尹鴻學(xué)

摘 要 IP化、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)是融合媒體時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略計(jì)劃已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施，在移動(dòng)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，廣電網(wǎng)絡(luò)如何利用新興技術(shù)彌補(bǔ)自身短板、拓展業(yè)務(wù)范圍，應(yīng)對(duì)三網(wǎng)融合，是廣電人面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。文章通過(guò)分析傳統(tǒng)SDI的優(yōu)缺點(diǎn)和高清數(shù)字電視IP化的可行性，探討高清數(shù)字電視的IP化進(jìn)程，旨在構(gòu)建融合媒體時(shí)代下高效、穩(wěn)定的數(shù)字電視播控體系。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電視；IP化

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2017）23-0010-02

隨著科技不斷發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)、電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)和功能上趨于一致，業(yè)務(wù)范圍逐漸重合，三網(wǎng)之間可以互聯(lián)互通、資源共享，“三網(wǎng)融合”的理念由此被提出。從應(yīng)用層面來(lái)說(shuō)，三網(wǎng)融合，IP協(xié)議是唯一的選擇。近年來(lái)，電視行業(yè)在完成了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)后，隨著融合媒體、超高清等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，全媒體融合業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)被提上了日程，但是，融合平臺(tái)的內(nèi)容匯聚、制作、統(tǒng)一調(diào)度與傳輸、多渠道發(fā)布都對(duì)電視臺(tái)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提出了更高的需求，傳統(tǒng)電視行業(yè)通用的SDI技術(shù)架構(gòu)已經(jīng)難以適應(yīng)，而IP技術(shù)以多樣的兼容性、靈活的數(shù)據(jù)交換方式、龐大的帶寬為全媒體融合平臺(tái)提供了有效的解決方案，高清數(shù)字電視系統(tǒng)IP化的呼聲日漸高漲，已經(jīng)有專(zhuān)家斷言，通用的IT架構(gòu)、軟件化、去硬件化是數(shù)字電視發(fā)展的未來(lái)。

1 傳統(tǒng)SDI方式的優(yōu)缺點(diǎn)

其實(shí)，在目前高清數(shù)字電視還沒(méi)有普及的情況下，電視傳統(tǒng)的SDI技術(shù)架構(gòu)還是具有很多優(yōu)勢(shì)的，概括起來(lái)就是：

1）無(wú)損性。SDI信號(hào)是無(wú)壓縮信號(hào)，畫(huà)質(zhì)無(wú)損，傳輸穩(wěn)定，可靠性高。

2）實(shí)時(shí)性。信號(hào)傳輸延遲率很低，幾乎沒(méi)有圖像延遲，直播效果很好。

3）易用性。一根SDI線纜只傳輸一路信號(hào)，信號(hào)與線纜邏輯關(guān)系清晰，不需設(shè)置，易于定位和排查故障。

但是，SDI方式的缺點(diǎn)也同樣明顯：

1）SDI線纜傳輸距離有限制，無(wú)法長(zhǎng)距離傳輸。

2）一線一信號(hào)導(dǎo)致線纜過(guò)多，電視臺(tái)的播出機(jī)房?jī)?nèi)會(huì)有幾百甚至上千條SDI線纜，增加了布線和維護(hù)難度，在線纜故障時(shí)，處理方式通常是增加一條新線而不是替換掉故障線纜。

3）SDI線纜傳輸高清數(shù)字電視信號(hào)沒(méi)有問(wèn)題，但是很難勝任超高清電視信號(hào)的傳輸。傳輸一路4K超高清信號(hào)需要4根3G-SDI線纜，對(duì)設(shè)備接口要求太高；雖然單根12G-SDI線纜已經(jīng)出現(xiàn)，但是高昂的價(jià)格使其距離進(jìn)入實(shí)用階段還遙遙無(wú)期，而且與IP傳輸相比并無(wú)優(yōu)勢(shì)，所以，要發(fā)展4K超高清數(shù)字電視就只能放棄SDI架構(gòu)。

4）SDI線纜和相應(yīng)的處理設(shè)備成本高昂，現(xiàn)在各電視臺(tái)的信源和輸出量都有所增加，SDI調(diào)度信號(hào)規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)實(shí)施的成本也大幅提高。

2 高清數(shù)字電視IP化的可行性

1）視音頻數(shù)據(jù)的IP化封裝技術(shù)已經(jīng)成熟，各種格式視音頻流和文件的IP化封裝、傳輸、監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用，并且可以做到多路視音頻流和辦公業(yè)務(wù)流混合傳輸、互不影響。

