吳 超

（海口廣播電視臺(tái)，海南 ?？?570000）

0 引言

近年來(lái)，廣電行業(yè)各方面技術(shù)轉(zhuǎn)型速度加快，電視視頻信號(hào)開(kāi)始向超高清4K 發(fā)展，電視制作和直播向多內(nèi)容跨平臺(tái)應(yīng)用轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）基帶技術(shù)因其單向傳輸、傳輸帶寬和距離不足以及系統(tǒng)靈活性差等缺點(diǎn)開(kāi)始成為廣電技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著通用信息技術(shù)（Information Technology，IT）不斷發(fā)展，網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）化傳輸可以達(dá)到100 Gb·s-1的高帶寬傳輸速度。電影和電視工程師協(xié)會(huì)（The Society of Motion Picture and Television Engineers，SMPTE）ST 2110 系列標(biāo)準(zhǔn)的完善，使得廣電行業(yè)傳統(tǒng)基帶SDI 信號(hào)IP 化已經(jīng)消除了技術(shù)障礙[1]。IP 系統(tǒng)可扁平化部署，資源共享，可分配、共享和高效管理，能在技術(shù)上解決SDI 架構(gòu)在超高清時(shí)代的發(fā)展瓶頸，還能在內(nèi)容運(yùn)營(yíng)方面整合互聯(lián)網(wǎng)和廣播電視行業(yè)資源，在時(shí)效性、實(shí)時(shí)性、交互性及吸引用戶(hù)等角度找到新的突破口[2]。本文主要論述以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)關(guān)（Internet Protocol Gateway，IPG）取代傳統(tǒng)的SDI 矩陣作為關(guān)鍵設(shè)備，搭建SDI+IP 混合播總控系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)思路。

1 SDI+IP 混合系統(tǒng)的定義和意義

為了兼顧傳統(tǒng)SDI 信號(hào)和設(shè)備的使用，近年來(lái)，很多電視系統(tǒng)使用了IPG 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行SDI 和IP互轉(zhuǎn)，建設(shè)SDI 與IP 的混合系統(tǒng)。但是這些系統(tǒng)只是應(yīng)用IPG 來(lái)完成系統(tǒng)連接任務(wù)，IPG 網(wǎng)關(guān)僅僅作為SDI/IP 信號(hào)接口。本文探討的SDI+IP 混合系統(tǒng)指的是以16×16 的IPG 網(wǎng)關(guān)堆疊組合取代傳統(tǒng)的SDI 矩陣搭建播總控系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)完成SDI和IP 信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換以及信號(hào)調(diào)度。這種播總控系統(tǒng)支持下的任何一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)既可以具有完整的SDI 信號(hào)流程，也可以具有完整的IP 工作流程。無(wú)論通過(guò)SDI 流程還是IP 流程，都可以完成應(yīng)用任務(wù)。

按照這個(gè)思路，在全臺(tái)范圍建立SDI-IP 混合總控系統(tǒng)進(jìn)行SDI 和IP 信號(hào)的轉(zhuǎn)換和調(diào)度，具有很強(qiáng)的實(shí)用意義。首先，將SDI 信號(hào)通過(guò)IP 網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，在保證信號(hào)傳輸?shù)脱訒r(shí)的同時(shí)，可以保證各系統(tǒng)連接可獲得高質(zhì)量保證信號(hào)，可以支撐全臺(tái)采編播所有應(yīng)用。其次，各系統(tǒng)使用什么格式的信號(hào)，是由應(yīng)用面向的對(duì)象決定的，可以根據(jù)不同應(yīng)用需求選擇信號(hào)格式。最后，SDI-IP 用于各類(lèi)系統(tǒng)連接的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在作為資源的信號(hào)可靈活調(diào)度、靈活管理，視音頻處理能力可以在全網(wǎng)分配，提高生產(chǎn)能力和管理效率。

2 SDI+IP 混合播總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新技術(shù)的應(yīng)用可能引起相關(guān)人員對(duì)安全播出的擔(dān)心。而SDI 鏈路為線(xiàn)性物理可跟蹤設(shè)計(jì)，通常技術(shù)人員認(rèn)為其安全性比IP 系統(tǒng)更高，應(yīng)盡量采取平滑過(guò)渡的方式實(shí)現(xiàn)SDI 系統(tǒng)向IP 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。因而在播總控設(shè)計(jì)SDI+IP 的混合系統(tǒng)是必要的。

根據(jù)本文對(duì)SDI+IP 混合系統(tǒng)的定義，播總控功能應(yīng)該能夠在一個(gè)平臺(tái)上，既可以完成SDI 信號(hào)流程的構(gòu)建，也可以完成IP 信號(hào)流程的構(gòu)建。雖然SDI 和IP 之間具有部分鏈路的主備關(guān)系，但作為獨(dú)立的鏈路，SDI 和IP 本身都應(yīng)可以獨(dú)立地完成總控和播出信號(hào)的調(diào)度和切換。這樣設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段可以完全兼容既有SDI 系統(tǒng)，也可以保證將來(lái)平滑過(guò)渡到全面的IP 系統(tǒng)，因而有助于全臺(tái)范圍內(nèi)逐步完成IP 基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)[3]。

