播出传输网络IP化发展探讨

李超锋

摘 要：随着新媒体的出现和媒体融合的发展，传统电视的传输播出模式已经不能适应新时代的要求。因此，从播出IP网络化传输必然性和实现IP化播出的一些关键问题出发，对播出传输网络IP化发展展开研究。

关键词：IP化播出;传输网络;基带信号

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）07-0011-03

Absrtact： With the emergence of new media and the development needs of media convergence， the transmission and broadcasting mode of transmission of traditional television， can not meet the requirements of the new era. The inevitability of network transmission of broadcasting IP and some key problems in realizing IP broadcasting were discussed and analysed in this paper.

Keywords： IP broadcasting;transmission network;baseband signal

近年来，新媒体的发展日新月异，媒体融合势在必行。当前，4K超高清信号已经在部分电视台出现，对传统的电视播出传输系统造成了极大压力。IP技术的发展日益成熟，若将其应用于传统的电视播出传输系统，那么将大大提高传输4K超高清信号的质量和效率，是下一步电视发展的必然趋势。因此，下面将简单分析和探讨播出网络IP化时代的发展趋势。

1 电视播出发展趋势

1.1 传统电视的播出传输模式

现在的标清和高清电视主要以SDI信号为主要播出传输模式，具有一定优势。但是，随着融媒体技术的发展以及4K电视和8K电视出现，这种优势越来越不明显。

1.1.1 系统比较复杂。播出机房有很多设备和布线，其中布线最多的是矩阵系统。1根电缆只能传输1路SDI信号，而每一路信号的调度和切换都需要矩阵来实现。所以，在矩阵系统能看到成百上千的电缆，且都已捆绑固定好。这些线路连接着很多设备，如网络、数据库、存储和播控台等设备，所以故障点较多，一旦出现故障，查找比较困难。通常一根线路出现问题，整根线路需要重新布线。此外，SDI信号传输距离较短，尤其是传输高清信号，超过100 m就可能产生误码，影响播出画面质量。

1.1.2 传统播出模式带宽存在局限。传统的电视传输信号带宽有限，而一根SDI信号传输线的最高传输速率为3Gb/s，而传输超高清4K信号的传输速率为12Gb/s，是传统SDI信号传输速率的4倍。随着融媒体的发展，4K和8K超高清信号成为一种发展趋势，若仍采用普通的SDI信号传输，那么一路超高清信号就得用4根1 080P的SDI线缆传输带宽，造成线缆数量成倍增加，故障隐患增大。

1.1.3 传统播出模式控制存在局限。传统电视播出模式中，一个控制台通常只控制一個频道或者几个固定频道的播出，主要通过点对点的连线控制视频服务器和周边的一些相关设备。若播出控制出现问题，将会影响一个或者几个频道的播出。

1.2 IP化播出存在的优势

1.2.1 播出网络IP化架构。IP化播出以虚拟技术为基础，基于网络构建的播出云平台。云平台主要包括基础层、服务层和应用层，而基础层包括基础网络、存储云、计算云和数据库等。除上载工作站之外，云平台可以统一提供IP化播出系统运行所需的虚拟机、服务器、存储媒资、切换台和播控工作站等，可以方便配置和控制物理服务器，从而充分利用物理服务器资源，有效控制硬件运行成本。

播出系统从传统的SDI模式转变成全IP化播出模式后，可以按照不同的格式分发到不同的系统终端，如有线机房、视频网站IPTV前端、APP平台和OTT平台等，如图1所示[1]。

1.2.2 搭建系统比较方便。IT硬件设备安装相对容易，IP网络覆盖范围广，且布线组网比较简单。系统结构搭建不复杂，周边所用的设备不多，调试和软件配置简单，操作方便，市面上很多硬件通用，花费成本不高，维护成本较低，各方面风险较好控制。

1.2.3 扩展系统灵活。播出系统IP化后，采用模块化方案设计，系统自动扩容方便，能热插拔，可以实现即插即用，升级和增补设备也比较方便。此外，随着播出系统的升级和规模的扩大，存储容量和网络带宽等扩展都比较方便。

1.2.4 控制设备比较灵便。lP化播出系统搭建好后，所有控制命令都可以通过网络协议实现，不需要点对点布线，可以减少故障点。IP化播出系统主要采用集中播出管理模式，一个电视台往往有几个播出频道。采用IP化播出后，可以采用集中管理模式，几个频道控制可以在一个控制台实现。若IP流播出控制系统出现故障，可以在网络选择自动切换模式启动另一个控制端，保证一个控制端实时在线。

1.2.5 较好的系统兼容性。IP化播出视频服务器具有良好的系统兼容性，输入输出接口相对灵活，支持在本地IP化素材文件与IP化SDI信号之间自动无缝切换播出，支持MPEG-2、H.264、H.265等多种压缩编码格式，支持MXF、AVI、MOV等文件封装格式和VDCP Louth等控制协议。

