基于“5G+IP+4K 8K+云服务”的电视台网络系统架构的探索与设计

倪亚凡 徐艳 徐歆

摘  要：5G、IP化、4K/8K、云计算时代的到来加速了传媒行业的发展与改革，将5G、IP、4K/8K、云计算等新技术相结合成为了必然的趋势。本文首先结合电视台介绍了5G、IP化、4K/8K、云服务技术，随后探讨了基于“5G+IP+4K/8K+云服务”的电视台网络系统架构，最后对广电行业的技术变革进行了展望。

关键词：5G;IP;4K/8K;云计算;网络系统                          中图分类号：TN945                                  文献标识码：A

本文著录格式：倪亚凡，徐艳，徐歆.基于“5G+IP+4K/8K+云服务”的电视台网络系统架构的探索与设计[J].中国传媒科技，2020（8）：19-21.

导语

随着中国科学技术和物联网的进步与发展，越来越多的消费者尤其是年轻一代习惯用手机，笔记本电脑等移动智能终端设备来获取日常生活中的各种信息。传统的广播电视技术将逐渐退出历史的舞台。 与此同时，众多新技术的产生给传统广播电视技术的改革带来可能，能否抓住机会，利用这些新技术改变广电行业的现状是所有广电技术人员需要思考的问题。传统的广播电视技术遇到了前所未有的挑战。本文迎合了时代的需要，探讨设计了一个基于 “5G+IP+4K/8K+云服务” 的三合一电视台网络系统架构，使电视网有可能摆脱现有的子系统之间相互独立、设备种类复杂、接口协议众多、传输速率低等一系列问题。给未来的电视技术发展提供了一个参考方向。

1.结合电视台谈5G+4K/8K技术

未来4K、8K的视频传输速率至少要到12-40Mbps、48-160Mbps，显然以目前的4G无线网速度来看已经无法满足4K、8K视频对网络流量、存储空间和回传时延等技术指标的要求。2019年6月6日，工信部正式向中国广电发放了5G商用牌照，这也意味着中国广电成为了第四家5G通信运营商。[1]与4G技术相比，5G有以下优点，如表1所示。

（1）在传输速率上，5G的峰值数据速率能达到20Gbps，为电视台的4K/8K，虚拟现实等大量数据传输需求提供了技术保障。

（2）更低的时间延迟：时延水平在1ms左右，满足电视直播，远程连线等实时应用。

（3）能够同时提供上亿台设备的同时接入，高并发、高密度、高容量。同时在频谱的效率上要比LTE提升10倍以上。在高速运动的环境中，用户的体验速率将达到100Mbit/s。[2]

目前市场上已经出现了诸多的5G移动智能终端设备，如日本索尼公司的5G摄录一体机，中国华为公司的5G手机以及即将出现的5G无人机。通过这些移动设备，我们可以在任何时间，任何地点进行现场视音频信号的采集和传送，实现“最后一公里”的传输功能。

通过5G网络完全可以实现在无线领域的任何现有的传输要求，为消费者带来极速的体验。使观众能体验到超高清，虚拟現实等视频效果。

2. 结合电视台谈IP化技术

目前电视台内部一般采用传统的SDI接口来传输视音频信号，如果继续沿用这种接口传输4K、8K信号将带来以下一些问题：

传统的电视台系统内部通常采用BNC物理接口来收发SDI视音频信号，但是在即将到来的超高清（4 K/8 K）时代，如果继续采用这种传输方式将带来以下几个方面的问题：

（1）电缆多且维护困难。由于在电视台内部，一根同轴电缆只能传送一路SDI信号，而需要传送、调度的信号有很多，这就导致了大量的同轴电缆被捆绑在了一起，一旦出现故障，需要消耗大量的时间和人力来排查，维护成本很高。

（2）SDI信号传输距离的限制。用同轴电缆来传送SDI信号最长可到达的距离不会超过100m，并且在传输高清信号的过程中会出现信号失真。导致视频画面质量很差。

（3）SDI接口只有在电视台这种广播级、专业级的地方采用。而民间大部分采用的是HDMI接口。这就导致了带SDI接口的设备市场占有率低，产品型号单一，系统解决方案少，价格昂贵等一些列问题。

如图1所示，为了改变传统的电视台传输方案，寻求性价比更高的传输技术，越来越多的厂商采用了基于IP传输的移动互联网产品和网络架构。与传统的SDI传输相比，新的IP传输拥有更长的有效距离，更健全的设备，网络解决方案更加灵活多样。在布线方面更加简单，轻量化，大大节约了投资成本。又因为互联网在中国的发展，IP信号的编码技术已经相当成熟，全台IP化的网络趋势是历史所向，大势所趋，顺应潮流。

图1解决方案的核心设备是一款索尼公司自主研发的一款支持IP或SDI接口的切换台。这款切换台支持用户以SDI或IP的方式进行输入或输出。并且信号支持4K分辨率。这是全球首款同时支持4K、IP、SDI接口功能的切换台。通过它，可以在完成电视台IP化改造的同时又兼顾了现有的SDI接口标准，使用户可以继续使用现有的SDI接口设备。

在该方案中，摄像机的SDI输出信号进入一个NXL-FR318信号处理单元，通过这个转换板将SDI信号转化为IP信号流，然后由一根40GbE的光纤以太网电缆将转换后的多路IP信号由转换板引向4K切换台进行切换。用户可以利用PWS-100NM1 IP现场管理软件工作站对系统中的设备进行控制。与此同时，索尼采用自研的算法和QoS技术，使用户可以实时选择最优化的网络带宽，从而确保了4K信号传输的安全性和稳定性。

