何寅畏 世紀?？萍瘓F視頻事業(yè)部

基于12G-SDI的UHD制作系統(tǒng)現(xiàn)狀和未來

何寅畏 世紀?？萍瘓F視頻事業(yè)部

本文對4K UHD超高清電視信號格式的現(xiàn)狀進行了介紹，對目前建設4K UHD超高清電視系統(tǒng)選擇12G-SDI格式還是SDI Over IP格式分享了自己的觀點，對廣電未來的技術架構進行了展望。

4K-UHD 12G-SDI SDI Over IP 未來技術展望

1．引言

很高興參加第六屆廣電傳媒產(chǎn)業(yè)論壇暨第四屆中國廣播電視紫金論壇。今天我要講的主題是12G-SDI的4K超高清的系統(tǒng)?；?2G-SDI接口的4K超高清系統(tǒng)或是基于SDI over IP接口的4K超高清系統(tǒng)的技術都在發(fā)展中，世紀?？圃谶@兩種系統(tǒng)都同時有項目在進行當中，都積累了一些經(jīng)驗。

2. UHD電視信號格式現(xiàn)狀

先介紹一下現(xiàn)在的4K，也就是UHD電視信號格式的現(xiàn)狀。最早其實多年以前，UHD的制作格式在單機類的制作系統(tǒng)當中就已經(jīng)有了，它的最重要傳輸方式就是Quad-Link。兩三年前實時的直播系統(tǒng)，如演播室、轉(zhuǎn)播車開始向UHD的格式發(fā)展，那時4K采用的4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號的Quad-Link格式已經(jīng)不太適應于直播的系統(tǒng)，所以就發(fā)展出了4K UHD的SMPTE 2022-6 以及SMPTE 2110 SDI over IP的格式，以及SMPTE 2082-1 12G-SDI的格式，同時依舊保留了Quad-Link的格式。

Quad-Link是最早采用的4K信號格式，在早期支持4K格式的攝影機和錄制設備上一直采用此方式，目前依然是應用最廣泛的4K信號傳送格式。Quad-Link又分為2SI和SQD兩種方式，SQD:Square-Division方式采用正方形四分割方式分配4路信號，對于4路信號傳輸時延的要求較高，畫面處理延時更大。2SI: 2 sample-Interleave方式采用像素點交織方式分配4路信號，2SI信號的任意一路3G-SDI，可以作為4K信號的1080p格式。2SI方式興起之后，大部分廠商都已支持此種方式。

4K UHD的Quad-Link、SDI over IP以 及12G-SDI 這三種接口方式在現(xiàn)在國內(nèi)的超高清系統(tǒng)中都有不少的應用。

SMPTE 2082-1 (2015)-12 Gb/s Signal/Data Serial Interface - Electrical是12G-SDI信號2015年的標準，目前支持該標準的廠商和設備如下，攝像機廠商：有池上、松下、GV……；切換臺廠商：有SAM、GV、RossVideo……；監(jiān)視器廠商：有TVLogic、池上、國產(chǎn)……；矩陣廠商：有UTAH、SAM、Evertz……；周邊設備廠商：有SAM、Evertz……。實際上最早可能僅僅是兩三家非主流的廠商開始推12G-SDI接口的4K設備， 2016年的NAB以后，池上等一些大的廠商都開始有了12G-SDI接口的4K設備。

目前UHD制作系統(tǒng)的情況是：全球范圍內(nèi)的UHD系統(tǒng)主要以制作系統(tǒng)為主（轉(zhuǎn)播車、演播室、EFP），絕大多數(shù)為規(guī)模較小的系統(tǒng)，以Quad-Link方式實現(xiàn)。CCTV將于今年建成第一輛IP 4K轉(zhuǎn)播車，采用SONY IP LIVE + Imagine Selenio + AES 67 +CISCO；騰訊視頻將建成第一輛基于TICO淺壓縮的 IP 4K轉(zhuǎn)播車，采用全線GV 產(chǎn)品，信號采用Tico over IP方式為主，以GV Node作為調(diào)度核心；北京世紀漢唐正在建設第一輛基于12G-SDI的4K轉(zhuǎn)播車，采用30訊道Ikegami + 2ME Kahuna 9600。

UHD制作系統(tǒng)采用Quad-Link方式實現(xiàn)，目前還比較多。但是比較大的系統(tǒng)，例如大型4K轉(zhuǎn)播車或者大型4K演播室，采用Quad-Link方式，4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號的方式存在較多的局限性。

我們?nèi)ツ曛袠撕蠼衲陝倓偨桓锻瓿傻囊惠vCCTV的全4K轉(zhuǎn)播車就采用了全IP的方式，該轉(zhuǎn)播車是我們和索尼等很多公司一起合作完成的，這并不是全球第一輛4K IP的轉(zhuǎn)播車，但是在國內(nèi)還是第一輛全4K全IP的轉(zhuǎn)播車，技術的實現(xiàn)意義還是很大的。幾乎在我們給CCTV交付第一輛全4K全IP轉(zhuǎn)播車的同時，騰訊視頻也建設完成了第一輛4K IP轉(zhuǎn)播車，這輛轉(zhuǎn)播車信號采用Tico over IP方式，這是國內(nèi)已經(jīng)建成的第二輛完整的4K IP系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播車。

