吳任遠(yuǎn)

摘 要 在制播系統(tǒng)IP化發(fā)展過(guò)程中，SDI信號(hào)漸漸被取代，但在兩種技術(shù)的選擇和使用上，行業(yè)內(nèi)還存在很多爭(zhēng)議性理論。文章根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)構(gòu)建全I(xiàn)P系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，并從超高清系統(tǒng)的SDI信號(hào)傳輸方案、超高清系統(tǒng)的IP傳輸方案、超高清系統(tǒng)中的SDI/IP混合數(shù)據(jù)傳輸策略3方面，論述了超高清制播系統(tǒng)中SDI/IP混合架構(gòu)的具體應(yīng)用形式。

關(guān)鍵詞 制播系統(tǒng)；混合架構(gòu)；信號(hào)傳輸

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）216-0075-02

新技術(shù)的使用是提升廣電行業(yè)用戶體驗(yàn)的主要話題，受到了相關(guān)人員的高度重視。在最近20年的發(fā)展過(guò)程中，IT和數(shù)字技術(shù)得到了更多發(fā)展機(jī)會(huì)，促使廣電行業(yè)發(fā)生了巨大變化。整體來(lái)看，廣電行業(yè)的IP化發(fā)展進(jìn)程從未停止，再加上文件化和制播系統(tǒng)的應(yīng)用，ASI逐漸被IP取代，并實(shí)現(xiàn)了SDI信號(hào)的IP化，該項(xiàng)轉(zhuǎn)變具有極強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，可幫助超高清制播系統(tǒng)變得更加完善。

1 構(gòu)建全I(xiàn)P系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

1.1 QoS

QoS主要是利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種類型的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，為特定的傳輸業(yè)務(wù)提供服務(wù)。截止到目前，很多IP業(yè)務(wù)屬于非實(shí)時(shí)應(yīng)用范疇，如文件傳輸、郵件傳輸?shù)?，在此過(guò)程中，只需要提供盡力而為的QoS即可。但對(duì)于SDI等實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，QoS需要避免受到網(wǎng)絡(luò)過(guò)載等因素的影響，保持較高的穩(wěn)定性。因此，在全I(xiàn)P系統(tǒng)構(gòu)架構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)該將QoS整體性需求體現(xiàn)出來(lái)。相關(guān)工作人員可以利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和業(yè)務(wù)進(jìn)行有效規(guī)劃，最終實(shí)現(xiàn)SDI信號(hào)端到QoS端。

站在另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，SDN屬于一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中將控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，這樣一來(lái)，人們便可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行靈活控制，從而賦予網(wǎng)絡(luò)管道更高的智能性。站在國(guó)外發(fā)展角度來(lái)說(shuō)，已經(jīng)研究出了SDI/IP的統(tǒng)一管理方案，如Sony公司中的Live Systerm等，確保QoS逐步完善。

1.2 網(wǎng)絡(luò)安全

與傳統(tǒng)SDI相比，IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在理論上并不可能出現(xiàn)非法入侵或攻擊等問(wèn)題。因此，在網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)上，避免未授權(quán)訪問(wèn)現(xiàn)象的出現(xiàn)顯得十分重要。在IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、設(shè)備認(rèn)證和用戶認(rèn)證進(jìn)行綜合考慮，從而將IP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)展示出來(lái)。

首先，在用戶認(rèn)證過(guò)程中，受網(wǎng)絡(luò)操作便捷性的影響，可能會(huì)使得各項(xiàng)設(shè)備暴露在惡意用戶的控制范圍內(nèi)。管理人員可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行合理化分配，將訪問(wèn)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

其次，在設(shè)備認(rèn)證上，需要做好接入網(wǎng)絡(luò)的身份識(shí)別，并通過(guò)認(rèn)證，將非法設(shè)備接入到網(wǎng)內(nèi)，從而對(duì)設(shè)備的使用權(quán)限進(jìn)行控制，避免對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成破壞。

最后，在網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證過(guò)程中，網(wǎng)內(nèi)環(huán)境的保障顯得尤為重要，從而將網(wǎng)外設(shè)備干擾情況進(jìn)行避免，對(duì)未授權(quán)的設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的有效營(yíng)造。

