超高清數(shù)字電視IP化的技術(shù)應(yīng)用研究

吳清曉

（海南廣播電視總臺(tái)，海南 海口 570100）

0 引 言

隨著IP技術(shù)在我國電視制播方面應(yīng)用的不斷深化和完善，打造以IP化為標(biāo)簽的超高清數(shù)字電視，逐漸成為廣播電視系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的“十四五”發(fā)展課題。例如，中央廣播電視總臺(tái)就在“十四五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中明確建立超高清視音頻制播呈現(xiàn)的目標(biāo)。隨著超高清數(shù)字電視的不斷推廣應(yīng)用，從技術(shù)方面打造滿足4K、8K超高分辨率視頻信號(hào)制作與播出要求的電視系統(tǒng)，成為領(lǐng)域內(nèi)普遍關(guān)注的發(fā)展方向和趨勢。考慮到超高清數(shù)字電視是在原有數(shù)字電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的提升，其更多地需要考慮和遵循數(shù)字電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)狀況。因此，有必要借助數(shù)字電視IP化技術(shù)來推動(dòng)超高清數(shù)字電視的過渡與實(shí)現(xiàn)，而這就需要對(duì)數(shù)字電視IP化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)應(yīng)用概述

超高清數(shù)字電視IP化是在傳統(tǒng)電視行業(yè)通用的SDI技術(shù)架構(gòu)難以適應(yīng)超高清數(shù)字電視發(fā)展要求的基礎(chǔ)上提出和應(yīng)用的一種技術(shù)。傳統(tǒng)以SDI為基礎(chǔ)的技術(shù)方式雖然具有無損性、實(shí)時(shí)性、易用性的優(yōu)勢，但在超高清數(shù)字電視逐步推廣的情況下，該方式暴露出了無法實(shí)現(xiàn)長距離傳輸和超高清電視信號(hào)傳輸?shù)囊螅@就成為超高清數(shù)字電視發(fā)展的瓶頸，而超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)的應(yīng)用正是為了解決SDI技術(shù)架構(gòu)的這一缺陷。

1.1 超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)

中央廣播電視總臺(tái)“十四五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中明確的規(guī)劃框架如圖1所示。從圖1可以看出，超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)主要在播出安全保障方面，即關(guān)注的是通過打造全I(xiàn)P架構(gòu)的超高清制播系統(tǒng)，構(gòu)建超高清內(nèi)容生產(chǎn)管理群，實(shí)現(xiàn)融合內(nèi)容的生產(chǎn)目的[1]。換而言之，超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)關(guān)注的是超高清電視節(jié)目內(nèi)容的制作和播出，使技術(shù)在電視內(nèi)容超清化、移動(dòng)化、智能化等方面發(fā)揮自身的優(yōu)勢。

圖1 中央廣播電視總臺(tái)“十四五”技術(shù)規(guī)劃框架

1.2 超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

我國電視技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了傳統(tǒng)標(biāo)清電視、高清電視及4K超高清電視3個(gè)階段。不同歷史階段電視傳輸系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表1所示。從表1可以看出，4K超高清電視以其更高標(biāo)準(zhǔn)的傳輸系統(tǒng)和帶寬而顯著地提高了電視畫面的分辨率，滿足了高動(dòng)態(tài)圖像和3D全景音頻播放的效果要求。但是，4K超高清電視目前的發(fā)展面臨傳輸距離有限的短板。應(yīng)用超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)，可以減少超高清數(shù)字電視應(yīng)用中的電纜數(shù)量和布線數(shù)量，有效解決4K超高清電視傳輸距離的問題[2]。相較于傳統(tǒng)SDI架構(gòu)而言，IP化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對(duì)比較簡單，網(wǎng)絡(luò)的配置也比較靈活，布線的難度低，易于維護(hù)，這種優(yōu)勢更便于IP化技術(shù)的廣泛推廣。

表1 不同歷史階段電視傳輸系統(tǒng)的參數(shù)

2 超高清數(shù)字電視IP化的實(shí)施方案

雖然以往的以SDI技術(shù)架構(gòu)為載體的數(shù)字電視信號(hào)傳輸為超高清數(shù)字電視IP化的應(yīng)用提供了相應(yīng)的參考，但由于是技術(shù)架構(gòu)方面的調(diào)整，原有的模式和方法很難完全滿足IP化的需要，因此，需要結(jié)合超高清數(shù)字電視IP化的具體應(yīng)用需求和要求，探索明確相應(yīng)的實(shí)施方案。本文嘗試從IP化的目的、思路和實(shí)施策略三個(gè)方面對(duì)相關(guān)的實(shí)施方案進(jìn)行明確。

