孫 培

（中央廣播電視總臺(tái)，北京 100859）

在廣播電視制作域全I(xiàn)P化、超高清制作技術(shù)越來越普及的時(shí)代背景下，越來越多的IP通話被應(yīng)用在超高清系統(tǒng)中。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式由SDI（數(shù)字串行接口）向IP構(gòu)架的轉(zhuǎn)換，符合2110標(biāo)準(zhǔn)的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)流在不同的設(shè)備間交互制作。相比傳統(tǒng)的、與SDI視頻系統(tǒng)并行的通話網(wǎng)絡(luò)，在IP視頻系統(tǒng)內(nèi)，IP通話不再是獨(dú)立的系統(tǒng)，可直接發(fā)送AES67信號(hào)進(jìn)入主核心數(shù)據(jù)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，并傳輸至通話面板、攝像機(jī)、腰包等各個(gè)結(jié)點(diǎn)，大大簡化了整體系統(tǒng)。

中央廣播電視總臺(tái)所建立的兩套IP化移動(dòng)外場視頻系統(tǒng)，分別為GV核心設(shè)備+思科交換機(jī)的主、備單機(jī)構(gòu)架和SONY核心設(shè)備+華為交換機(jī)的主、備葉脊構(gòu)架。兩者均使用了Telos Alliance的Infinity通話系統(tǒng)，可傳輸AES67音頻信號(hào)，脫離了傳統(tǒng)通話矩陣的方式。兩套系統(tǒng)因使用方式及系統(tǒng)的設(shè)置不同呈現(xiàn)出了不同的狀態(tài)。

文中以這兩套系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議的構(gòu)架為例，闡述目前IP化視頻系統(tǒng)中主要應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸方式，以現(xiàn)有移動(dòng)外場中涉及的ASM和SSM兩種模式為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析IP通話在不同環(huán)境下的應(yīng)用方式。

1 PIM+IGMP協(xié)議構(gòu)架

現(xiàn)有的IP化視頻系統(tǒng)主要采用PIM+IGMP（Protocol Independent Multicast，協(xié)議無關(guān)組播；Internet Group Management Protocol， Internet組管理協(xié)議）拉流的方式。這里的協(xié)議無關(guān)指的是與單播路由協(xié)議無關(guān)，即PIM不需要維護(hù)專門的單播路由信息。作為組播路由解決方案，它直接利用單播路由表的路由信息，對(duì)組播報(bào)文執(zhí)行RPF（Reverse Path Forwarding，逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)）檢查，檢查通過后創(chuàng)建組播路由表項(xiàng)，從而轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，PIM主要有PIM-DM和PIM-SM兩種模式。PIM-DM使用“推（Push）模式”轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文，一般應(yīng)用于組播組成員規(guī)模相對(duì)較小、相對(duì)密集的網(wǎng)絡(luò)。PIM-DM假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的組成員分布非常稠密，每個(gè)網(wǎng)段都可能存在組成員。當(dāng)有活躍的組播源出現(xiàn)時(shí)，PIMDM會(huì)將組播源發(fā)來的組播報(bào)文擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的PIM路由器上，再裁剪掉不存在組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的分支。PIM SM是另一種組播路由協(xié)議，即PIM Sparse-Mode，是稀疏模式的PIM協(xié)議。該協(xié)議主要用于組播接收者分布分散、拓?fù)鋸?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中。PIM SM采用“拉”（PULL）的方式，按照接收者的需要，在組播數(shù)據(jù)接收者和發(fā)送者之間建立起組播轉(zhuǎn)發(fā)樹，從這點(diǎn)來看，與PIM DM存在本質(zhì)的不同。在目前的IP化演播室系統(tǒng)內(nèi)，所有組播數(shù)據(jù)都是根據(jù)需要進(jìn)行拉流傳輸?shù)?，即通常使用PIM SM稀疏模式。

