白振江

興安廣播電視臺 內蒙古 烏蘭浩特市 137400

試論融媒體時代電視中心IP化基礎架構

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IP化基礎架構是融媒體的關鍵技術。本文結合融媒體時代背景分析了IP化基礎架構技術的發(fā)展狀況和技術標準，闡述了電視中心IP化基礎架構的同步技術應用。

媒體融合 電視中心 IP化 基礎架構

隨著信息技術的發(fā)展，新興媒體的融合發(fā)展越來越迅速。目前，計算機技術和通信技術已經被廣泛應用到廣播電視行業(yè)。顯然，傳統(tǒng)的電視中心以SDI為基礎的系統(tǒng)技術架構已經難以滿足媒體融合的發(fā)展。鑒于此，加強IP化基礎架構的深入研究是非常重要的。

1 IP化基礎架構內涵

從傳統(tǒng)的有線電視到數字電視，新媒體的業(yè)務在不斷拓展。電視中心的基礎架構IP化勢在必行。傳統(tǒng)的電視中心基礎架構SDI雖然具有應用廣泛、可靠性高和延遲低的優(yōu)點。但是，存在一定的劣勢，如在信息源不斷增加的背景下，SDI/HDSDI/3G-SDI信號調度矩陣的規(guī)模也在逐漸擴大，間接導致了信息中心的布線和信號處理鏈路更加復雜、密集。顯然，SDI系統(tǒng)結構的靈活性并不支持不斷的擴展。在這種情況下，IP化基礎架構逐漸發(fā)展起來。但是，目前對于電視中心基礎架構的看法也不盡一致。有人認為應當按照傳統(tǒng)的趨勢繼續(xù)發(fā)展。另一部分人認為，應當放棄傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構，沿用雙向IP架構。正如索尼中國集團管理者所說，采用何種系統(tǒng)架構技術就好比是選擇自己的小船，還是采用IP化大船。雖然IP化基礎架構已經逐漸受到重視，但是到該技術的成熟還需要一段時間。尤其是IP化基礎架構的標準和技術應用，仍然在不斷的改進、完善中。

2 IP化基礎架構的發(fā)展方向

電視中心的系統(tǒng)架構發(fā)展方向包括：傳統(tǒng)的SDI和共享/雙向IP化架構兩個方向?；赟DI的系統(tǒng)架構主要是采用串行數字接口（SDI）進行視頻基帶信號的傳輸，包括SD-SDI（270Mbp/s，SMPTE259M）、HD-SDI（1.485Gbp/s，SMPTE 292M）、3G-SDI（2.97Gbp/s，SMPTE 424M）等，能夠通過單根（單鏈路）同軸電纜傳輸對應碼率范圍內的無壓縮信號。但單根鏈路無法滿足媒體融合的發(fā)展，基于此，行業(yè)提出了三種解決方法：一是制定新的SDI接口標準，二是在現有SDI標準規(guī)范下用多鏈路進行傳輸，三是基礎架構IP化。第三種是本文重點介紹的系統(tǒng)架構方式。

所謂共享/雙向IP化主要就是用RJ-45或光纖接口取代BNC接口，用10G以太網取代軸電纜，用IP交換機取代SDI基帶矩陣。這種方式的優(yōu)點在于能夠簡化系統(tǒng)，音頻、視頻，輸入、輸出，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus，光纖接口）中。這種系統(tǒng)架構主要就是針對AV數據傳輸。

IP化基礎架構的發(fā)展又分為兩個方向，即AVB與SMPTE。其中，SMPTE又劃分為專用和通用IP交換機兩部分。以AVB為代表的廣電設備制造商包括：Axon、Avid、BARCO、Dolby、YAMAHA、SENNHEISER、SHURE和RIEDEL等；以SMPTE為代表的廣電設備制造商包括：Sony、Grass Valley、Evertz、Imagine、Harmonic、Snell、Panasonic、ROSS、NEC和EVS等。但是總的來說，IP化系統(tǒng)架構能夠使系統(tǒng)更加靈活，即便是利用一根網線也能夠解決控制和同步等問題。最重要的是能夠根據業(yè)務需求制定靈活、專項的系統(tǒng)和業(yè)務流程，并借助軟件真正提升系統(tǒng)架構的生產能力。因此，IP化基礎設施能夠有效推進媒體融合，促進媒體的發(fā)展。

3 音視頻信號IP化分析

電視中心的音視頻信號的數據量比較大，同時，還需要對音視頻的延時和同步進行調整，尤其是音視頻的碼率。鑒于此，若要實現音視頻信號IP化，首要解決的問題就是保證寬帶可承載的碼率。通常，電視中心實現IP視頻數據路由交換，最低的要求是10G的以太網。

3.1 基礎技術

基于IP化的系統(tǒng)基礎架構的電視中心在進行信號切換時，主要是進行包的路由交換。在此過程中，工作人員需要解決包分發(fā)和轉換等數據的延時、丟包問題。目前，解決這種問題的方法有：（1）利用IP規(guī)范，實現音視頻信號的規(guī)范打包、傳輸，如IP網絡高碼率媒體信號傳輸標準：SMPTE ST 2022-6∶2012。（2）引入實時傳輸協(xié)議，如RTP、RTCP、RTSP等協(xié)議。其中，RTP一般應用在多媒體數據的傳輸中；RTCP結合RTP協(xié)議能夠應用與數據傳輸的監(jiān)控；RTSP多用于多媒體數據流的控制，如播放，暫停等。（3）引入資源預留協(xié)議和區(qū)分服務。所謂資源預留協(xié)議是指應用于特殊服務的應用程序數據流傳輸。區(qū)分服務則是指利用碼點，在網絡入口處進行標記。這樣就能夠保證將數據包在網絡邊緣中進行復雜處理。（4）重視QoS等延時轉包技術的應用。QoS是指聯(lián)網服務質量，將其用于延時轉包處理中，主要是它可以為共享網絡提供類似專項網絡的服務，并給予應用程序的通知，保證應用程序能夠滿足系統(tǒng)需求。（5）引入前向糾錯技術.所謂糾錯技術就是一種能夠自動糾正輸誤碼的編碼技術，主要是發(fā)送糾錯碼進行冗余編碼。將其應用在IP化基礎架構中能夠有效避免一些數據傳輸錯誤問題。（6）部署無縫切換主備冗余路由設備。