2.1 超高清數(shù)字電視IP化的目的

超高清數(shù)字電視IP化的目的主要包括超高清數(shù)字電視技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化和增加數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的擴(kuò)展性兩個(gè)方面。其中，超高清數(shù)字電視技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化是在現(xiàn)有的4K超高清電視技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行全面優(yōu)化，通過使用高分辨率的虛擬化、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等數(shù)字IP技術(shù)優(yōu)化數(shù)字電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)資源的共享和擴(kuò)展交互式多屏功能業(yè)務(wù)發(fā)展；增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的擴(kuò)展性是借助IP技術(shù)構(gòu)建IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)，形成架構(gòu)簡單、易于配置以及管理維護(hù)高效便捷的數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高清電視信號(hào)的混合調(diào)配和超遠(yuǎn)距離傳輸[3]。

2.2 超高清數(shù)字電視IP化的思路

超高清數(shù)字電視IP化的重點(diǎn)在于電視制播系統(tǒng)的IP化，而電視制播系統(tǒng)的IP化包括電視節(jié)目制作、傳輸及播出等環(huán)節(jié)的IP化[4]。超高清數(shù)字電視節(jié)目的制作和播出過程主要借助IP技術(shù)構(gòu)建包含文件域和信號(hào)域的場景，進(jìn)而為演播室和播出系統(tǒng)等制作和播出系統(tǒng)提供IP化的文件域和信號(hào)域空間，實(shí)現(xiàn)基于IP技術(shù)的超高清數(shù)字電視系統(tǒng)。在超高清數(shù)字電視節(jié)目傳輸?shù)腎P化方面，主要是利用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖的特性來實(shí)現(xiàn)SDI信號(hào)和IP分組數(shù)據(jù)（SDI-over-IP）信號(hào)的有效轉(zhuǎn)化，進(jìn)而保證電視節(jié)目在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度。同時(shí)，目前關(guān)于音視頻數(shù)據(jù)的IP化封裝，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，能夠滿足各種格式音視頻流和文件的IP化封裝、傳輸、監(jiān)測需求，并且，可以實(shí)現(xiàn)多路音視頻流和辦公業(yè)務(wù)流的混合傳輸，互不影響。

2.3 超高清數(shù)字電視IP化的實(shí)施策略

結(jié)合當(dāng)前4K超高清電視的發(fā)展情況以及IP技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)和思路，可以將超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)的應(yīng)用分為業(yè)務(wù)平臺(tái)IP化、總控IP化以及無壓縮視音頻IP化等若干個(gè)不同的階段，只有分階段完成這些IP化目標(biāo)，才能夠最終實(shí)現(xiàn)超高清數(shù)字電視的IP化。同時(shí)，不同階段和不同業(yè)務(wù)版塊內(nèi)容的IP化的實(shí)現(xiàn)又會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的不同層次的重點(diǎn)，這就需要以技術(shù)目標(biāo)或者以問題為導(dǎo)向進(jìn)行IP技術(shù)應(yīng)用的探討[5]。例如，在實(shí)現(xiàn)無壓縮視音頻IP化處理過程中，要采取相應(yīng)的IP技術(shù)促使超高清數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的帶寬能夠真正超出傳輸視音頻所用的碼率，以保證電視視音頻傳輸?shù)馁|(zhì)量和傳輸?shù)男Ч褂脩魮碛懈玫氖找暵狊w驗(yàn)。

除了分步驟、分模塊開展IP化技術(shù)應(yīng)用以外，還要充分考慮到超高清數(shù)字電視IP化技術(shù)應(yīng)用過程中面臨的網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)字安全及同步傳輸?shù)葐栴}，因?yàn)閿?shù)據(jù)是超高清數(shù)字電視IP化功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)條件，而大量數(shù)據(jù)的存在和數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的開放性增加了存儲(chǔ)于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的安全風(fēng)險(xiǎn)[6]。因此，在實(shí)際的IP化技術(shù)應(yīng)用過程中，要通過安裝防火墻和防病毒網(wǎng)絡(luò)、采用私有協(xié)議以及建立健全網(wǎng)絡(luò)安全管理平臺(tái)等措施，來保證IP化技術(shù)應(yīng)用的安全性。

3 結(jié) 語

超高清數(shù)字電視IP化是在4K超高清電視的基礎(chǔ)上進(jìn)行的性能優(yōu)化和功能提升，其在實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視超清化、移動(dòng)化及智能化等方面具有明顯的優(yōu)勢。IP技術(shù)的應(yīng)用更多的是在原有4K超高清電視的基礎(chǔ)上進(jìn)行的IP化優(yōu)化、改造及提升，這需要廣播電視系統(tǒng)在現(xiàn)有的電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行IP化技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用及優(yōu)化，以提高超高清數(shù)字電視內(nèi)容制播和傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，最大程度滿足用戶的電視節(jié)目內(nèi)容需求。