IGMP互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中負(fù)責(zé)IP組播成員管理的協(xié)議，用來在IP主機(jī)和與其直接相鄰的組播交換機(jī)或路由器之間建立、維護(hù)組播組成員關(guān)系。在IP化視頻系統(tǒng)內(nèi)，主要表現(xiàn)為終端接收結(jié)點(diǎn)（如攝像機(jī)、示波器等設(shè)備）與交換機(jī)之間建立、維護(hù)組播流。到目前為止，IGMP 有3個(gè)版本：IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3。IGMPv1和IGMPv2僅支持ASM（Any-Source Multicast，任意信源組播）模式，即支持任意源組播。IGMPv3相比IGMPv1和IGMPv2增加了針對(duì)組播源的過濾模式，使主機(jī)在加入某組播組G的同時(shí)，能夠明確要求接收或拒絕來自某特定組播源S的組播信息，即IGMPv3可以直接應(yīng)用于SSM(Source-Specific Multicast，指定信源組播)模式。以視頻制作系統(tǒng)為例，如果一臺(tái)終端設(shè)備為ASM模式，可以申請(qǐng)加入任意IP地址發(fā)出的符合組播地址要求的組播流。如果一臺(tái)終端設(shè)備為SSM模式，其僅可申請(qǐng)加入指定IP地址發(fā)出的符合組播地址要求的組播流?，F(xiàn)有的IP化視頻系統(tǒng)內(nèi)，雖然大部分終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備均可發(fā)出IGMPv3的組播請(qǐng)求，并準(zhǔn)許IGMPv3的協(xié)議，但仍有部分設(shè)備僅能支持IGMPv2的協(xié)議。因此，在系統(tǒng)交換機(jī)內(nèi)一般啟動(dòng)IGMPv3的協(xié)議，其可自動(dòng)適配IGMPv2。另一方面，IGMPv3既可支持ASM模式，也可支持SSM模式。

目前，IP化視頻系統(tǒng)內(nèi)，音頻和通話的IP終端設(shè)備大多為ASM模式，其他視頻IP設(shè)備大多為SSM模式。在以GV+思科為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)內(nèi)，交換機(jī)除了配置PIM+IGMP協(xié)議構(gòu)架外，還設(shè)置了“ip pim ssm range none”的語句，使通話等ASM設(shè)備整體運(yùn)行在ASM模式下。而在以SONY+華為為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)整體運(yùn)行在SSM模式下，該系統(tǒng)內(nèi)接入的ASM終端設(shè)備所發(fā)出的組播流均在交換機(jī)配置mapping命令，使其可以完善組播流對(duì)應(yīng)的IP地址。

2 IP化視頻系統(tǒng)通話設(shè)備連接方式

中央廣播電視總臺(tái)所建立的IP化移動(dòng)外場視頻系統(tǒng)主要有GV+思科交換機(jī)為核心設(shè)備和SONY+華為交換機(jī)為核心設(shè)備兩大類，根據(jù)系統(tǒng)需求配置不同的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和協(xié)議構(gòu)架。

2.1 GV+思科交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)

GV+思科交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)（簡稱主備單機(jī)構(gòu)架系統(tǒng)）以COTS通用交換機(jī)（思科9336）為數(shù)據(jù)交換核心，形成整張網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，系統(tǒng)內(nèi)所有組播信號(hào)均進(jìn)入主、備核心交換機(jī)，形成信號(hào)池的模式，再根據(jù)使用需求進(jìn)行調(diào)度分發(fā)到各制作及輸出結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度，如圖1所示。系統(tǒng)內(nèi)所配置的攝像機(jī)、切換臺(tái)、畫面分割器、包裝等結(jié)點(diǎn)設(shè)備均以4×3G 4K IP方式直接接入主、備核心交換機(jī)。該系統(tǒng)通話配置5塊面板，2個(gè)有線腰包和2個(gè)轉(zhuǎn)換器直接接入控制交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)通。由于系統(tǒng)內(nèi)攝像機(jī)的通話也為AES67方式，因此，控制交換機(jī)需要與核心數(shù)據(jù)交換機(jī)聯(lián)通，以便通話數(shù)據(jù)傳輸。為保障系統(tǒng)安全，將通話系統(tǒng)與其他連接在控制交換機(jī)上的設(shè)備端口進(jìn)行了VLAN的區(qū)分。