电视台IP化后将有利于推动4K加速发展。因为传输一路4K信号需要4根SDI视频线，如果采用网线传输的话，一根10G的以太网线即可解决，这就大大减少了线路数量，简化了布线复杂度，便于后期维护;其次，由于采用网线可扩展性强，这为未来不断增加的端口数量和不断提升的分辨率提供了可靠的技术保障。[3]

3. 结合电视台谈云服务技术

云计算服务，即云服务。中国云计算服务网的定义是：指可以拿来作为服务提供使用的云计算产品。包括云主机、云空间、云开发、云测试和综合类产品等。[4][5]

在互联网、大数据引擎迅速发展的时代，广电行业为了改变现状，各个电视台都在寻求利用互联网的思维进行改革创新， 融合媒体平台正是这一时代的产物。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。通过虚拟化技术将服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化，将底层的技术细节屏蔽，为上层提供统一的接口供开发者或者使用者调用。实现了资源的集中控制、共享、融合，解决了信息孤岛的问题，为电台的制播提供了一体化的平台。

通过基础设施虚拟化、API接口标准化、重建流程，实现弹性部署和敏捷生产。既满足了传统的业务流程，又迎合了融合媒体的多业务需要。

如图2所示为某品牌融合媒体平台解决方案。该技术方案将电视台的所有业务流程都注入到融合媒体平台当中，充分利用了现有的新老设备，对其进行统一的调度与管理。应用层为电台不同岗位的人员开放不同应用和权限。系统采用混合云架构，其中公有云用来建设基础的、公共的普通业务应用，私有云用来建设本台私密的、特色的业务应用。[6]

4.“5G+IP+4K/8K+云服务”的电视台网络系统架构

在“5G+IP+4K/8K+云服务”的电视台网络系统中主要包括的设备有5G基站、各种5G移动终端设备、服务器、以太网线、路由器、交换机、5G-CPE等。其中5G-CPE是一种可以将5G移动信号转换成Wi-Fi信号的设备。

如图3所示。在无线传输链路方面，移动终端可以通过自身所嵌入的5G或者Wi-Fi通信模块将视音频信号发送给周围的5G基站、5G-CPE。从而形成5G移动通信网、WIFI无线局域网的二合一无线通信方式。

在5G移动通信网中，移动端与5G基站通过5G空中接口进行通信，然后5G基站和云服务进行通信，中间信号路由经过了中国广电运营商的核心网。

在Wi-Fi无线局域网中，移动终端首先通过Wi-Fi协议和周边的5G-CPE进行通信，然后5G-CPE通过5G空口和5G基站进行通信，最后同样通过5G基站与云服务进行通信，中间信号经过了中国广电运营商的核心网。

在有线传输链路方面，则完全采用了IP化的方式。设备和云服务器，设备和设备之间都采用网线来进行数据的交互。完全摆脱了传统广电的设备接口种类繁多复杂的问题。[7]

利用上述的网络系统架构，既满足了电视台未来的发展趋势（超高清、融媒体），又大大简化了系统的复杂度，为广电行业的技术变革起到了一定的参考作用。

5. 广电行业技术展望

超高清化、5G化、IP化、云化是廣播电视系统发展的必然趋势，成熟的系统需要有完善、统一的标准，各种通信协议还有待讨论确定。所有的模型结构只是一个假设，随着技术的成熟，各行各业的努力探索与实践，广电最终的顶层设计架构将逐渐浮出水面，到时候将真正进入融媒体的信息化时代。用户可以随时随地，以任何一种方式享受融媒体带来的服务方式。

结语

本文首先结合电视台介绍了IT领域的各种新型技术，并将这些新技术与传统广电技术进行了对比，阐述了采用新技术带来的优势。最后应用这些新技术设计了一种新型的网络架构，完全符合三网融合的发展潮流，为广电的技术革命提供了一个新方向。

参考文献

[1] 张棉棉，杨森.工信部向四家企业颁发“5G商用牌照”.[EB/OL].央广网，2019-06-07.

[2] 360百科.5G.[EB/OL].360百科.https：//baike.so.com/doc/5381189-5617498.html#refff_5381189-5617498-12

[3]邓琳伟.电视台全台IP化正当时.[J/OL].ICT新视界，第16期（2015年12月）.https：//e.huawei.com/cn/publications/cn/ict_insights/201512291139/focus/201512301557

[4]百度百科.云计算服务.[EB/OL].百度百科.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%91%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%8D%E5%8A%A1/8061447

[5] 大数据观察.不再傻傻分不清 云计算和云服务到底有啥区别.[EB/OL].大数据观察，2017-3-15.https：//www.sohu.com/a/128932633_398736

[6] 温怀疆，何光威，史惠，段永良.融媒体技术[M]. 北京：清华大学出版社，2016.

[7] 倪亚凡，曾连荪.基于NOMA的车联网系统架构的探索与设计[J].微型机与应用，2017，36（11）：64-65，70.

作者简介：倪亚凡（1990-），男，江苏常州，初级职称;徐艳（1977-），女，江苏扬中，工程师;徐歆（1964-），男，江苏南京，高级工程师 。