電視播出技術的IP化變革

陳明培

隨著互聯網產業的快速發展，IT技術在各行各業得到廣泛應用，并且成為推動國民經濟發展的新動力。2010年，國務院制定了三網融合發展的具體方向，廣電行業在三網融合的驅動下，必須求新求變才能適應新形勢的發展要求。在這樣一個變革時期，廣電系統既面臨著發展機遇，又要應對很多挑戰。本文通過對廣播電視播出現狀及發展進行梳理，引出并闡述了IP化電視播出系統及其在傳統播出系統中的技術改造要求，通過對IP化電視播出系統與傳統播出系統進行對比分析，揭示出IP化播出系統的優勢和面臨的問題，最后介紹了實現IP化播出系統運行的思路。

1 廣播電視播出現狀和發展

隨著我國廣播電視事業迅猛發展，廣播電視設備和信號傳輸方式等都處于更新換代時期，衛星、有線電視和地面電視廣播都迅速步入數字化時代。根據國家統計局發布《2017年國民經濟與社會發展統計公報》數據顯示，2017年我國廣播節目綜合人口覆蓋率為98.4%，電視節目綜合人口覆蓋率為98.9%，有線電視用戶2.5億，有線數字電視用戶為2.38億，同比2014年分別增加2.1億和0.51億。電視用戶的逐年增長，加快了電視事業的快速發展。

隨著電視的不斷發展，IT技術在電視播出上的應用也愈加廣泛。電視播出經歷了從模擬到數字，從標清到高清，從傳統播出方式到智能化、IP化播出的轉變。具體來說，電視播出技術主要經歷了三個發展過程。

1.1 電視信號數字化高清化

隨著人們對電視質量的要求越來越高，數字信號被廣泛采用。數字信號具有抗干擾能力強、圖像質量好、易于實現信號實時處理等特點。目前，數字電視已由標清、高清向超高清發展。

1.2 播出系統趨于IT化網絡化

隨著數字電視快速發展，電視節目的數量和質量也在不斷提高，磁帶播出逐漸被文件播出所取代，系統的控、管、監要求越來越高，因此需要將電視技術與IT技術、網絡技術緊密結合起來，使播出系統達到較高的自動化程度，因系統全程具有非線性，所以整體效率明顯提高。另外，通過網絡技術可以實現系統互聯與資源共享。網絡化、IT化播出系統不僅能在很大程度上提升電視播出的質量，還為電視播出系統的智能化奠定了堅實的基礎。在廣播電視領域網絡化發展過程中，廣電總局制定了《電視臺數字化網絡化建設白皮書》，這對行業內系統的網絡化建設起到了指導和規范作用。全國廣電行業網絡化建設步入正軌，極大地提高了節目的制播水平和效率。

1.3 SDI信號IP化傳輸

2010年，國務院制定了三網融合時間表，在相關部門的共同推進下，互聯網視音頻技術及新媒體迅速發展，這對廣電行業技術系統建設提出了更高要求。為了實現媒體資源的有效融合，電視節目分發平臺不僅要把電視信號分發到傳統的有線網絡和衛星網絡，還要通過新媒體接口把信號發布到各個網站、移動軟件等平臺之中，以便人們可以通過電視機、電腦、手機等不同終端隨時隨地享受高質量的電視節目。由于新媒體運營基于互聯網業務和IP技術體系的平臺，傳統的廣電信號傳輸方式無法滿足其節目傳輸的需要，所以信號IP化傳輸自然成為人們關注的重點。另外，隨著超高清電視的發展，高碼率的電視信號也促進了基帶SDI信號的IP化傳輸。

2 IP化電視播出系統概述

隨著電視技術的進步，超高清電視和新媒體技術在電視領域的應用越來越普遍，推動了IP化電視播出技術的發展。IP化電視播出系統指的是采用以高速IP網構架為基礎的電視綜合網絡實現電視視音頻信號傳送的系統。IP化電視播出系統采用的是基于互聯網的新型電視播出技術，其在傳統電視播出系統的改造中具有以下三方面的特點。

首先，由于互聯網本身的虛擬性、不確定性，所以IP化播出系統在傳統系統中的改造上必須保障共享信息與內部信息的安全，要通過建立防火墻、網閘、網絡審計引擎、病毒入侵檢測引擎及身份認證和終端安全管理系統來保障交互信息的安全，使播出系統在工作中始終處于安全監控狀態；其次是操作便捷。IP化電視播出系統的界面要求簡潔易操作，在硬件設施和整體布局上要注重簡單易行的特點；最后是功能齊全。IP化電視播出系統必須擁有精確的播出控制和IP化信號的凈切換功能，要以數據庫為支撐，具備各類信息數據的通信功能，能夠完成素材整備、管理和穩定的解碼播出，能提供廣告、節目的接口服務等。

3 傳統播出與IP化播出的對比分析

傳統播出系統人員參與度較高、自動化程度低、設備功能也較單一，但系統風險小。IT技術發展推動了IP化播出的廣泛應用，IP化播出的特點是IT集群化、應用虛擬化和視音頻IP化，其強大的技術優勢也凸顯出IP化播出必將是未來電視播出的主流。