基于目前技術發(fā)展的現(xiàn)狀，這兩輛4K IP系統(tǒng)轉(zhuǎn)播車的4K信號都采用了淺壓縮，這種淺壓縮雖然在技術上可較方便的實現(xiàn)在一個萬兆網(wǎng)內(nèi)傳輸一路12G帶寬的4K信號，但同樣也帶來了傳輸?shù)难訒r以及其信號是否能較方便的共享給其他設備等一些問題。目前世界上只有韓國有一輛12G-SDI接口的4K轉(zhuǎn)播車，北京世紀漢唐制作公司目前正建設一輛30個訊道的4K轉(zhuǎn)播車，是第二輛基于12G-SDI接口的4K轉(zhuǎn)播車。

3．未來的電視系統(tǒng)，12G amp; IP？

面向未來，我們在做4K UHD系統(tǒng)的時候，SDI over IP和12G-SDI這兩個格式該如何取舍？比較目前4K UHD幾個主流方式和生命周期，首先是最傳統(tǒng)的Quad-Link格式，還會有一個比較長的生存時間，因為它是比較簡單的傳輸方式，同時在單機ENG方面有比較好的市場應用場景。12G-SDI也是較早的一種格式，目前我們判斷它的存活時間會比較久，一方面是UHD-SDI基帶的方式是目前大家最容易接受的，沒有任何技術門檻，UHD-SDI基帶傳輸?shù)木€纜目前已可傳輸100米左右的距離，各方面的安全性也比較有保障。上面說到的央視CCTV和騰訊視頻的兩輛轉(zhuǎn)播車都采用了淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式，將來無壓縮的IP標準發(fā)布之后，目前壓縮到10G以內(nèi)的淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式會很快被市場所淘汰，4K UHD視頻傳輸未來肯定還是IP的傳輸方式。

VoIP的方式是未來的方向，廣電未來的技術架構肯定是基于IP。未來大型數(shù)據(jù)中心會成為全臺各類業(yè)務的核心系統(tǒng)，總控系統(tǒng)乃至整個制作中心都將是大型數(shù)據(jù)中心的方式，數(shù)據(jù)中心的建設會對未來的總控系統(tǒng)以及全臺的核心系統(tǒng)有很大的幫助；未來全臺系統(tǒng)的電視信號、視頻文件、數(shù)據(jù)庫、業(yè)務流程等均在同一個系統(tǒng)內(nèi)；采用虛擬化布署與私有云架構，不再有大量專業(yè)廣電設備存在；系統(tǒng)的改動和升級將會十分簡單，硬件通用設備的升級或堆疊將不影響業(yè)務，業(yè)務流程的改動僅僅通過軟件策略調(diào)整即可實現(xiàn)。

我們在建設技術系統(tǒng)時要區(qū)分不同的系統(tǒng)分別采用不同的技術策略。對于制作系統(tǒng)，每一個演播室或轉(zhuǎn)播車，都可以看做是一個制作孤島，因此系統(tǒng)內(nèi)部的格式或者流程，并不必須與全臺統(tǒng)一，只需要在接口統(tǒng)一即可。即全臺可以是一個無壓縮的IP格式，而轉(zhuǎn)播車可以采用淺壓縮UHD-SDI Over IP的格式，小型演播室可以采用Quad-Link格式或是12G-SDI的格式，各個制作系統(tǒng)都可以順利的進行自身的節(jié)目制作，各制作系統(tǒng)內(nèi)部的格式和全臺的格式?jīng)]有必要一定要統(tǒng)一，否則我們將永遠在等待IP技術發(fā)展到最終階段，才能去建設所有的UHD技術系統(tǒng)。

圖1是我們預測在短期之內(nèi)能看到的全臺技術架構，雖然比較簡單，但表述比較清晰。

未來全臺的總控、調(diào)度甚至播出一類的核心系統(tǒng)，應是一個IP核心調(diào)度系統(tǒng)，部署在一個虛擬的云上或者是部署在一個數(shù)據(jù)中心里面，采用SMPTE 2110 SDI over IP的格式。全臺除這個IP核心調(diào)度系統(tǒng)以外，所有演播室、EFP、轉(zhuǎn)播車等制作系統(tǒng)可以采用各自的格式。我們現(xiàn)在要建設的4K系統(tǒng)不用擔心IP的標準是不是已完備，IP的技術是不是已發(fā)展成熟，是不是一定要在轉(zhuǎn)播車或演播室內(nèi)運用虛擬化的技術。如果現(xiàn)在需要建設一個4K系統(tǒng)，采用任何一種成熟的技術，只要是可行的，在不影響質(zhì)量的前提下都可以放心地采用。