3.2 壓縮編碼和SDI基帶信號的IP化

壓縮編碼音視頻流的IP化，主要是利用已經配置過以太網標準的視頻編碼器和衛(wèi)星接收機等設備。同時，按照相關標準進行TS overIP碼流數據處理。寬帶基帶信號IP化，即SDI over IP主要是指無壓縮音視頻的SDI基帶信號IP化。目前，應用實施信息數據處理、傳輸和交換的設備包括：SDI信號轉換器、SDIover IP路由矩陣和IP Gateway板卡等。通過這些設備能夠進行IP視頻的無縫轉換等。其中，SDI信號轉換器的本質是一種調制器，能夠將HD-SDI信號轉換為HDMI信號，同時，也能將音視頻信號嵌入到該HDMI中，從而實現音視頻信號的同步傳輸。其主要工作原理是將串行的接口信號轉變?yōu)門DMS信號，以方便高清攝像機與終端顯示器互聯(lián)。值得注意的是，該設備數據還能夠適用于SDI基帶信號。SDI over IP路由矩陣屬于無壓縮損壞矩陣。目前，SDI over IP還存在著多種問題，如鏈路寬帶有限，無法保證大數據量的傳輸，系統(tǒng)交換能力有限，可用設備有限。這些都是影響SDI over IP應用的關鍵因素。也就是說，若要完善SDI基帶信號的IP化，必須著手解決這些問題。IP Gateway板卡是一種能夠外置的轉換接口板和內置轉換芯片。

3.3 矩陣IP化

IP化矩陣形式包括：SDN、SDVN和基于交換機的SDN。三種方式各有不同，在實際應用過程中，需要根據實際的情況進行選擇。

SDN是指軟件定義網絡，是一種網絡虛擬化的形式。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構中，由于業(yè)務需求的變化，需要進行系統(tǒng)架構的優(yōu)化和調整。但進行路由器和交換機等設備的配置比較繁瑣，因此，為保證系統(tǒng)的靈活和穩(wěn)定性，采用SDN分離網絡設備的控制權，屏蔽各種設備之間的差異，以實現用戶自由、靈活的設置網絡協(xié)議。在IP化基礎系統(tǒng)架構中，應用SDN主要進行設備硬件的軟化，加強用戶的控制，如能夠通過控制IP交換機實現傳統(tǒng)SDI矩陣的功能。同理，SDN能夠使IP化系統(tǒng)架構中的網絡設備控制層和數據層分離，實現冗余備份。最重要的是SDN還能夠實現信號的管理和分配，給用戶提供設備管理、設置操作界面。以SDN為基礎的操作系統(tǒng)，還能夠實現多種混合操作，完成矩陣配置和交叉點切換等功能。

SDVN是指基于IPX達到軟件定義視頻網絡，能夠實現SDI信號的路由管理和寬帶管理。工作人員就能夠通過操作系統(tǒng)實現系統(tǒng)管理。

IP交換機+SDN是指基于IP網絡的SDI矩陣，主要就是指在SDN的控制和管理下，利用IP交換機實現SDI矩陣功能。在融媒體環(huán)境下，SDN矩陣能夠用于多屏視頻的顯示轉換，應用于視頻會議、視頻監(jiān)控和廣播帶式系統(tǒng)等方面。顯然，IP交換機+SDN對于IP化的系統(tǒng)架構是非常重要的。

4 安全技術和標準

電視中心的基礎系統(tǒng)架構IP網絡安全技術包括：IP網絡數據安全保護技術和網路冗余備份技術。其中，網絡數據安全保護技術主要是保護SDI over IP和TS over IP數據安全的技術，比如，在設置防火墻、建立防入侵系統(tǒng)，部署IPS入侵防護設備隔離網閘等。根據不同結構和數據形式可以采用不同形式的安全技術?？偟膩碚f，數據安全保護技術是以保護數據安全為主，只有選擇安全、可靠的數據保護技術才能夠實現數據的安全。網絡冗余備份技術主要是指鏈路聚合冗余技術。如果系統(tǒng)網絡發(fā)生故障，該技術能夠實現主鏈路和備用鏈路之間的切換。切換時間小于40毫秒，能夠在物理路由上采用不同的網絡。IP化系統(tǒng)架構的標準包括：物理層應用標準、傳輸標準和IP封裝標準等。其中，物理標準為SMPTE2022標準和IEE AVB標準。用于IP網絡恒定碼率 MPEG TS流單向傳輸的標準是SMPTE ST 2022-2∶2007?？傊?，在實際的系統(tǒng)架構過程中，盡量以這些標準為基本準則，從而保證IP化系統(tǒng)架構的安全。

總結

綜上所述，廣播電視技術人員應當正確看待IP化基礎系統(tǒng)架構，并根據最新的動態(tài)變化和國家標準，合理設計IP化基礎系統(tǒng)，從而為促進新媒體融合奠定良好的基礎。

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審稿人：孫生和 內蒙古廣播電視臺 正高級工程師

責任編輯：王學敏

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2096-0751（2017）01-0019-04

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