2）SDI over IP路由矩陣已經(jīng)可以替代傳統(tǒng)SDI矩陣。這種IP化矩陣是建立在IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的SDI矩陣，采用IP交換機(jī)+SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)），在SDN的控制和管理下，通過(guò)IP交換機(jī)來(lái)完成傳統(tǒng)SDI矩陣的切換功能。SDI over IP路由矩陣具有SDI輸入與輸出接口，可以將SDI基帶信號(hào)實(shí)時(shí)打包為IP數(shù)據(jù)包，在以太網(wǎng)中進(jìn)行傳輸。IP矩陣可以實(shí)現(xiàn)所有的信號(hào)在任意輸入輸出間的調(diào)度，網(wǎng)絡(luò)帶寬可以支持傳輸多路 SDI over IP數(shù)據(jù)。

3）IP化的系統(tǒng)可以充分利用虛擬化、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、共享資源、增強(qiáng)協(xié)作和管控、吸收互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)、提高工作效率。

4）基于開(kāi)放平臺(tái)的IP系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，適用于交互和多屏業(yè)務(wù)，使廣電機(jī)構(gòu)開(kāi)展移動(dòng)App、IPTV、手機(jī)電視、O2O、OTT等新媒體業(yè)務(wù)成為可能，彌補(bǔ)自身短板，與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)開(kāi)展全方位競(jìng)爭(zhēng)。

5）IP化之后三網(wǎng)之間協(xié)議統(tǒng)一，可以有效消除網(wǎng)間邊界問(wèn)題，資源共享，有助于推動(dòng)傳統(tǒng)媒體與新興媒體的融合發(fā)展，滿(mǎn)足融合媒體時(shí)代的業(yè)務(wù)需求。

6）IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)配置靈活、布線難度低、易維護(hù)；IP鏈路可同時(shí)支持多路SD-SDI、HD-SDI或3G-SDI信號(hào)混合，支持長(zhǎng)距離傳輸；系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，擴(kuò)充節(jié)目只需接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)清電視向高清、超高清電視的平滑升級(jí)。

7）基于SDI的設(shè)備通用性低，關(guān)鍵技術(shù)幾乎都把持在國(guó)外組織廠商手中，價(jià)格偏高，而基于IP的設(shè)備通用性強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)化程度高，IP化系統(tǒng)建設(shè)成本相對(duì)較低。

3 高清數(shù)字電視IP化的發(fā)展思路

按照發(fā)展進(jìn)度，高清數(shù)字電視IP化可以分為三個(gè)階段：

第一階段：業(yè)務(wù)平臺(tái)和傳輸IP化，即業(yè)務(wù)控制和壓縮視音頻傳輸?shù)腎P化，在很多電視臺(tái)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。第二階段：總控IP化，IP矩陣取代SDI矩陣，實(shí)現(xiàn)無(wú)壓縮視音頻的IP化傳輸，目前技術(shù)基本成熟，標(biāo)準(zhǔn)化工作已取得較大進(jìn)展，但是還有些問(wèn)題待解決。第三階段：從采編、制作到播出、分發(fā)的全流程無(wú)壓縮視音頻IP化，標(biāo)志著IP化的徹底完成。

從發(fā)展內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，高清數(shù)字電視IP化主要包括：

1）業(yè)務(wù)平臺(tái)的IP化。以吉林電視臺(tái)為例，包括視頻素材的數(shù)字化、文件化；內(nèi)部交互的IP化；非編系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化；素材整備的流程化和網(wǎng)絡(luò)化等等，在經(jīng)過(guò)全臺(tái)網(wǎng)改造后，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，全媒體融合業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，也引入了IP化解決方案。

2）SDI信號(hào)的IP化。SDI over IP，意為SDI信號(hào)的IP化，目前SDI→IP及IP→SDI信號(hào)轉(zhuǎn)換器、IP網(wǎng)關(guān)、IP路由矩陣等設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)精確到幀的實(shí)時(shí)IP視頻無(wú)縫切換、路由和分包。endprint

3）視音頻信號(hào)傳輸?shù)腎P化。高清數(shù)字電視需要傳輸?shù)囊曇纛l數(shù)據(jù)量龐大，且對(duì)延時(shí)與同步很敏感，對(duì)抖動(dòng)的要求也很高。以用戶(hù)的收視心理來(lái)說(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)上觀看視頻時(shí)需要緩沖或有卡頓是可以接受的，但是對(duì)電視的要求則高得多，所以，要實(shí)現(xiàn)高清數(shù)字電視的IP化，網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所傳輸視音頻的碼率，否則如果造成延遲或丟包將嚴(yán)重影響用戶(hù)的收視體驗(yàn)。以一路50p高清視頻數(shù)據(jù)量大約1.5Gbps計(jì)算，萬(wàn)兆以太網(wǎng)最多可以同時(shí)傳輸6路，所以要實(shí)現(xiàn)無(wú)壓縮IP視頻數(shù)據(jù)的路由交換，必須使用萬(wàn)兆以太網(wǎng)。