1.3 互聯(lián)互通

由于SDI所遵循的標(biāo)準(zhǔn)與業(yè)內(nèi)相統(tǒng)一，不同的設(shè)備廠商均可以通過(guò)SDI實(shí)現(xiàn)安全互聯(lián)。但由于SDI/IP的混合架構(gòu)建設(shè)還處于發(fā)展初期階段，相關(guān)人員需要站在標(biāo)準(zhǔn)化組織等角度進(jìn)行考慮，從而對(duì)不兼容的封裝格式和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面考慮。在其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)帶寬利用率的有效提升，各個(gè)生產(chǎn)廠家還會(huì)注重對(duì)各種輕壓縮技術(shù)進(jìn)行研究和使用，促使設(shè)備的互操特性變得越來(lái)越復(fù)雜。而在全網(wǎng)IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中，出現(xiàn)了很多標(biāo)準(zhǔn)和格式，容易讓人產(chǎn)生一種眼花繚亂的感覺(jué)，使使用者產(chǎn)生極大的困惑，這也為IP網(wǎng)絡(luò)的互通提出了極大考驗(yàn)。如果該項(xiàng)問(wèn)題一直無(wú)法得到有效解決，IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展成效便會(huì)無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)，其推廣進(jìn)度也會(huì)變得十分緩慢。

2 超高清制播系統(tǒng)中SDI/IP混合架構(gòu)的具體應(yīng)用形式

2.1 超高清系統(tǒng)的SDI信號(hào)傳輸方案

廣電行業(yè)信號(hào)傳輸特有標(biāo)準(zhǔn)以SDI為主，發(fā)展歷史超過(guò)20年，目前已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，如監(jiān)控、錄播等。SDI之所以會(huì)受到業(yè)內(nèi)人士的高度認(rèn)可，主要原因包括以下幾方面，即質(zhì)量較高、可靠性較強(qiáng)、延時(shí)效果弱、具有較強(qiáng)的通用性能、協(xié)議構(gòu)建十分簡(jiǎn)單。

截止到目前，國(guó)家對(duì)SDI傳輸制定了很多標(biāo)準(zhǔn)，主要是為了將傳輸方案進(jìn)行有效優(yōu)化。另外，在各種標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，與很多多鏈條和單鏈條的映射現(xiàn)象息息相關(guān)。因此，在系統(tǒng)架構(gòu)確定上，無(wú)論哪種形式均可以與該系統(tǒng)相適應(yīng)。而在超清系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，視頻圖像以大小分子圖像的整合為主，如果對(duì)UHDTV1格式進(jìn)行應(yīng)用，可以將整個(gè)圖像分割成4個(gè)子圖像，UHDTV2可以將圖像分割成16個(gè)子圖像。在每個(gè)子圖像的應(yīng)用過(guò)程中，均可以對(duì)高清數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理。在整個(gè)UHDTV系統(tǒng)之中，由于SDI系統(tǒng)早已經(jīng)被人們確立，充分證明了SDI信號(hào)傳輸系統(tǒng)的實(shí)施具有較強(qiáng)的可行性。但由于12G-SDI的傳輸速率較高，且傳輸速率較低，最終導(dǎo)致12G-SDI在超高清應(yīng)用中存在很大障礙。

2.2 超高清系統(tǒng)的IP傳輸方案

從目前實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，SDI/IP標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率較高，并以40GbE為主流，但卻無(wú)法對(duì)12G-SDI信號(hào)進(jìn)行有效承載。如何構(gòu)建起高清數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)成為相關(guān)行業(yè)重點(diǎn)研究的問(wèn)題。據(jù)實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，無(wú)壓縮傳輸方式的使用存在極大的可能性，在此過(guò)程中，輕壓縮方法已經(jīng)被人們商品化，無(wú)法將更大功能發(fā)揮出來(lái)。

