張闖 安達(dá)斯集團(tuán)視音頻系統(tǒng)集成事業(yè)部總經(jīng)理

走向IP化

張闖 安達(dá)斯集團(tuán)視音頻系統(tǒng)集成事業(yè)部總經(jīng)理

本文對(duì)FOX電視臺(tái)IP化進(jìn)程和規(guī)劃進(jìn)行了介紹，闡述了IP化的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)對(duì)的理念。

IP化 發(fā)展趨勢(shì) 應(yīng)對(duì)理念

在2016年NAB期間參觀FOX電視臺(tái)時(shí)，我與他們的工程部托馬斯先生對(duì)IP化的走向進(jìn)行了深入溝通。對(duì)此我總結(jié)了一些有啟發(fā)性的理念，與大家分享和探討。

FOX電視臺(tái)認(rèn)為IP化已經(jīng)開(kāi)始了，各種優(yōu)化的格式、各種制作手段以及運(yùn)營(yíng)模式會(huì)很快推進(jìn)，現(xiàn)在尚未發(fā)生的，但相信今后將會(huì)發(fā)生，同時(shí)我們面臨很多不可知性。因此他們制定了FOX IP框架的目標(biāo)，以應(yīng)對(duì)今后各種各樣的系統(tǒng)需求。

下面這張圖是FOX電視臺(tái)今后五年的規(guī)劃。他們認(rèn)為五年以后，廣播電視系統(tǒng)只是一個(gè)數(shù)據(jù)中心，在這個(gè)系統(tǒng)里已看不到傳統(tǒng)的廣電設(shè)備。在這個(gè)五年規(guī)劃里面，他們希望做到所有設(shè)備在系統(tǒng)中都能夠非常靈活的應(yīng)用。一個(gè)平臺(tái)能支持多種格式，能夠應(yīng)用現(xiàn)在通用的IP行業(yè)的硬件，來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)架整個(gè)廣電行業(yè)的硬件平臺(tái)；通過(guò)虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能，比如系統(tǒng)功能化的應(yīng)用。希望通過(guò)軟件運(yùn)算方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中對(duì)媒體信號(hào)的處理，更重要的一點(diǎn)他們也希望這個(gè)平臺(tái)建好以后，能夠跟私有云、專(zhuān)有云的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的云分享、云制作，這是他們的一個(gè)理念。

對(duì)此我有以下幾點(diǎn)啟發(fā)。

（1）IP標(biāo)準(zhǔn)的理解

按FOX現(xiàn)在的說(shuō)法，未來(lái)IP化只有在統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以后，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)IP化擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，才能為下一步實(shí)現(xiàn)IP應(yīng)用打下一個(gè)基礎(chǔ)。大家一直都在提IP的標(biāo)準(zhǔn)，如索尼的NMI標(biāo)準(zhǔn)，包括TR03的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都是無(wú)壓縮實(shí)時(shí)視頻IP封裝的標(biāo)準(zhǔn)，并不是整個(gè)IP化的全部，是IP化標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)過(guò)程，只是其中的一小步。完成IP化，按照國(guó)際上的理念需要五步來(lái)完成，第一步就是實(shí)時(shí)視頻信號(hào)的IP化封裝。第二步要解決的是把實(shí)時(shí)視頻信號(hào)封裝成流以后，這些流的同步、切換的問(wèn)題。第三步要解決的是這些流在系統(tǒng)中的描述。第四步主要是登記，然后發(fā)現(xiàn)，還有識(shí)別，即信號(hào)接到IP系統(tǒng)里面發(fā)現(xiàn)查找的過(guò)程。第五步要解決的是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)流的便利控制，