2 播出网络IP化面临的一些问题和要求

2.1 基带信号IP化技术要求

数字视频信号IP化技术已经成功应用于文件化制播域和压缩传输域。播出分发环节必须从基带SDI过渡到基带IP化，IP化后才能实现播出多终端跨屏互动和媒体融合。非压缩基带实时视频、音频的IP化应用对网络带宽要求非常高，要建立非压缩的4K IP化播出系统，需要100G IP链路、IP视频、音频码流调配及其路由[2]。表1为采用专用网络交换机和专用SDN时，SDI信号路数和IP以太网带宽实时承载的关系。

2.2 延时问题

传统电视系统使用SDI基带信号传输延时相对较小，而使用IP化网络传输后，由于链路长度增加，会出现延时问题。如何解决好延时问题，是摆在技术人员面前的一个重要问题。由于IP协议是双向协议，基于SDI基带视频信号IP化传输方式的封装和传输协议特性，IP视频网络传输链路在传输IP视频流时会存在抖动和丢包风险。不同的路径会有不同的延时，从而导致路径延时，且这种延时量会高于SDI基带视频信号的延时量。因此，必须处理好SDI基带视频信号IP化后传输的延时。

2.3 同步问题

电视系统中同步问题也是一个重要的问题。若系统信号不同步，那么播出信号将无法观看。所以，电视播出系统IP化后必须解决同步问题。传统的电视系统中，同步信号通常使用专用线缆传输同步信号，以保证声音和图像信号同步播出。播出系统IP化后，需将同步信息嵌入网络，在以太网中传输。以太网的同步协议主要精度为毫秒级，由于网络状况不确定和交换机延时，在IP网络环境中想实现信号同步难度较大。但是，IP化基于SMPTE 2059时间协议PTP就能消除网络协议的误差，大大提高信号同步的精度，将精度控制在ps量级，从而解决IP化电视系统频率同步、相位同步和帧、行同步，实现设备的同步无缝切换。

2.4 高可靠性保证

IP化播出系统采用主备热备份、主备自动热切换、主从同步、设备集中控制以及网络主备双链路等技术，可以支持播出系统24h不间断播出[3]。播出视频服务器IP化后，为了保证系统的安全性，可以采用网络节目单和本地节目单两种节目单模式。若播出控制系统信号存在问题，那么播出系统会自动读取本地节目单，以保证节目信号的正常播出。

2.5 安全问题

传统电视的信号传输主要以SDI为主，整个架构是单向数据传输网络，有固定协议，架构封闭，所以整个播出网络相对安全。但是，播出实现IP化后，整个网络架构中各个网络设备之间能够互相访问，会带来一定的安全问题。所以，要部署好防火墙和防病毒网关，采用私有协议，保证IP传输数据的安全性。

3 播出网络IP化技术

3.1 编码模式

将传统电视的整个传输架构IP化后，还需要解决4K超高清视频的编码压缩问题。目前，H.265编码压缩技术在4K超高清信号的使用中有较好表现。而新一代高效编码H.265HEVC是目前4K编码压缩技术中较好的一种，在相同图像质量的情况下，实现的编码压缩视频码流是H.264的60%，能有效减少4K超高清信号的使用带宽。

3.2 解码模式

在IP化播出环节，需要在节目播出环节对IP流信号叠加台标字幕，所以要对4K H.265的TS文件解码再编码。这一过程需要增加相关技术设备，导致资源占用量增加，成本提高，是下一步需要解决的问题。

3.3 解封装模式

在IP化播出前将4K素材进行转码，形成4K H.265 TS标准格式文件。在播出环节，由于需要增加台标和字幕，所以要将TS文件在传输过程中解封装再封装，以满足TS文件的IP化播出要求。这一过程对物理资源占用不大，利用一台服务器即能完成多频道播出。但是，解封装模式对素材要求严格。凡是待播的素材都要进行统一编码，从而形成分辨率一致、格式相同的TS文件。在解封装过程中，需要严密审核素材，统一编码要播出的素材。素材在播出过程中需要重新解码，因此在播出过程中无法在IP流信号上在线叠加台标字幕，只有利用后台字幕叠加显示台标及字幕等。当前，利用解封装模式进行IP化播出难度不大，仅需要针对播出文件进行解码后进行二次封装，就能形成高清、低物理资源占用模式，提高CPU资源性能，减少资源占用。其中，资源占用明显较大的文件可以采取离线方式运行。

4 结语

在媒体融合的发展趋势下，播出网络IP化已经成为广播电视创新发展的必要途径。从传统的基带SDI播出到IP化播出，可以将SD标清和HD高清播出信号转化成超高清4K播出信号，从而使观众获得更高清、更快捷的收视体验，也有利于打通传统媒体与新兴媒体之间信息传输的壁垒，加快传统媒體与新兴媒体的融合。

参考文献：

[1]徐俭，马春，徐有聪.媒体融合时代电视中心IP化基础架构技术初探[J].广播电视信息，2015（3）：64-67.

[2]尹鸿学.高清数字电视的IP化技术探讨[J].新媒体研究，2017（23）：10-11.

[3]陈明培.电视播出技术的IP化变革[J].西部广播电视，2018（12）：190-191.