2.2 SONY+華為交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)

SONY+華為交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)（簡稱主備葉脊構(gòu)架系統(tǒng)）因?yàn)樾盘?hào)源較多，使用了葉脊結(jié)構(gòu)的交換機(jī)構(gòu)架，如圖2所示。內(nèi)部配置主葉脊結(jié)構(gòu)和備葉脊結(jié)構(gòu)共6臺(tái)交換機(jī)，為一脊配兩葉。其中，2臺(tái)脊交換機(jī)為華為8850，4臺(tái)葉交換機(jī)為華為6865。系統(tǒng)中的所有信號(hào)均為4K IP單流的模式，其中，索尼的攝像機(jī)、NEWT轉(zhuǎn)換盒、IMAGINE SNP、R&S VENISE、EVS等設(shè)備均接入主、備葉交換機(jī)內(nèi)，索尼切換臺(tái)及畫面分割器接入主、備脊交換機(jī)，以上設(shè)備均支持2022-7模式。

圖1 GV+思科交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)通話構(gòu)架圖

與主備單機(jī)構(gòu)架系統(tǒng)有所區(qū)別的是，主備葉脊構(gòu)架系統(tǒng)內(nèi)配置了2臺(tái)單獨(dú)的通話交換機(jī)和控制交換機(jī)，通話交換機(jī)分別與主、備葉交換機(jī)相連。由于通話交換機(jī)（華為5720）不支持PTP，因此，將該交換機(jī)的與主、備葉交換機(jī)的連接端口設(shè)置為access模式。該系統(tǒng)內(nèi)配置7臺(tái)通話面板、有線腰包及無線設(shè)備及4個(gè)轉(zhuǎn)換器。

3 IP通話的使用及設(shè)置方式

視頻制作系統(tǒng)使用的通話設(shè)備主要分為兩部分：第一，通話系統(tǒng)內(nèi)部的語音互通，即面板間、面板與腰包的互通；第二，通話系統(tǒng)與攝像崗位的互通，即各通話面板工位與攝像師之間的溝通。在以上兩套外場系統(tǒng)中，由于使用了同樣品牌的通話設(shè)備，通話內(nèi)部互通設(shè)置方法基本相同。但由于兩套系統(tǒng)內(nèi)使用的攝像機(jī)不同（GV LDX86N和SONY HDC5500）以及IP構(gòu)架不同（ASM模式和SSM模式），因此在通話系統(tǒng)與攝像機(jī)語音互通設(shè)置方面有所區(qū)別。

3.1 通話系統(tǒng)內(nèi)部的語音互通

通話系統(tǒng)設(shè)置與IP系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備的IP化設(shè)置情況類似，將控制計(jì)算機(jī)連接到控制交換機(jī)的同網(wǎng)段端口，通過訪問網(wǎng)頁和設(shè)備的初始地址即可登錄通話面板、NODE轉(zhuǎn)換盒的設(shè)置界面。為所有設(shè)備配置完IP端口地址和PTP信息后，即完成了該設(shè)備與系統(tǒng)的物理連接部分的設(shè)置。對(duì)于通話來說，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際使用方式的不同進(jìn)行設(shè)置。Telos的通話系統(tǒng)需要對(duì)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行授權(quán)才可對(duì)通話系統(tǒng)的設(shè)置網(wǎng)頁進(jìn)行登錄訪問。登錄設(shè)置網(wǎng)頁（Telos一般固定為127.0.0.1）后，系統(tǒng)可自動(dòng)讀出接入的通話面板硬件ID號(hào)，可根據(jù)使用需求對(duì)該面板進(jìn)行命名，如技術(shù)崗位面板“TECH”等。在設(shè)置界面可以看到不同面板的連接狀態(tài)，沒有“嘆號(hào)”表示該面板成功與系統(tǒng)連通。點(diǎn)擊界面中“TECH”字段，將每個(gè)按鍵所需要的功能拉入左下方面板相應(yīng)位置即可。如圖3所示，TECH面板分別設(shè)置了與立柜機(jī)房面板、導(dǎo)演臺(tái)面板及音頻控制室的面板的連接，同時(shí)還接入了有線通話（DIR-1/2）等通話系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備。