2.2.1 無(wú)壓縮方案

對(duì)于IP超高清的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)廣電行業(yè)并未對(duì)詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，為了確保無(wú)壓縮方案的全面實(shí)施，研究人員將4個(gè)3GIP鏈路綁定在一起，對(duì)超高清信號(hào)進(jìn)行有效傳輸，但此時(shí)需要的10GbE鏈接數(shù)量至少為兩條。該方案具有較高的可行性，但由于多個(gè)IP鏈路綁定視屏傳輸方案還未全面制定出來(lái)，信號(hào)分配、系統(tǒng)同步等問(wèn)題還無(wú)法得到全面解決。

另一個(gè)無(wú)壓縮方案主要以高速以太網(wǎng)為主，并將SMPTE ST拓展到12G-SDI范疇，但該標(biāo)準(zhǔn)同樣沒(méi)有被完善。從目前的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，40GbE主要采用的是4×10G，而100GbE則采用10×10G。由于10G之后的以太網(wǎng)鏈接基礎(chǔ)尚未得到有效確立，這也為相關(guān)工作的開展創(chuàng)造了很多挑戰(zhàn)。很多研究人員十分看好25GbE的發(fā)展前景，很可能成為下一代以太網(wǎng)的基礎(chǔ)鏈接。在使用24GbE鏈接時(shí)，其性價(jià)比較高，可以進(jìn)一步提升云服務(wù)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的吸引力。

2.2.2 輕壓縮方案

由于超高清IP化的另一個(gè)思路主要是對(duì)輕壓縮網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適配，在各種方案之中，主要以圖像質(zhì)量、壓縮比等平衡為主，為后續(xù)開發(fā)工作產(chǎn)生較好基礎(chǔ)。在視頻直播過(guò)程中，還需要做到壓縮比的有效降低。因此，由于MPEG-2中的格式延時(shí)過(guò)大，并不適合在輕壓縮方案中進(jìn)行使用。SMPTE屬于超高清電視生態(tài)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域，應(yīng)該將壓縮比控制在2：1到20：1之間。而在圖像質(zhì)量控制上，需要考察的算法有很多，還需要對(duì)圖像的損傷程度進(jìn)行復(fù)制。

在對(duì)各種要求滿足的同時(shí)，研究人員還需要對(duì)BBC研發(fā)過(guò)程中的VC算法提高重視程度，該算法也被人們稱為Firac Pro。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)不同的壓縮格式設(shè)備采用時(shí)，研究人員應(yīng)該對(duì)互操作性進(jìn)行解決。

2.3 超高清系統(tǒng)中的SDI/IP混合數(shù)據(jù)傳輸策略

截止到目前，在超高清信號(hào)通路設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)SDI技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先考慮。在各種應(yīng)用場(chǎng)景之中，有的對(duì)同步性要求較高，如實(shí)時(shí)直播、場(chǎng)景切換等過(guò)程，由于SDI的作用，可以保證圖像質(zhì)量不受到影響。

另外，SDI也是唯一具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的超高清互聯(lián)網(wǎng)方案，而且不同設(shè)備之間的互操作性也具備較高保障。站在理論角度來(lái)說(shuō)，全I(xiàn)P超高清系統(tǒng)部署并不是沒(méi)有可能。盡管SDI/IP組合技術(shù)中還有很多問(wèn)題需要處理，但隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展，以及以太網(wǎng)帶寬的提升，IP技術(shù)終會(huì)成為視頻傳輸領(lǐng)域的主流。

3 結(jié)論

綜上所述，廣電技術(shù)的發(fā)展并不是孤立的，經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展時(shí)間，制播系統(tǒng)發(fā)生了天翻地覆的變化，從標(biāo)清到高清，以文件代替磁帶，讓人們看到了不一樣的超高清制播系統(tǒng)?，F(xiàn)如今，用戶體驗(yàn)是服務(wù)行業(yè)主要的發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)SDI/IP混合網(wǎng)絡(luò)的搭建，可以對(duì)超高清節(jié)目生產(chǎn)需求進(jìn)行滿足，確保整個(gè)行業(yè)向全I(xiàn)P化預(yù)留發(fā)展空間邁進(jìn)。

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