IP 化制播网在广播电视行业的应用

唐兴仁

（天祝藏族自治县毛毛山微波台，甘肃 武威 733299）

0 引 言

在广播电视行业向超高清、融媒体方向发展的背景下，广播电视采、编、播、存、传等制播流程的优化升级成为迫切需求。本文以IP 化制播网关键技术、基本架构及应用为研究重点，揭示IP 化制播网对广播电视媒体内容制作和播出的影响。

1 IP 化制播网概述

IP 化制播网采用基于信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）的IP 化技术架构，可以提升广播电视采、编、播、存、传等制播流程的整体效率，推动广播电视行业向超高清、可视化、云化及智能化方向发展[1]。在广播电视行业向超高清、融媒体发展的背景下，广播电视单位制播流程的IP 化改造具有迫切的现实意义。

IP 网络架构具有传送带宽大、传输距离远、部署运维成本低以及支持软件定义网络（Software Defined Network，SDN）自动化管理等优点。IP 化制播网支持视音频流和办公业务流的混合传输，能够与大数据、云计算、虚拟化及人工智能等技术融合应用，适应传统媒体与新媒体融合发展的业务需求，极大提升广播电视行业的融媒体生产能力[2]。

2 IP 化制播网的关键技术

2.1 组播NAT

组播网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是一种网络技术，用于管理组播数据包在网络中的传输。其主要作用是将内部网络的组播数据包映射到外部网络的组播地址，以便实现跨越不同网络域的组播通信[3]。组播NAT 的原理是将内部组播源的IP 地址和端口映射到外部网络的IP 地址和端口，以确保组播数据包在跨越网络边界时能够正确传递。

2.2 净切换

净切换（Clean Switching）是广播媒体制播领域的一项关键技术，旨在确保制播过程中视频和音频切换时的连续性和稳定性。净切换通过无缝切换不同来源的视频和音频信号来创建平滑的过渡效果，以使观众感受不到切换的瞬间。净切换的实现方式包括使用专用硬件设备或软件算法，在视频帧之间、音频采样之间或两者同时进行切换。在制播过程中，净切换技术可用于各种情况，如从广告切换到正片、不同摄像头切换、不同音频源切换等[4]。

2.3 高精度时钟

高精度时钟确保音频和视频信号的同步性，保证了制播内容的高质量。在广播领域，高精度时钟的重要性表现在以下方面。

（1）同步性。广播信号通常涉及多个源，包括音频、视频和数据。高精度时钟确保这些信号在播出时精确同步，消除了不协调或延迟现象。

（2）高质量音频。高精度时钟有助于确保音频采样率的一致性，从而提供清晰、无失真的声音。

（3）平稳切换。在广播中，经常需要切换不同的信号源或内容。高精度时钟确保切换过程平滑，不会导致音频或视频断裂[5]。

2.4 流发现

流发现（Stream Discovery）技术用于自动检测、识别和管理媒体流，可有效地发现和追踪网络中的各种媒体流，以便进行分发、监控和管理。流发现技术具有以下作用。

（1）媒体流识别。自动识别不同类型的媒体流，如视频、音频、数据等。

（2）流量监控。实时监测网络上的流量，以便及时识别潜在问题或异常情况。

（3）流路由。根据需要将媒体流导向适当的目的地，以实现广播或数据分发。

（4）负载平衡。在多个网络路径上分发媒体流，以确保资源的均衡使用和高可用性。

（5）故障检测和恢复。及时检测故障，并自动切换到备用路径或资源，以维持媒体流的连续性[6]。

3 IP 化制播网基本架构及优势

3.1 IP 化制播网的基本架构

当前，国内科技企业纷纷推出了自己的IP 化制播网解决方案。以华为公司的IP 制播网解决方案为例，其基本架构如图1 所示。该网络以SDN 架构为主体，包括综合管理层、核心网络层及媒体节点层3 个层次。

图1 华为IP 制播网架构

3.2 IP 化制播网架构的优势

IP 化交换矩阵采用脊-叶（Spine-Leaf）组网架构，凭借其可信性与可靠性在广播电视领域有广泛的应用。IP 化制播网架构具备高效转发、负载均衡、灵活扩容、无阻塞等特点，架构模式有单机架构、单脊多叶及多脊多叶3 种模式。单机架构组网简单，可扩展性弱，适用于小型控制系统；单脊多叶架构可扩展性好，用于大中型控制系统，基本满足广播电视台需求；多脊多叶架构可扩展性非常强，适用于超大型控制系统。

4 IP 化制播网的应用案例

4.1 4K IP 演播室制作系统

某4K IP 演播室制作系统包含三层架构。上层是控制系统，主要包括矩阵整体检测、交叉点切换工具、系统精确时间协议（Precision Time Protocol，PTP）监测等；中层是IP 化交换矩阵，包括开放北向接口，支持网络配置协议（Network Configuration Protocol，NETCONF）、Telemetry、简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP），南向与下层广电厂商的各种音频、视频终端设备具有良好的互通性；下层是广电厂商的各种音频、视频终端设备。不同类型的设备、网络节点通过协议连接，实现互联互通[5]。

4.2 4K 超高清总控IP 调度和分发系统

中央广播电视总台建设的全国首个总控IP化系统是基于IP 化制播网与SDN 架构实现的无压缩信号制播系统，其架构如图2 所示。4K 超高清总控IP 调度和分发系统由应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）层、总控PTP 同步系统、远距离系统接入、园区内高码系统接入、台内低码系统接入、台外系统接入、总控内部信号链路、台内低码系统接出、台外低码系统接出、核心调度路由交换设备以及编样码隔离系统等组成。系统支持超过2 000 路的4K 无压缩信号调度，支持超远距离传输，具备远程/超远程制播能力[6]。

图2 4K 超高清总控IP 调度和分发系统

5 结 语

本文深入研究IP 化制播网的关键技术及其在广播电视行业的实际应用。从4K IP 演播室制作系统到4K 超高清总控IP 调度和分发系统，IP 化制播网正在重塑广播电视行业的制播模式。相信IP化制播网将继续创新，推动广播电视行业的超高清、融媒体发展进程。