陳明培

隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，IT技術(shù)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并且成為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。2010年，國(guó)務(wù)院制定了三網(wǎng)融合發(fā)展的具體方向，廣電行業(yè)在三網(wǎng)融合的驅(qū)動(dòng)下，必須求新求變才能適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展要求。在這樣一個(gè)變革時(shí)期，廣電系統(tǒng)既面臨著發(fā)展機(jī)遇，又要應(yīng)對(duì)很多挑戰(zhàn)。本文通過(guò)對(duì)廣播電視播出現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行梳理，引出并闡述了IP化電視播出系統(tǒng)及其在傳統(tǒng)播出系統(tǒng)中的技術(shù)改造要求，通過(guò)對(duì)IP化電視播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，揭示出IP化播出系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和面臨的問(wèn)題，最后介紹了實(shí)現(xiàn)IP化播出系統(tǒng)運(yùn)行的思路。

1 廣播電視播出現(xiàn)狀和發(fā)展

隨著我國(guó)廣播電視事業(yè)迅猛發(fā)展，廣播電視設(shè)備和信號(hào)傳輸方式等都處于更新?lián)Q代時(shí)期，衛(wèi)星、有線電視和地面電視廣播都迅速步入數(shù)字化時(shí)代。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布《2017年國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)廣播節(jié)目綜合人口覆蓋率為98.4%，電視節(jié)目綜合人口覆蓋率為98.9%，有線電視用戶2.5億，有線數(shù)字電視用戶為2.38億，同比2014年分別增加2.1億和0.51億。電視用戶的逐年增長(zhǎng)，加快了電視事業(yè)的快速發(fā)展。

隨著電視的不斷發(fā)展，IT技術(shù)在電視播出上的應(yīng)用也愈加廣泛。電視播出經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從標(biāo)清到高清，從傳統(tǒng)播出方式到智能化、IP化播出的轉(zhuǎn)變。具體來(lái)說(shuō)，電視播出技術(shù)主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展過(guò)程。

1.1 電視信號(hào)數(shù)字化高清化

隨著人們對(duì)電視質(zhì)量的要求越來(lái)越高，數(shù)字信號(hào)被廣泛采用。數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、圖像質(zhì)量好、易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)處理等特點(diǎn)。目前，數(shù)字電視已由標(biāo)清、高清向超高清發(fā)展。

1.2 播出系統(tǒng)趨于IT化網(wǎng)絡(luò)化

隨著數(shù)字電視快速發(fā)展，電視節(jié)目的數(shù)量和質(zhì)量也在不斷提高，磁帶播出逐漸被文件播出所取代，系統(tǒng)的控、管、監(jiān)要求越來(lái)越高，因此需要將電視技術(shù)與IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，使播出系統(tǒng)達(dá)到較高的自動(dòng)化程度，因系統(tǒng)全程具有非線性，所以整體效率明顯提高。另外，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)與資源共享。網(wǎng)絡(luò)化、IT化播出系統(tǒng)不僅能在很大程度上提升電視播出的質(zhì)量，還為電視播出系統(tǒng)的智能化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在廣播電視領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展過(guò)程中，廣電總局制定了《電視臺(tái)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)白皮書(shū)》，這對(duì)行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)起到了指導(dǎo)和規(guī)范作用。全國(guó)廣電行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)步入正軌，極大地提高了節(jié)目的制播水平和效率。

1.3 SDI信號(hào)IP化傳輸

2010年，國(guó)務(wù)院制定了三網(wǎng)融合時(shí)間表，在相關(guān)部門(mén)的共同推進(jìn)下，互聯(lián)網(wǎng)視音頻技術(shù)及新媒體迅速發(fā)展，這對(duì)廣電行業(yè)技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)提出了更高要求。為了實(shí)現(xiàn)媒體資源的有效融合，電視節(jié)目分發(fā)平臺(tái)不僅要把電視信號(hào)分發(fā)到傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，還要通過(guò)新媒體接口把信號(hào)發(fā)布到各個(gè)網(wǎng)站、移動(dòng)軟件等平臺(tái)之中，以便人們可以通過(guò)電視機(jī)、電腦、手機(jī)等不同終端隨時(shí)隨地享受高質(zhì)量的電視節(jié)目。由于新媒體運(yùn)營(yíng)基于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和IP技術(shù)體系的平臺(tái)，傳統(tǒng)的廣電信號(hào)傳輸方式無(wú)法滿足其節(jié)目傳輸?shù)男枰?，所以信?hào)IP化傳輸自然成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。另外，隨著超高清電視的發(fā)展，高碼率的電視信號(hào)也促進(jìn)了基帶SDI信號(hào)的IP化傳輸。