SDI 和IP 混用的關(guān)鍵設(shè)備是具有視音頻處理功能，同時(shí)具有SDI 輸入和輸出，也具有IP 輸入和輸出的IPG 網(wǎng)關(guān)設(shè)備。目前，市場(chǎng)上大多數(shù)IPG 均具有這類(lèi)功能。IPG 作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備，具有幀同步、上下變換、多畫(huà)面、加解嵌功能（ST2110 音視頻分開(kāi)傳輸）。本文以16 路輸入+16 路輸出的IPG 網(wǎng)關(guān)為例（目前市場(chǎng)上很多品牌具有這個(gè)規(guī)模的產(chǎn)品），討論如何通過(guò)堆疊組合IPG 來(lái)取代傳統(tǒng)SDI 矩陣，完成較大規(guī)模SDI 信號(hào)調(diào)度，為播出域提供SDI 信號(hào)；IP 輸入輸出如何獨(dú)立切換，作為當(dāng)前安全播出的提升手段，及過(guò)渡到未來(lái)全面IP 播出的意義。

2.1 SDI 信號(hào)調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)

一個(gè)獨(dú)立的具有16 路輸入和16 路輸出的IPG模塊，當(dāng)作為SDI 輸入和輸出使用時(shí)，可以視作一個(gè)具有獨(dú)立交叉點(diǎn)的16×16 矩陣?？梢詫蓚€(gè)這樣獨(dú)立的模塊設(shè)置為上下游關(guān)系，并且讓上游16×16 矩陣僅輸出一路給下游的16×16。若需要將下游的所有16 路輸入都占滿(mǎn)，則上游需要16 個(gè)16×16 規(guī)模的IPG 模塊，這個(gè)思路如圖1 所示。

圖1 上下游IPG 16×1 路由

利用上游的16×16 的IPG 模塊，每個(gè)輸出1路，總共有16 個(gè)這樣的模塊，因而可以得到總數(shù)為16×16=256 路SDI 輸入信號(hào)，輸出總數(shù)為16 路SDI信號(hào)的矩陣，這個(gè)矩陣的路由是分散在16+1=17 個(gè)獨(dú)立模塊完成的[4]?，F(xiàn)在通用化這個(gè)例子的應(yīng)用。假設(shè)IPG 具有X個(gè)SDI 輸入接口、并具有Y個(gè)輸出接口，在設(shè)置N個(gè)模塊后（N≤X，Y≤X），將N個(gè)IPG 放置在上游，對(duì)應(yīng)到播出通道，可以獲得N×X個(gè)輸入、Y個(gè)輸出的SDI 規(guī)模矩陣。Y個(gè)SDI信號(hào)輸出到播出頻道IPG 的輸入。如果存在主備SDI 通道，則將IPG 模塊數(shù)設(shè)置為2（N+1），如圖2所示。

圖2 上下游IPG X×Y 路由

如果是多個(gè)頻道（比如數(shù)量為S個(gè)頻道），且在總控和播出均有主備通道，則IPG 模塊數(shù)量應(yīng)設(shè)置為2（N+S）。按此配置：總控到播出信號(hào)調(diào)度的規(guī)模為主備各N×X路，每個(gè)播出頻道具有主備Y路信號(hào)輸出。也可以這樣理解，如果播出頻道需要Y路信號(hào)，則應(yīng)配置不少于Y路的X路（Y≤X）SDI輸入IPG。在考慮主備通道播出情況下，S個(gè)頻道需要調(diào)度的路數(shù)為N×X路信號(hào)，IPG 配置數(shù)量為2（N+S）。這種方式利用了IPG 的SDI 輸入輸出通道和物理交叉點(diǎn)疊加的特點(diǎn)，完成了總控和播出域的SDI 信號(hào)路由和切換。

2.2 IP 信號(hào)調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)

IPG 具有SDI 接口，也有IP 接口，可以利用IPG 的IP 輸入輸出和IPG 虛擬交叉點(diǎn)特性，結(jié)合控制軟件，更容易完成IP 域的切換和播出。虛擬交叉點(diǎn)具有更多的靈活性，可以和物理交纏點(diǎn)一致，也可以是多個(gè)物理交叉點(diǎn)的疊加融合，也可能根據(jù)應(yīng)用的需要?jiǎng)?chuàng)建不同的虛擬交叉點(diǎn)規(guī)模[5]。比如，可以創(chuàng)建256×256 的總控交叉點(diǎn)，也可以將每經(jīng)過(guò)一次處理的信號(hào)作為新的信號(hào)源（如上下變換、延時(shí)前后的信號(hào)）作為虛擬交叉點(diǎn)的輸入信號(hào)源，從而完成更多的信號(hào)調(diào)度應(yīng)用；也可以為每個(gè)播出頻道創(chuàng)建不同規(guī)模的交叉點(diǎn)應(yīng)用；可能根據(jù)實(shí)際使用需要，比如在信號(hào)測(cè)試時(shí)創(chuàng)建測(cè)試應(yīng)用的交叉點(diǎn)，在信號(hào)直播時(shí)主備信號(hào)創(chuàng)建直播應(yīng)用的交叉點(diǎn)，在SDI 和IP 混合播出域?yàn)橹匾盘?hào)播出創(chuàng)建不同的備播場(chǎng)景等。將物理交叉點(diǎn)和虛擬交叉點(diǎn)結(jié)合使用，可以充分發(fā)揮SDI 和IP 信號(hào)在各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，也可以融合SDI 和IP 的混合使用，更好地為安全播出和可定義信號(hào)流程服務(wù)。