以及整個(gè)系統(tǒng)QS質(zhì)量監(jiān)控的描述。

我們已能感受到在國(guó)外IP化撲面而來(lái)，很多系統(tǒng)已經(jīng)不得不IP化了，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在快速推進(jìn)。SMPTE成立了一個(gè)小組，由這個(gè)小組發(fā)起，與各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)進(jìn)行合作，來(lái)完善IP化的標(biāo)準(zhǔn)。NABA是北美廣播電視的組織，它主要提出實(shí)踐系統(tǒng)需求，包括實(shí)踐系統(tǒng)的檢驗(yàn)工作。VSF主要提供視頻標(biāo)準(zhǔn)化定義， AUDIO AES主要提供音頻的標(biāo)準(zhǔn)， AMWA旗下的NMOS的小組，主要完成IP控制API接口通用標(biāo)準(zhǔn)部分的研發(fā)和推動(dòng)工作。還有一部分是IEEE在做的工作，他們提出IEEE 1588 PTP，主要完成在IP格式下時(shí)間切換問(wèn)題，IETF這個(gè)組織主要提供實(shí)時(shí)的傳輸視頻信號(hào)封裝的描述和定義。

我們可以看到這個(gè)過(guò)程其實(shí)是很快的?，F(xiàn)在像TR-03標(biāo)準(zhǔn)，包括音頻的AES67已經(jīng)很成熟了，包括SMPTE ST 2059，現(xiàn)在唯一比較難的是對(duì)流的控制。對(duì)流的控制為什么相對(duì)來(lái)講比較難呢？當(dāng)時(shí)我們跟FOX和SMPTE的專(zhuān)家交流，他們也明確指出對(duì)流的控制不僅需要廣電工作者的努力，更多層面上取決于交換機(jī)廠家的配合。由于現(xiàn)在很多交換機(jī)廠家的設(shè)備不是很開(kāi)放，造成Broadcast Controler 和Network controler之間的API處理有很多困難?，F(xiàn)在他們一直在致力于廣電的PMN（專(zhuān)業(yè)媒體網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)跟IP交換機(jī)接口的問(wèn)題，這是未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)非常棘手的問(wèn)題，這也是為什么一部分生產(chǎn)廠家不得不選用專(zhuān)用的，或者適合于廣電的交換機(jī)。

現(xiàn)在大家都很彷徨，到底要不要建IP，如何去建

IP？在和FOX技術(shù)專(zhuān)家交流時(shí)，他們也給了我們一些建議。他們的建議是選擇一個(gè)支持TR-03、ASPEN等主流的格式，可以適應(yīng)當(dāng)前廣電系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的控制要求，并可以升級(jí)到SMPTE ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，這樣既可以保證系統(tǒng)的安全性，又能保證系統(tǒng)應(yīng)對(duì)未來(lái)的不確定性，他們自己也是基于這個(gè)理念建了一個(gè)IP系統(tǒng)。

（2）IP化的共享、距離、以及包容性的理解

下面這張圖是我們熟悉的傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)。系統(tǒng)中的外來(lái)矩陣、演播室分控矩陣、播出矩陣、分發(fā)矩陣分布的非常散。過(guò)去分布散的原因有很多，其中有設(shè)備安裝位置差距的原因和分工管理的原因，但主要的原因是以往的SDI矩陣規(guī)模沒(méi)那么大，合在一起管理比較復(fù)雜，也不容易實(shí)現(xiàn)。很多人都會(huì)關(guān)注到，IP化后信號(hào)是雙向傳輸?shù)?，每條網(wǎng)線可走video、audio、tally、 control等多路信號(hào)。

我們知道IP化后的信號(hào)要靠軟件去控制，但很少關(guān)注到SDN軟件是IP化的核心。通過(guò)SDN多級(jí)級(jí)連的交換機(jī)上的信號(hào)可以做到一級(jí)切換，而且在整個(gè)IP系統(tǒng)的末端，第三方設(shè)備也可以通過(guò)SDN進(jìn)行管理，整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同地完成廣播電視節(jié)目的制作。