3.1 IP化播出系統與傳統播出系統相比所具有的優勢

3.1.1 IT資源利用方面

IP化播出是基于虛擬技術的播出系統，它通過對物理服務器配置的有效控制，使物理服務器資源可以得到充分利用。CPU應用效能的不斷提高使IT資源在廣電播出領域中發揮出應有的作用。根據相關研究數據顯示，如果IT資源在廣電播出領域得到充分應以后，且IT資源利用率從10%提高到70%，那么廣電系統硬件上的運行成本就會得到控制。

3.1.2 資源分配方面

其次，IP化播出能夠按照業務需求靈活、專項地制定業務流程，按需進行資源的分配，不同工作站點之間可以通過網絡進行資源共享，可以通過軟件提高系統的生產效率。

3.1.3 實現控制的方式方面

傳統SDI播出視頻服務器及周邊設備都是通過點對點間的連線來實現控制，而IP化播出中的設備均通過網絡協議來實現控制，由于不需要點對點布線，部署上更簡單。

3.1.4 采用的方式方面

IP化播出系統采用IP方式，用以太網取代同軸電纜，能夠進行雙向傳輸，并可以將音頻、視頻，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+中，從而簡化了系統、降低了成本，便于維護和升級。

3.1.5 監控方面

IP化播出系統有利于對IT及AV設備、網絡、軟件、業務和信號等實現全域監控，當電視播出信號出現故障時，能自動進行應急處理、迅速恢復播出。

3.2 IP化播出系統與傳統播出系統相比存在的不足

盡管IP化播出系統與傳統播出系統相比較有很大的優勢，但是其本身所存在的不足，所以IP化播出系統在應用上仍有很多地方需要改進。IP化播出系統與傳統播出系統相比較，其不足之處體現在三個方面。

首先，IP化播出系統的搭載平臺是一個基于虛擬平臺的網絡化播出系統，而網絡所存在的安全風險及諸多不確定因素極易造成IP化播出系統出現虛擬平臺癱瘓的問題。其次，在IP化播出模式下，除核心設施外，還有很多周邊IT設備的功能被集成到一臺計算機中，一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，提高了IT資源利用率，但其性能及穩定性還需要通過更多的播出實踐來驗證。最后，傳統的SDI信號傳輸非常穩定，但IP數據包會產生丟包、網絡抖動等問題，電視信號傳輸實時性要求很嚴格，實時視音頻信號的傳輸不具備重傳能力，一旦網絡故障，就會導致傳輸節目流中斷或信號劣化。另外，由于IP化傳輸方式的封裝和傳輸協議特性，所以其延時要明顯高于SDI信號傳輸。

總而言之，人們運用傳統播出系統不管是在技術上，還是在操作上，都已經很嫻熟，并且在長期的應用中積累了大量的經驗，所以整個系統的穩定性也要高于IP化播出系統。

4 IP化播出系統的實現思路

IP化播出憑借技術優勢，必將成為未來電視主要播出方式。但也要看到IP化播出系統存在安全性較低、系統穩定性差等問題。在IP化播出中，為了防范虛擬平臺癱瘓和一體機故障，一定要做好網絡和設備冗余備份。關于IP化傳輸的穩定性，SMPTE 2022標準涵蓋了壓縮、無壓縮的視頻傳輸及無中斷的保護機制，SMPTE 2059 PTP采用最優主時鐘算法實現同步，只要使用符合標準的設備，采用IP化播出的關鍵技術，就能保證IP化信號的正常播出。IP化播出分為無壓縮SDI OVER IP和有壓縮TS OVER IP兩種方式。TS OVER IP是基帶信號經過編碼壓縮再封裝成IP包進行傳輸，能節省很多帶寬，HEVC/H.265 標準是目前公認的4K編碼壓縮技術，下面以4K H.265 IP化播出為例，介紹解碼和解封裝兩種模式。

4.1 解碼模式

以解碼技術為基礎，在4K H.265 IP化播出中，通過解碼、重新編碼，完成4K TS的IP化播出。對TS文件進行解碼再編碼，可在IP流信號中實現臺標疊加，但這種模式會增加資源的占用，這也是當前IP化播出面對的一大技術難題。

4.2 解封裝模式

對要播出的素材統一轉碼形成分辨率一致、格式相同的4K H.265 TS標準格式文件。播出時對TS文件進行解封裝，再將TS文件封裝成IP包以滿足IP化播出的要求。這種模式資源占有率較低，可用一臺服務器完成多頻道播出。不過，由于素材文件不需要重新編碼，所以在播出過程中無法實現IP流疊加臺標字幕的功能，只能通過后級字幕機完成對臺標字幕的疊加。

4K H.265 IP化播出采用解封裝模式的實施難度相對要小一些，在解封裝模式下只有硬盤和I/O資源占用有所增加，而CPU資源占用不會明顯上升。

5 結語

隨著互聯網技術的快速發展和人們對電視觀看及參與要求的提高，傳統電視播出模式的改變勢在必行，IP化播出系統具有的強大技術優勢，雖然電視領域IP化播出還處于初始階段，要取代現有的播出架構還需要解決不少問題,但是電視播出IP化是大勢所趨。現在應該積極推廣IP化播出的應用，逐步積累使用經驗，儲備專業技術人才，為電視播出IP化發展打下堅實的基礎。

[1]徐儉.IP化播出技術初探[J].廣播電視信息,2017(3).

[2]王寬.IP虛擬化播出和傳統播出對比[J].聲屏世界,2016(s1).