IP數(shù)字電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)分析

郭青梅 楊安鑫

【摘要】IP數(shù)字電視節(jié)目的內(nèi)容以數(shù)字化形式實(shí)現(xiàn)，在遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹髁鞒怯蚓W(wǎng)絡(luò)上通過MSTP及IP完成。就IP數(shù)字電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)展開研究，提出基于IP技術(shù)架構(gòu)的解決方案，將SDI基帶信號(hào)向IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最后提出IP技術(shù)在電視節(jié)目傳輸中的具體應(yīng)用，并結(jié)合5G大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展愿景進(jìn)行分析，以期為電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)發(fā)展提供一定支持。

【關(guān)鍵詞】IP數(shù)字電視節(jié)目;遠(yuǎn)程傳輸實(shí)踐;技術(shù)分析

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.004

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，當(dāng)前階段，IP技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用，并且取得了一定發(fā)展。就電視節(jié)目傳輸而言，科學(xué)應(yīng)用IP技術(shù)能夠有效提高節(jié)目信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，為廣大觀眾提供更加優(yōu)質(zhì)的節(jié)目觀看體驗(yàn)?；诖耍挛木虸P數(shù)字電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)展開分析，以此提高電視節(jié)目傳輸?shù)男阅芗靶?，?G時(shí)代下數(shù)字電視制播技術(shù)得到更好發(fā)展。

1. IP數(shù)字電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)

1.1 技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)用高分辨率數(shù)字IP技術(shù)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化上可以依托虛擬化、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等當(dāng)前階段的先進(jìn)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，以資源的方式強(qiáng)化不同部門間的聯(lián)系與協(xié)作，同時(shí)增加針對系統(tǒng)管理經(jīng)驗(yàn)，提高各環(huán)節(jié)的實(shí)際工作效率。目前，IP技術(shù)架構(gòu)在一系列開放平臺(tái)中得到廣泛應(yīng)用并取得了較為理想的效果，技術(shù)應(yīng)用對于電視臺(tái)開展新媒體業(yè)務(wù)有著積極的促進(jìn)作用，很大程度上可以擺脫傳統(tǒng)功能帶來的限制，提升電視節(jié)目競爭力。數(shù)字電視節(jié)目IP化可以對三網(wǎng)產(chǎn)生積極影響，實(shí)現(xiàn)協(xié)議統(tǒng)一，以此將各網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的問題予以有效解決，進(jìn)而推動(dòng)傳統(tǒng)媒體與新興市場有機(jī)結(jié)合，更好地新媒體背景下觀眾對于電視節(jié)目日益增長的實(shí)際需求。

1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴(kuò)展

從技術(shù)架構(gòu)上來看，IP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)架構(gòu)較為簡單，在架構(gòu)配置上的難度較低，后續(xù)的維護(hù)管理工作也十分便利。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)并應(yīng)用IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)對于電視節(jié)目的遠(yuǎn)程傳輸有著積極的促進(jìn)作用，不僅能夠?yàn)槌咔咫娨曅盘?hào)的混合調(diào)配提供必要支持，在傳輸距離上也更加具有優(yōu)勢，同時(shí)也為后續(xù)的系統(tǒng)擴(kuò)容發(fā)展提供便利;在此架構(gòu)下僅需要把電視設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接即可實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目畫面分辨率的轉(zhuǎn)換，包括標(biāo)準(zhǔn)、高以及超高分辨率。當(dāng)前階段，傳統(tǒng)SDI技術(shù)設(shè)備在通用性能上并未實(shí)現(xiàn)理想效果，從SDI設(shè)備核心技術(shù)的掌握上來看，國產(chǎn)設(shè)備仍存在較大的提升空間，但國外制造生產(chǎn)的SDI設(shè)備在價(jià)格上不具優(yōu)勢。但從IP技術(shù)領(lǐng)域上來看，國產(chǎn)設(shè)備擁有較高起點(diǎn)，并具有廣闊的發(fā)展前景，在IP架構(gòu)系統(tǒng)建設(shè)中合理使用國產(chǎn)設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對建設(shè)成本的有效控制。