圖2 SONY+華為交換機(jī)為核心設(shè)備的IP化視頻系統(tǒng)通話構(gòu)架圖

此外，兩套IP視頻系統(tǒng)中均配置了將模擬及數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成IP信號(hào)的NODE轉(zhuǎn)換器。節(jié)目中主持人使用無線或有線腰包時(shí)，通常需監(jiān)聽PGM播出信號(hào)。因此，通話系統(tǒng)內(nèi)需接入音頻PGM以實(shí)現(xiàn)與通話語音混音的IFB效果。目前，音頻信號(hào)與視頻制作系統(tǒng)的對(duì)接可直接接入AES67音頻信號(hào)，也可接入數(shù)字音頻信號(hào)，由NODE轉(zhuǎn)換盒進(jìn)行IP轉(zhuǎn)換。同時(shí)，模擬轉(zhuǎn)換盒可實(shí)現(xiàn)無線通話設(shè)備及外接擴(kuò)展攝像機(jī)的接入功能，在視頻制作系統(tǒng)與外系統(tǒng)通話連接時(shí)，也可進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換接入。

3.2 通話面板與攝像師崗位的互通

在主備單機(jī)構(gòu)架系統(tǒng)內(nèi)，GV LDX86N攝像機(jī)遵循IGMPv3協(xié)議，但其發(fā)出的組播申請(qǐng)為ASM模式。通過交換機(jī)命令語句可清楚地看到，CAM1發(fā)出的音頻組播流為“join group 232.192.126.26 for any source.”如圖4所示，其中，10.1.1.2為CAM1的IP地址，232.192.126.26為通話面板發(fā)送給CAM1的通話組播地址。通過“show ip mroute”命令也可以看到，在系統(tǒng)內(nèi)CAM1發(fā)出的通話流為（*，G）表項(xiàng)，如圖5所示，該表項(xiàng)如接口incoming為環(huán)回地址，出接口outgoing為主核心交換機(jī)的第28接口，即與控制交換機(jī)相連的接口。表項(xiàng)標(biāo)記為igmp，表示根據(jù)igmp report形成的mroute表項(xiàng)。同時(shí)產(chǎn)生（S，G）表項(xiàng)，該表項(xiàng)如接口incoming為10.1.1.2，即CAM1的IP地址，出表項(xiàng)與（*，G）表項(xiàng)相同。該表項(xiàng)標(biāo)記為mrib，表示是復(fù)制自（*，G）表項(xiàng)。

圖3 “TECH”面板設(shè)置界面

由于系統(tǒng)本身是ASM模式，交換機(jī)完全可以接收或發(fā)出僅有組播地址的通話流。以設(shè)置通話面板為例，設(shè)置初期即可在訪問界面右上角“INPUT/OUTPUT”區(qū)域即可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)通話系統(tǒng)內(nèi)接入的組播信號(hào)以及通話系統(tǒng)發(fā)出的組播信號(hào)，點(diǎn)擊EDIT進(jìn)行編輯，可根據(jù)組播地址確認(rèn)該組播的內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行名稱標(biāo)注。如組播流未能順利顯示也可點(diǎn)擊ADD添加組播地址。通話面板中，每個(gè)CAM按鍵均需要賦予通話面板發(fā)給及接收攝像機(jī)通話信息的雙向操作，因此在設(shè)置面板前，需要對(duì)CAM按鍵進(jìn)行定義。如圖6所示，在Device界面添加一個(gè)虛擬設(shè)備，將CAM1的Input通話流及Output通話流分別拖拽到右下方區(qū)域即可。完成該項(xiàng)工作后，在Device界面選擇TECH技術(shù)面板，將配置好的CAM1虛擬設(shè)備拖拽到右下方面板區(qū)域，即完成了面板與CAM1之間的通信。

