電視演播室IP化關鍵技術及系統構成

陳奕翔

4K技術、融合技術等媒體技術的發展步伐較為迅速，網絡線纜以及帶寬等問題已經在很大程度上限制了信號傳輸，影響了數據傳輸、節目制作等各個環節。目前，在電視演播室使用的都是以串行數字接口和專用數字視頻矩陣為基礎的技術架構，這種架構已經達不到需求，主要表現在以下幾方面。一是電纜數量多、維護相對困難。由于在電視演播室內部，矩陣交換一根電纜只能承載1路SDI的TS信號，一般電視演播室有幾百甚至上千條SDI電纜，電纜長且捆綁在一起，一旦發生故障，更換困難，只能新增電纜，從而增加成本。二是SDI信號傳輸距離短。SDI信號傳輸距離小于100 m，一些個線路不具備傳輸高清節目信號的條件，在傳輸過程中比較容易產生錯誤代碼，從而使圖像變得不清晰。三是串行數字接口的高清系列產品價格比較高昂且種類比較單一，從而出現系統方案選擇性少且整體造價比較高的情形。IP化的網絡架構范圍較為廣泛，傳輸技術發展到今天也比較成熟，電視演播室IP化已經成為未來的發展方向。

1 電視演播室IP化關鍵技術

電視演播室IP化架構發展主要包括3個階段，即傳輸級的IP化、總控交換級的IP化、全流程無壓縮音視頻IP化。電視演播室IP化架構是第三個階段，其中，還需要對相關關鍵技術做進一步細化和完善。

1.1 同步

電視信號具有時間同步的特點，否則信號切換和混合就會難以操作。SMPTE RP-168 文件指出，傳統的SDI系統必須額外接入同步信號才能使信號同步和正常切換畫面，而IP系統就不用專用線纜傳輸同步信號，同步信息嵌入在網絡中（如圖1所示）。

1.2 幀精度凈視頻切換

不同的廠商其凈切換方式各異，索尼公司和艾弗茨均使用IP交換機來進行切換，這樣一來，設備和交換機就可以直接進行連接，在信號接收端接口處就能完成凈切換過程，但是，在切換過程中傳輸碼流數量變為兩個，從而使帶寬利用率降低；美國格拉斯瓦利公司采用的是通用IP交換機，前提是在通用交換機與設備之間增加IP接口GV Node，設備不能與交換機直接連接，通過這個GV Node精確控制切換時間，從而有效實現凈切換。

1.3 網絡冗余備份

Ethernet AVB通過CNT實現數據傳輸安全備份，就是傳統意義上說的網絡拓撲結構。通過利用該技術，在網絡發生故障時可以使主備鏈路切換時間小于40 ms。而且，如果在路由上采取兩張完全獨立的網絡，信源設備在發送IP流數據包時，兩條線路互不干擾，即使其中一條線路出現故障，出現數據包中斷，另一條線路仍然可以繼續進行切換傳輸工作，如圖2所示。

圖1 兩種架構同步方式區別

圖2 網絡冗余備份

1.4 Software Defined Network軟件定義網絡

SDN是電視演播室IP化架構的核心軟件，它具有控制管理功能。由于SDN具備的控制管理功能，使通用或專用IP Switch能夠實現傳統SDI矩陣的功能，控制層與數據層由于Software Defined Network的存在可以分離，從而可以利用傳統的操作方式對信號進行管理和分配，還可以并提供設置、管理以及操作的接口或界面，從而實現服務質量和帶寬管理。

2 電視演播室IP化技術系統構成方案

電視演播室系統IP化已成為今后的發展趨勢，從清晰過渡到高清，再過渡到超高清，這個過程必須以高的網絡帶寬為前提（3840×2160p508×3840×2160p50；如果換作SDI信號，必須保證1.5G12G），只有保證充裕的帶寬，才能使IP化的優勢充分發揮出來。但是，Ethernet作為普遍采用對象，其帶寬僅為10 GbE，很顯然難以達到要求。

為構建超高清和全IP系統，可以嘗試以下三個方案。

第一，把SMPTE的鏈接與映射作為基礎，通過綁定四個3G-IP鏈路進行超高清信號無壓縮傳輸。但該方案使設備利用率降低，且會顯著增加布線任務，從而增加走線空間負擔。另外，缺乏IP超高清傳輸標準作為參考依據，從而面臨信號分配和延時等相關問題。

第二，利用更高速的Ethernet。UHDTV Ecosystem Study Group 2014年研究報告和Ethernet Alliance 2016年度報告中均對大范圍推廣高速Ethernet以及開發基于IP的超高清無壓縮實時接口標準進行了系統分析介紹，從而對云平臺建設提供強大的網絡支撐。

第三，對信號采取輕壓縮的手段，以便適配現有網絡。然而，在前廣播電視行業中，如果利用此手段實現實時直播和切換必須保證高質量、低延時以及低壓縮比。同時，在整個傳輸路徑中，各個設備都必須支持這種壓縮方法，且要想實現不同壓縮方法的實際操作，就必須具有各自專用的編解碼器，這就要考慮互操作性問題。

3 結語

隨著4K超高清技術的快速發展，電視演播室IP化技術的優勢得以凸顯，作為媒體技術人員，必須具備新互聯網技術思維，具備超前的意識，要不斷適應新技術的應用，只有這樣，才能在信息網絡技術的快速迭代發展中立于不敗之地。

[1]祝晶,薛波.異地新聞后期制作模式探討[J].現代電視技術,2014(7).