圖1 廣電未來的全臺技術架構

4．問題與答案

第一個問題是人們擔心12G-SDI說到底是一個過渡技術。但我認為，從來就沒有一勞永逸的技術，任何的技術手段都是前后兩代技術之間的過渡技術，需要考量的是不同技術的生命周期是否足夠。從生命期來看，12G-SDI技術在IP虛擬化完全實現(xiàn)之前，是非常實用的傳輸手段，會比目前的其他傳輸手段有更長的生命期。SDI串行數(shù)字信號技術，是久經(jīng)考驗的成熟手段，無論是信號的檢測，故障的判斷，還是信號的傳輸，都有很多經(jīng)驗可以參考，有很完備的技術團隊去實現(xiàn)，SDI串行數(shù)字信號技術也將在未來一段時間繼續(xù)受到歡迎。

而我們目前看得到的IP技術，雖然前景很廣闊，但是實際上我們還沒有經(jīng)過真正的實戰(zhàn)。我們和索尼等很多公司一起合作完成的CCTV全IP 4K轉(zhuǎn)播車，在最近兩個月后會有很多的使用，在這兩個月的使用當中我相信會有很多的反饋，比如說在IDC機房的設備在直播車上安裝之后會不會有新的問題的發(fā)生；轉(zhuǎn)播車長期運轉(zhuǎn)之后，所有的接口和精密設備在轉(zhuǎn)播車內(nèi)是不是還可以安裝的完全穩(wěn)固；一旦出現(xiàn)任何的故障或者說信號的問題，前方傳統(tǒng)的視頻團隊是不是有足夠的經(jīng)驗判斷，現(xiàn)在IP系統(tǒng)當中故障的問題點發(fā)生在什么地方，如何去處理它。這實際還需要有兩三年的經(jīng)驗積累，才能去判斷一個系統(tǒng)是不是穩(wěn)定。

第二個問題也是很多人擔心的，就是12G-SDI的傳輸，因為它的帶寬已經(jīng)是原來1080P的帶寬的四倍，那么它的傳輸品質(zhì)和距離是否會限制系統(tǒng)設計？目前CANARE和BELDEN兩大線纜產(chǎn)品均已發(fā)布12G-SDI的相關產(chǎn)品，其中CANARE已經(jīng)推出跳線排等接插件。從目前生產(chǎn)廠家和第三方的測試結果來看，12G-SDI單根線纜的傳輸距離在100M左右，與1.5GHz的1080i信號相當。由于頻率過高，確實在接插件方面的品質(zhì)要求會更為嚴格，接插環(huán)節(jié)帶來的反射損耗也會比低頻段信號更大，在設計系統(tǒng)時，系統(tǒng)布線不宜過多采用接口板雙通。

第三個問題是如何判斷系統(tǒng)適用12G還是IP技術。我認為，從實用性和易用性來說，傳統(tǒng)技術顯然有更大優(yōu)勢；從技術亮點和團隊儲備來看，IP會更吸引眼球；判斷系統(tǒng)適用12G還是IP技術的最大的依據(jù)是系統(tǒng)的建設目的和意義，是為了實用超高清轉(zhuǎn)播制作，還是為了嘗試新技術對未來進行技術儲備。

從實用出發(fā)，如果建設4K系統(tǒng)是用于4K超高清轉(zhuǎn)播或綜藝直播，我認為12G-SDI會是一個簡單易行的選擇。但是如果從長遠考慮，從未來IP方面的技術儲備出發(fā)，IP技術建設會有更大的意義。當然12G-SDI和SDI over IP兩者都還有很多未知數(shù)，比如說12G-SDI還有待各設備工廠開發(fā)更多的產(chǎn)品。從目前來看，攝像機、切換臺，包括慢動作的EVS服務器還有周邊設備等，都已經(jīng)有廠家推出了12G-SDI的接口，但目前每一個環(huán)節(jié)都沒有三到五家的產(chǎn)品均可以支持這樣的接口，所以從總體來看，12G-SDI的接口4K超高清設備的選擇余地還不大。

IP方面的最大不確定性是相關的標準，SMPTE 2110 SDI over IP是我們看得到的最遠的現(xiàn)在定下來的標準，但是在這個標準之后，還有很多需要定義的事情，甚至未來8K采用什么樣的方式，這些都是我們現(xiàn)在看不到的一些IP方面的未來的技術。我們即便現(xiàn)在做了準備，可能也不一定會對未來適用。IP的技術一方面有很多地方需要做儲備，另一方面，有很多IP技術的儲備我們也是未知數(shù)，并不知道這些儲備是不是真正有意義。

以上是我們對目前4K超高清技術及制作系統(tǒng)的一些認識和經(jīng)驗的總結，希望能給同行有所借鑒和啟迪。