了更高的要求。

关键词：4K； HDR； SDN； PTP； SMPTE 2022（2110）

什么是4K？

4K技术=HDR（高动态）+WCG（宽色域）+4K（高分辨率、高带宽）

标清电视分辨率：720x576；高清电视分辨率：1920x1080；4K电视分辨率：3840x2160；8K电视分辨率：7680x4320。

HDR高动态范围图像（High-Dynamic Range，简称HDR），又叫高动态光照渲染，相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节，根据不同的曝光时间的LDR（Low-Dynamic Range）图像，利用每个曝光时间相对应最佳细节的LDR图像来合成最终HDR图像，能够更好的反映出真实环境中的视觉效果。

广播电视工业界现存的核心实时视音频信号处理系统与流程的特点：

A.专业和独有：高度可管可控，安全级数高。

B.封闭不开放：无法高效地实现和互联网和IP宽带网络的对接。

C.高成本扩展性差：系统建设与运营的成本很高，灵活性和扩展性差。

SDI系统更适合转播车、演播室、后期制作系统应用，技术成熟标准确定，技术熟悉程度高、稳定、维护方便，现阶段实现成本低；系统灵活性差。4链路SDI：可兼容现有HD系统监看环境；电缆数量多、系统复杂。12G-SDI：技术已经成熟、系统简单；缺点是和HD系统无法兼容，需要建设全新的监看系统，对带宽的要求较高。IP系统：更适合播总控系统应用。借用IT技术，系统灵活性好；缺点是标准没有确定、兼容性差，需要全新的系统设计及运营管理技术，系统稳定性稍差。

为什么大部分电视台仍然使用SDI传输，SDI仍然是电视台的主流呢？因为SDI无压缩内容，图像质量高；不丢帧；具有很低的延迟和抖动；基于帧的精确切换很简单；单向传输，简单的协议；系统连接简单；SDI是开放的，没有专利的全球支持的标准。

为什么要通过IP传输视音频信号呢？使用IP信号传输，可以使用现有的IT低成本的设备，更加经济，降低布线的成本，减轻线缆的重量；与SDI路由和网络相比，IP的路由和网络有更大的灵活性，可以实现中心和下变换流制作的全新的工作流程；全IP网络化的流程具有可扩展性，对于以后的升级扩容更加便捷。

使用IP带来的问题有哪些？网络延迟、抖动、丢包、同步问题、对称性、复杂的双向协议都是需要考虑的。

IP视频浅压缩有三种形式：LLVC，TICO，VC-2。目前大部分采用的是TICO浅压缩。

浅压缩与非压缩：浅压缩在不损失图像质量的前提下，能有效降低网络带宽；厂家间标准不统一，兼容性差。

Prism填补了SDI和IP转换之间的空白，这是一个新平台。Prism是3RU半机架平台，带有9英寸高清显示器和触摸面板；简化的用户界面（网络浏览器操作）；灵活适应标准。

软件确定的平台，提供了扩充能力和灵活性，处理各种不断进化的新技术和新标准（面向未来，保护客户投资）。Prism采用全内置解决方案，无缝迁移到基于SDI和基于IP的混合基础设施。PRISM支持SMPTE2022-6和PTP，还可以增加更多的格式例如：AES67，TR-03，SMPTE2110，NMOS，ASPEN，NMI，TICO，LLVC。

什么是SDN？软件定义网络（Software Defined Network，SDN），是Emulex网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。

PTP有哪些特点呢？

PTP是基于以太网的网络本身是异步的。精密时间协议（IEEE 1588）旨在同步以太网络上不同节点的实时时钟。PTP 没有使网络本身同步（同步以太网或SyncE中的网络本身是同步的）。最新版本是IEEE 1588-2008，也称为PTP第2版。SMPTE最近发布了一项基于PTP第2版的标准，专门用于广播视频应用。

联网测量和控制系统使用的精密时钟同步协议标准：根据SMPTE ST 2059-1 2015，把时钟信号生成并把接口信号对准SMPTE Epoch，SMPTE ST 2059-2 2015，专业广播应用中使用的IEEE-1588精密时间协议配置。

现在我们来聊聊通信模式。一般分为单播，组播，混SMPTE。对于混合模式有哪些要求呢：首先主设备和从设备必须匹配或兼容；其次组播和混合模式可能需要IGMP加入和离开，全部單播必须在所有从AMT中有主设备地址；没有协商的单播不允许主设备调整负载，在不同域中可以使用两个主设备，因此在不兼容的通信模式下为从设备服务。

SMPTE-2022：一个早期无压缩的标准，被早期的IP设备广泛采用。基于视频结构的IP封包及传输、同步、容错标准。

SMPTE-2110：一个逐渐成熟的标准，将被未来的IP设备广泛采用。完全基于数据包结构的IP封包及传输、同步、容错标准。

不同形式下的传输速率：SD 270Mb/s SMPTE 125；HD 1.5Gb/s SMPTE 292；Dual Link SMPTE 372；3Gb/s SMPTE 425/424；12Gb/s SMPTE 2082；4 x HD-SDI；4 x 3Gb/s SDI。

4链路SDI传输有哪些需要考虑的要素呢：链路间的同步问题；单路 SDI传输；有效的同轴电缆，眼图测量；安全性；传输抖动；传输协议；浅压缩方式。

结束语：IP化既给广电行业带来了机会，也带来了挑战。IP化也会带来技术维护、应急和售后服务的变化。IT的售后服务模式在IP化过程中将会进入到广电领域。迁移到IP是个逐步的过程，在可以预见的未来，“混合”SDI/IP工作流程将一直存在。