在主備葉脊構(gòu)架系統(tǒng)內(nèi)，HDC5500攝像機(jī)的通話設(shè)置頁面內(nèi)可以設(shè)置IP地址，即該設(shè)備的IGMP請(qǐng)求會(huì)要求指定IP地址發(fā)出的某個(gè)組播流。通過交換機(jī)可以看到發(fā)出的組播流為（S1，G1）表項(xiàng)。當(dāng)通話面板需要進(jìn)行CAM1組播地址的接收時(shí)，發(fā)出基于G1組播流的申請(qǐng)，申請(qǐng)進(jìn)行拉流操作。由于系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置為SSM模式，而通話系統(tǒng)設(shè)備為ASM模式，通話面板需要在交換機(jī)內(nèi)部配置mapping命令，使其發(fā)出的基于G1組播流的申請(qǐng)完善為基于S1的IP地址的G1組播流申請(qǐng)，從而使得交換機(jī)形成（S1，G1）組播表項(xiàng)的出接口，完成IGMP協(xié)議。當(dāng)CAM需要接受通話面板發(fā)出的語音時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)配置了多個(gè)通話面板，每個(gè)通話面板在按下CAM1鍵的時(shí)候都會(huì)希望與該機(jī)位的攝像師進(jìn)行溝通，而攝像機(jī)往往僅可接收一個(gè)通話組播流。因此，不論ASM還是SSM，系統(tǒng)內(nèi)所有的通話面板均將發(fā)送給CAM1的通話信號(hào)設(shè)置成一個(gè)組播地址。但在SSM的系統(tǒng)內(nèi)，每個(gè)通話面板發(fā)出的組播流如果均通過mapping配置一個(gè)IP地址的話，顯然攝像機(jī)也僅能接收一個(gè)組播通話流。因此，在主備葉脊構(gòu)架系統(tǒng)內(nèi)，如果SSM系統(tǒng)配置的是ASM的通話設(shè)備，那么，進(jìn)行轉(zhuǎn)換將是必然環(huán)節(jié)。例如，使用通話系統(tǒng)中NODE模擬轉(zhuǎn)換盒，將所有面板發(fā)出的組播通話流引入到轉(zhuǎn)換盒內(nèi)，由轉(zhuǎn)換盒統(tǒng)一輸出信號(hào)，如圖7所示。在交換機(jī)內(nèi)部，再次使用mapping命令，使其在組播地址相同的情況下，加入轉(zhuǎn)換盒的固定IP地址。產(chǎn)生所有通話面板均可發(fā)出同樣（S1，G1）組播流的情況，在HDC5500攝像機(jī)端，設(shè)置其自動(dòng)接收該組播流即可完成連通。由圖6可以看出，由于所有通話面板呼叫指定攝像機(jī)的組播流為相同組播，因此，該NODE轉(zhuǎn)換盒引入了所有通話面板對(duì)CAM1、CAM3、CAM5、CAM7、CAM9的組播流，并從出口一一輸出（其他攝像機(jī)由系統(tǒng)內(nèi)的另外一臺(tái)NODE進(jìn)行轉(zhuǎn)換）。

圖5 主備單機(jī)構(gòu)架系統(tǒng)內(nèi)CAM1發(fā)出的通話組播流表項(xiàng)

圖6 CAM按鍵設(shè)置界面

圖7 主備葉脊構(gòu)架系統(tǒng)中NODE轉(zhuǎn)換盒的交叉點(diǎn)配置

4 結(jié)束語

由于目前通話系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)內(nèi)的組播流面臨著一個(gè)終端接收多個(gè)源發(fā)出的組播請(qǐng)求的情況（例如，攝像機(jī)1會(huì)同時(shí)接收來自不同通話面板的組播流），往往通話和音頻的IP設(shè)備廠家更愿意以ASM的模式發(fā)送組播數(shù)據(jù)。根據(jù)上文分析可以看出，ASM構(gòu)架的系統(tǒng)在接收ASM組播流方面配置更為便利。目前來看，IP化視頻系統(tǒng)PIM+IGMP的模式已經(jīng)基本固定，而ASM和SSM兩種構(gòu)架各有優(yōu)劣，哪種會(huì)成為未來的主要應(yīng)用方向，將隨著IP化系統(tǒng)使用次數(shù)的增多而逐漸趨于明朗。