2. IP化視域下電視節(jié)目傳輸?shù)募夹g(shù)優(yōu)化

2.1 總體思路

當(dāng)前階段，4K超高清電視節(jié)目已經(jīng)成為主流，在其制作和傳輸?shù)倪^程中，相關(guān)工作人員需根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)舉措將網(wǎng)絡(luò)速度及傳輸問題予以解決，而IP技術(shù)恰恰能夠?yàn)殡娨暪?jié)目傳輸提供有效支持?？梢赃\(yùn)用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及光纖特性對SDI信號(hào)與IP分組數(shù)據(jù)（SDI-over-IP）信號(hào)進(jìn)行相互變換。當(dāng)前階段的信號(hào)域在全國大部分范圍內(nèi)均處于傳統(tǒng)SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，IP化正處于起步階段。在SDI-over-IP框架日漸成熟的同時(shí)，在電視臺(tái)演播室、播出系統(tǒng)等方面開始逐漸應(yīng)用IP化網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上持續(xù)推進(jìn)全信號(hào)IP化的建設(shè)。

受到傳統(tǒng)SDN架構(gòu)硬件鏈路自身特性的影響，在系統(tǒng)升級時(shí)會(huì)由于其不具備彈性會(huì)使得系統(tǒng)被推翻并進(jìn)行重新構(gòu)建;對于4k超高清系統(tǒng)而言，在其建設(shè)過程中要將每路信號(hào)進(jìn)行拆分，使其成為4路3G SDI傳輸，矩陣端口需求為高清的4倍之多，規(guī)模也會(huì)隨之增加;如果按照傳統(tǒng)SDI技術(shù)架構(gòu)發(fā)展則存在較大困難程度。IP架構(gòu)下的電視節(jié)目傳輸能夠運(yùn)用當(dāng)前較為成熟的IT技術(shù)，同時(shí)與格式不存在關(guān)聯(lián)，而且具有較高的靈活彈性，EBU、SMPTE、AMWA、NOMS等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織均在電視節(jié)目信號(hào)域架構(gòu)IP化上進(jìn)行努力，頒布并實(shí)施ST2110、ST2059、IS04、IS05等一系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)際效果上來看取得了廣泛支持。

2.2 技術(shù)優(yōu)化

從相關(guān)數(shù)據(jù)中能夠看出，大部分10G交換機(jī)在對大型數(shù)據(jù)包（視頻信號(hào)）進(jìn)行交換時(shí)會(huì)產(chǎn)生較小延遲。與高清電視（1080/50i）信號(hào)進(jìn)行比較而言，過渡延遲更長，與2K技術(shù)進(jìn)行比較而言，4K超高清信號(hào)延遲的持續(xù)時(shí)間超過了18微秒。如果網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)具有較為理想的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，那么在鏈接上便會(huì)以恒定的速度完成。IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠?qū)τ捎谛盘?hào)不好所導(dǎo)致的信號(hào)延遲情況做出最大程度上的規(guī)避。

時(shí)間同步技術(shù)在電視制播系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠很大程度上規(guī)避信號(hào)延遲情況，我們通過BB鎖相式對傳統(tǒng)SDI基帶信號(hào)系統(tǒng)中的視頻信號(hào)進(jìn)行處理，以此確保其同步性。但由于IP系統(tǒng)中的信號(hào)具有超高碼率的特征，需根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)腎P網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)來實(shí)現(xiàn)同步性，通常而言，可以利用PTP（精確時(shí)間協(xié)議）來滿足同步需求，讓信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間和頻率達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，從實(shí)際應(yīng)用的效果能夠看出，同步精度可以控制在納秒量級。如此一來，便為信號(hào)在以太網(wǎng)傳輸中的同步提供了有效支持，特別是基于SDI-over-IP技術(shù)對電視信號(hào)的處理。