3 SDI+IP 混合播總控管理

SDI+IP 混合播總控管理，既要完成對(duì)SDI 信號(hào)和設(shè)備的管理，也完成對(duì)IP 設(shè)備和信號(hào)的管理，SDI 和IP 之間也有流程關(guān)聯(lián)的需要[6]。因而，SDI+IP 混合播總控管理必須涵蓋需要管理的所有設(shè)備、所有信號(hào)以及與業(yè)務(wù)流程相關(guān)的信號(hào)流程和監(jiān)控的融合管理。融合管理應(yīng)主要包括如下功能。

第一，設(shè)備管理。對(duì)系統(tǒng)中全部設(shè)備，包括IP設(shè)備、IPG 設(shè)備及SDI 設(shè)備的管理，定義信號(hào)源等。第二，切換控制。目的通道完全可自定義分級(jí)分組，一個(gè)目的通道可在多個(gè)分組中，并可從默認(rèn)分組中復(fù)制分組，可實(shí)現(xiàn)按應(yīng)用需要的切換控制。第三，多畫(huà)面管理。操作人員面向?qū)ο蟛僮鲿r(shí)，“所見(jiàn)即所得”將大大提高操作的可視性和安全性。多畫(huà)面監(jiān)視可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中所有的畫(huà)分信號(hào)源切換。第四，系統(tǒng)監(jiān)控。為保證操作人員隨時(shí)知道系統(tǒng)的在用狀態(tài)，特別是信號(hào)或者鏈路的在用狀態(tài)，可在信號(hào)源列表中指定信號(hào)源，實(shí)時(shí)分析該信號(hào)在整個(gè)系統(tǒng)中被哪些通道使用，列出相應(yīng)的使用鏈路圖；系統(tǒng)建立了通用協(xié)議監(jiān)控平臺(tái)，可通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）、安全外殼協(xié)議（Secure Shell，SSH）、WebSocket等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)級(jí)別監(jiān)控。第五，集成控制。結(jié)合設(shè)備管理、通道定義，可以將與協(xié)議相關(guān)的設(shè)備管理集中到統(tǒng)一的控制平臺(tái)，將信號(hào)和需求虛擬化為操作對(duì)象，操作人員只關(guān)心如何對(duì)對(duì)象執(zhí)行操作系統(tǒng)自定義模式設(shè)置。可將系統(tǒng)中設(shè)備參數(shù)的修改、信號(hào)調(diào)度、畫(huà)分布局切換及備份數(shù)據(jù)等功能設(shè)置到模式中，只需一鍵就能執(zhí)行模式內(nèi)所有功能[7]。

4 SDI+IP 混合系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

本文所述的SDI+IP 混合架構(gòu)播總控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)SDI 信號(hào)鏈路調(diào)度功能的同時(shí)，也利用IPG設(shè)備的基本功能，完成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)全部SDI 信號(hào)的IP化。結(jié)合主備核心交換機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立的IP 架構(gòu)應(yīng)用鏈路。這種混合架構(gòu)的播總控系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)SDI 矩陣，仍然保留SDI 信號(hào)鏈路功能?；谄椒€(wěn)過(guò)渡的目的，可以在這種架構(gòu)下使用傳統(tǒng)SDI 播控通道，保持SDI 信號(hào)播控鏈路清晰直觀(guān)，在主備鏈路模式下單一設(shè)備故障點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)影響較小的特點(diǎn)；也能利用IPG 設(shè)備本身自帶的幀同步、上下變換、多畫(huà)面及加解嵌（ST2110 音視頻分開(kāi)傳輸）等功能，省去大量繁雜的周邊設(shè)備。同時(shí)，由于系統(tǒng)中的信號(hào)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IP 化，就可以在本系統(tǒng)的支持下以較小成本實(shí)現(xiàn)IP 化的制播流程[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，對(duì)大多數(shù)電視臺(tái)來(lái)說(shuō)，采取SDI+IP 混合核心架構(gòu)的制播系統(tǒng)雖然略顯復(fù)雜，但是能夠保證電視生產(chǎn)的安全性，又能兼顧系統(tǒng)發(fā)展升級(jí)前景，同時(shí)幫助技術(shù)人員熟悉和掌握IP 化技術(shù)，為下一步電視技術(shù)系統(tǒng)的超高清化和IP 化做好充分準(zhǔn)備。