為應(yīng)對(duì)SDI→IP傳輸時(shí)面臨的延時(shí)和丟包問(wèn)題，可以引入RTP（實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）、RTCP（RTP控制協(xié)議）、RTSP（實(shí)時(shí)流協(xié)議）等流媒體協(xié)議；為解決傳輸可靠性問(wèn)題，可以引入RSVP（資源預(yù)留協(xié)議）、采取QoS技術(shù)和FEC（前向糾錯(cuò)）技術(shù)。

4 高清數(shù)字電視IP化面臨的問(wèn)題

1）網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。高清數(shù)字電視傳統(tǒng)的SDI架構(gòu)是封閉、單向的網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)有固定協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)很安全；而IP架構(gòu)則是開(kāi)放的、雙向的網(wǎng)絡(luò)，IP化進(jìn)程必然帶來(lái)新的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。目前IP 網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)完備，能夠保證網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的安全。具體安全措施有：部署防火墻、部署防病毒網(wǎng)關(guān)、部署IDS入侵檢測(cè)設(shè)備或IPS入侵防護(hù)設(shè)備、部署網(wǎng)絡(luò)物理隔離網(wǎng)閘、采用私有協(xié)議、屏蔽危險(xiǎn)端口、建立安全管理平臺(tái)、實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)和運(yùn)維審計(jì)等等。

2）數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸安全備份；關(guān)鍵設(shè)備必須有冗余備份，比如核心交換機(jī)應(yīng)有兩臺(tái)以上，交換機(jī)之間應(yīng)通過(guò)接口互聯(lián)，保證任意一臺(tái)交換機(jī)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)仍能正常運(yùn)行；應(yīng)采用鏈路聚合負(fù)載均衡冗余技術(shù)，保證鏈路負(fù)載均衡，在故障發(fā)生時(shí)可以實(shí)現(xiàn)主備鏈路快速切換；對(duì)播出網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵區(qū)域，應(yīng)采用完全物理獨(dú)立的兩組網(wǎng)絡(luò)，向下游鏈路同時(shí)發(fā)送兩個(gè)相同的數(shù)據(jù)流，下游接收端交換機(jī)應(yīng)具有自動(dòng)倒換機(jī)制，保證數(shù)據(jù)安全傳輸。

3）IP化架構(gòu)的同步問(wèn)題。同步問(wèn)題是電視系統(tǒng)的固有問(wèn)題，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電視系統(tǒng)中，使用專(zhuān)用的線纜傳輸同步信號(hào)進(jìn)行同步，保證聲音和圖像正常。IP化數(shù)字電視系統(tǒng)則是將同步信息嵌入網(wǎng)絡(luò)，在以太網(wǎng)中傳輸同步定時(shí)信息。但是由于網(wǎng)絡(luò)狀況、抖動(dòng)、交換機(jī)延時(shí)等不確定因素，在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)同步和精確定時(shí)的難度較大。常用的NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）雖然可以用于局域網(wǎng)的同步定時(shí)，但其精度并不能滿(mǎn)足電視系統(tǒng)的要求。所以，引入精確時(shí)間協(xié)議（PTP）勢(shì)在必行，PTP可以實(shí)現(xiàn)高精度頻率同步、相位同步和幀、行同步。

5 結(jié)束語(yǔ)

在融合媒體大潮下，數(shù)字電視播控體系IP化已是大勢(shì)所趨。但是，IP化技術(shù)還處于發(fā)展階段、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還在完善。作為電視從業(yè)者，我們首先要清楚認(rèn)識(shí)到，高清數(shù)字電視的發(fā)展不能一蹴而就、一勞永逸。IP化的目的是簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本，在IP化進(jìn)程中不可盲目追新求快，要密切跟蹤IP化技術(shù)發(fā)展動(dòng)向和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，針對(duì)全媒體融合業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，科學(xué)合理地引入IP化解決方案，促進(jìn)傳統(tǒng)媒體與新興媒體加速融合發(fā)展，滿(mǎn)足融合媒體時(shí)代背景下的各種業(yè)務(wù)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]徐儉，馬春，徐有聰.媒體融合時(shí)代電視中心IP化基礎(chǔ)架構(gòu)技術(shù)初探[J].廣播電視信息，2015（3）：64-67，74.endprint