IP平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)最大信號(hào)源的核心共享，目前專(zhuān)業(yè)的交換機(jī)可以做到46T、相當(dāng)于13800X13800 HD信號(hào)的路由能力，也比較容易解決距離、地域受限的問(wèn)題。通過(guò)control in band 控制信號(hào)可以和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)傳輸，也可以包容多種用途的信號(hào)，只要信號(hào)是IP封裝的，整個(gè)IP的平臺(tái)就能夠進(jìn)行路由調(diào)度管理。需要強(qiáng)調(diào)的是，IP化的目標(biāo)不只是少布放很多視頻電纜，也不是簡(jiǎn)單的把SDI視頻電纜換成網(wǎng)線， IP化最主要的目的是通過(guò)現(xiàn)有的IT技術(shù)，優(yōu)化我們的系統(tǒng)流程，引入微服務(wù)等。

（3）IP矩陣的合并

早期思考設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，會(huì)想未來(lái)IP大系統(tǒng)是不是能夠通過(guò)小的IP交換機(jī)，端口級(jí)聯(lián)、合并而成。在和FOX技術(shù)專(zhuān)家交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)如果開(kāi)始階段建立一個(gè)較小級(jí)別的IP交換系統(tǒng)，短期內(nèi)高清信號(hào)可能問(wèn)題不大，但未來(lái)的格式可能是4K，也有可能是8K，甚至現(xiàn)在還提出來(lái)了高真率的問(wèn)題，較小級(jí)別的總帶寬是不夠的，會(huì)限制未來(lái)的“可能性”。兩矩陣相連的連線帶寬，限制了他們信號(hào)交換的能力，但更大的影響是同時(shí)限制了未來(lái)的可能性。例如：干線帶寬是10Ge (1條10Ge =雙向各6路1.5G HD)：

能力只能用以作主備兩路PGM再加4路其他用途的信號(hào)，而B(niǎo)矩陣也可同時(shí)經(jīng)同一條網(wǎng)線把回看送回矩陣。

干線帶寬是40Ge (4條10Ge=雙向各24路1.5G HD)：

若A系統(tǒng)是一個(gè)中小型HD演播室，差不多所有Camera、圖像、放像、收錄等，都能彼此共享，兩系統(tǒng)協(xié)同，互備之類(lèi)的功能，也可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。

干線帶寬是160Ge (16條10Ge =雙向各16路4K NMI)：

分享的能力與上同，但已經(jīng)是4K了！

通過(guò)兩個(gè)較小級(jí)別的交換機(jī)端口級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，如果實(shí)現(xiàn)全帶寬實(shí)時(shí)共享，需要浪費(fèi)50% 的帶寬，這一塊資源和成本的浪費(fèi)是不必要的。

有人也提出，用堆疊的方式實(shí)現(xiàn)，其實(shí)堆疊口也是有帶寬限制的，全帶寬共享也存在資源浪費(fèi)。堆疊交換機(jī)，當(dāng)某一個(gè)交換機(jī)的堆疊口變動(dòng)了，系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)我們的直播系統(tǒng)會(huì)增加不必要的風(fēng)險(xiǎn)。而且堆疊一起的上、下游交換機(jī)的SDN管理會(huì)非常復(fù)雜，所以堆疊不是一個(gè)應(yīng)付未來(lái)帶寬要求增長(zhǎng)的好方案。

最簡(jiǎn)單的方案就是將所有的IP化信號(hào)建立一個(gè)核心的IP矩陣，取代多極IP矩陣的級(jí)聯(lián)工作，這樣從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看既節(jié)省成本，又解決了對(duì)未來(lái)信號(hào)不可知性的支持能力。FOX，ESPN的系統(tǒng)也是這樣布署的。

（4）格式標(biāo)準(zhǔn)

最近也跟很多臺(tái)在交流怎么做IP化系統(tǒng)，大家覺(jué)得目前IP化系統(tǒng)還有很多風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。其實(shí)所有的信號(hào)格式發(fā)展都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程，都是需要時(shí)間的，不可能等所有的系統(tǒng)、所有的格式全都完善以后，才去建設(shè)我們的系統(tǒng)，那個(gè)時(shí)候可能已經(jīng)晚了。