此外，我們必須注意的是，傳統(tǒng)和IP系統(tǒng)均由各自的優(yōu)缺點(diǎn)，特別是IP技術(shù)這項(xiàng)新技術(shù)在開始應(yīng)用時(shí)對于技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力均有較高要求。通過對大量電視臺(tái)的走訪、調(diào)研及考察，筆者發(fā)現(xiàn)多數(shù)電視臺(tái)對此方面都進(jìn)行了綜合性考慮，同時(shí)將安全第一作為工作的主要原則，因此在電視節(jié)目的播出和傳輸上選用了較為穩(wěn)妥的方式，即傳統(tǒng)+IP方式，在合理利用兩種技術(shù)方法優(yōu)勢的基礎(chǔ)上為電視臺(tái)技術(shù)人員提供了一個(gè)不斷適應(yīng)和熟練新事物的過程，同時(shí)也為后續(xù)系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級提供了便利。由此可見，在電視節(jié)目的播出和傳輸上要從實(shí)際出發(fā)合理選擇并應(yīng)用科學(xué)的技術(shù)方法，以此為廣大觀眾提供更加優(yōu)質(zhì)的觀看體驗(yàn)。

3. IP傳輸技術(shù)在電視節(jié)目傳輸中的具體應(yīng)用

以往IP層解決方案針對SDI信號(hào)封裝并未做出相應(yīng)處理，在數(shù)據(jù)傳輸通道上單純以太網(wǎng)絡(luò)的方式完成。因此，本文基于IP傳輸技術(shù)，對電視節(jié)目傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)擬做出如下優(yōu)化：

如圖1所示，核心為4臺(tái)SDI over IP視頻播出服務(wù)器，系統(tǒng)整體上采用SDN系統(tǒng)來提供管理服務(wù)，配以通用交換機(jī)，在主備交換機(jī)間做交叉級聯(lián)，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，可以通過另一個(gè)交換機(jī)完成備份。主備交換機(jī)將播出信號(hào)傳送到SDI over IP視頻服務(wù)器中，以Micro Serv-ice切換信號(hào)的幀精度，在開展幀同步檢測后，信號(hào)將被傳輸?shù)角袚Q矩陣模塊中，內(nèi)部及外來信號(hào)將在此完成調(diào)度后傳輸?shù)礁咔褰馇赌K，接著對視、音頻信號(hào)進(jìn)行分離后，對視頻進(jìn)行包裝以及完成音頻調(diào)控，而后在高清音頻加嵌模塊完成封裝后輸出信號(hào)，向主備交換機(jī)完成傳輸。

近年來IP數(shù)字化電視成為需求較大的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，2020年各地已開始重點(diǎn)關(guān)注與探索，如廣東IPTV推出夕陽紅專區(qū)/足球天地專區(qū)、廣東電信IPTV上線音樂專區(qū)/升級少兒和戲曲專區(qū)、甘肅IPTV上線《梨園行》等等。教育專區(qū)、電視直播/點(diǎn)播課、醫(yī)療健康服務(wù)幾乎成為2020年各地運(yùn)營商都布局和思考的方向。

5G網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展為VR、4K、AIoT應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)前提，進(jìn)一步賦能視聽產(chǎn)業(yè)的變革與創(chuàng)新。隨著5G的正式商用，未來IP數(shù)字電視遠(yuǎn)程傳播的發(fā)展將不止于大屏、不止于視頻，家庭場景下還有很多價(jià)值空間可以挖掘。

4. 結(jié)語

廣播電視行業(yè)也要時(shí)刻緊隨時(shí)代發(fā)展的步伐，積極選用先進(jìn)技術(shù)對原有的節(jié)目呈現(xiàn)方式進(jìn)行改變，為廣播電視事業(yè)的進(jìn)步發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。優(yōu)質(zhì)電視節(jié)目可以為廣大觀眾帶來更好的體驗(yàn)，對于人們生活質(zhì)量的提升也有著積極的促進(jìn)作用。所以，業(yè)界相關(guān)工作人員要善于掌握并利用先進(jìn)的技術(shù)方法，不斷完善自身的工作模式，讓電視媒體吸引到更多受眾，進(jìn)而為廣播電視領(lǐng)域的發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。

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