我們?cè)谶x擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)注的重點(diǎn)是理清我們的系統(tǒng)到底應(yīng)用在傳輸領(lǐng)域還是在制作領(lǐng)域。如果是在制作領(lǐng)域，最好選無(wú)壓縮的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)單獨(dú)封裝的格式，如TR03等。如果用于長(zhǎng)距離傳輸，就選目前生產(chǎn)廠家普遍支持的SMPTE2022-6標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)界目前對(duì)4K還沒(méi)有主流標(biāo)準(zhǔn)，若是把4K看成一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)群族，多個(gè)4K系統(tǒng)采用同一4K IP格式，信號(hào)共享，也是可以的。這個(gè)方案看起來(lái)也很簡(jiǎn)單，把整個(gè)4K系統(tǒng)全部做成SONY NMI，HD系統(tǒng)用SMPTE2022-6格式。演播室A與B 之間4K信號(hào)直接交換，演播室C, D與E 之間HD信號(hào)直接交換，演播室A與B 與其他HD系統(tǒng)交換信號(hào)用SMPTE2022-6，兩個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)必須統(tǒng)一到ST2022-6才能共享。

還有一種方案是把整個(gè)4K、SD、HD統(tǒng)一成ASPEN，一路10GE不能走4K，但由于信號(hào)只有1種格演播室A,B,C,D,E之間信號(hào)可以直接交換。這樣做最大的好處是整個(gè)信號(hào)源可以比較簡(jiǎn)單的共享。式，矩陣不用分隔成2層，畫(huà)分及監(jiān)看的調(diào)度會(huì)更方便；

以上的這兩個(gè)方案都是可行的，國(guó)際上也有很多類(lèi)似的案例。

（5）視頻信號(hào)以外的IP化

要同時(shí)考慮監(jiān)看、監(jiān)聽(tīng)、音頻、監(jiān)控、通話等混合在同一個(gè)IP化平臺(tái)上，通過(guò)核心IP矩陣進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，向多平臺(tái)伸展。

IP畫(huà)分的方式，可以用與現(xiàn)時(shí)一些SDI畫(huà)分SDI輸出回至矩陣，再選至各大屏的方法一樣，把畫(huà)分畫(huà)面回送IP矩陣變成一路信號(hào)， 可在多區(qū)調(diào)度使用；畫(huà)分可以中央調(diào)度使用；用IP連線，不受DVI線長(zhǎng)度限制。

可以把信號(hào)編碼分發(fā)用電腦,手機(jī),平板作為監(jiān)看,監(jiān)聽(tīng),通話的工具。參考ESPN案例，臺(tái)內(nèi)所有通話統(tǒng)一以選定的音頻IP規(guī)格作信號(hào)交換，對(duì)各種外接入，接出，與各演播室音頻系統(tǒng)信號(hào)，遠(yuǎn)程演播室等進(jìn)行交換，提供極大方便性。

把固接的KVM變成IP化，各控制室工位變成可以調(diào)度使用，應(yīng)付不同的使用場(chǎng)景及未來(lái)加入的功能及設(shè)備。各種監(jiān)控及信息,可利用KVM與IP 視頻之間調(diào)用各類(lèi)監(jiān)看。

（5）全面IP化，走向全功能軟件化時(shí)代的大趨勢(shì)

未來(lái)的系統(tǒng)將發(fā)展為基于刀片服務(wù)器計(jì)算和軟件授權(quán)的方式?，F(xiàn)在一些廠家的IP產(chǎn)品已經(jīng)具有了微服務(wù)的概念。最終廣電系統(tǒng)的理想狀態(tài)是由四大部分組成的：交換、控制、計(jì)算和存儲(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同節(jié)目需求由軟件控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配資源、服務(wù)。

最終廣播電視機(jī)房的總控、演播室分控等將被DATA Center 取代。下面這張圖是理想中的未來(lái)廣播電視機(jī)房的數(shù)據(jù)中心。