2 IP化電視播出系統(tǒng)概述

隨著電視技術(shù)的進(jìn)步，超高清電視和新媒體技術(shù)在電視領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普遍，推動(dòng)了IP化電視播出技術(shù)的發(fā)展。IP化電視播出系統(tǒng)指的是采用以高速I(mǎi)P網(wǎng)構(gòu)架為基礎(chǔ)的電視綜合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電視視音頻信號(hào)傳送的系統(tǒng)。IP化電視播出系統(tǒng)采用的是基于互聯(lián)網(wǎng)的新型電視播出技術(shù)，其在傳統(tǒng)電視播出系統(tǒng)的改造中具有以下三方面的特點(diǎn)。

首先，由于互聯(lián)網(wǎng)本身的虛擬性、不確定性，所以IP化播出系統(tǒng)在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的改造上必須保障共享信息與內(nèi)部信息的安全，要通過(guò)建立防火墻、網(wǎng)閘、網(wǎng)絡(luò)審計(jì)引擎、病毒入侵檢測(cè)引擎及身份認(rèn)證和終端安全管理系統(tǒng)來(lái)保障交互信息的安全，使播出系統(tǒng)在工作中始終處于安全監(jiān)控狀態(tài)；其次是操作便捷。IP化電視播出系統(tǒng)的界面要求簡(jiǎn)潔易操作，在硬件設(shè)施和整體布局上要注重簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)；最后是功能齊全。IP化電視播出系統(tǒng)必須擁有精確的播出控制和IP化信號(hào)的凈切換功能，要以數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，具備各類信息數(shù)據(jù)的通信功能，能夠完成素材整備、管理和穩(wěn)定的解碼播出，能提供廣告、節(jié)目的接口服務(wù)等。

3 傳統(tǒng)播出與IP化播出的對(duì)比分析

傳統(tǒng)播出系統(tǒng)人員參與度較高、自動(dòng)化程度低、設(shè)備功能也較單一，但系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)小。IT技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了IP化播出的廣泛應(yīng)用，IP化播出的特點(diǎn)是IT集群化、應(yīng)用虛擬化和視音頻IP化，其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也凸顯出IP化播出必將是未來(lái)電視播出的主流。

3.1 IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)勢(shì)

3.1.1 IT資源利用方面

IP化播出是基于虛擬技術(shù)的播出系統(tǒng)，它通過(guò)對(duì)物理服務(wù)器配置的有效控制，使物理服務(wù)器資源可以得到充分利用。CPU應(yīng)用效能的不斷提高使IT資源在廣電播出領(lǐng)域中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，如果IT資源在廣電播出領(lǐng)域得到充分應(yīng)以后，且IT資源利用率從10%提高到70%，那么廣電系統(tǒng)硬件上的運(yùn)行成本就會(huì)得到控制。

3.1.2 資源分配方面

其次，IP化播出能夠按照業(yè)務(wù)需求靈活、專項(xiàng)地制定業(yè)務(wù)流程，按需進(jìn)行資源的分配，不同工作站點(diǎn)之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享，可以通過(guò)軟件提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

3.1.3 實(shí)現(xiàn)控制的方式方面

傳統(tǒng)SDI播出視頻服務(wù)器及周邊設(shè)備都是通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間的連線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，而IP化播出中的設(shè)備均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，由于不需要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線，部署上更簡(jiǎn)單。

3.1.4 采用的方式方面

IP化播出系統(tǒng)采用IP方式，用以太網(wǎng)取代同軸電纜，能夠進(jìn)行雙向傳輸，并可以將音頻、視頻，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+中，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)、降低了成本，便于維護(hù)和升級(jí)。

3.1.5 監(jiān)控方面

IP化播出系統(tǒng)有利于對(duì)IT及AV設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、軟件、業(yè)務(wù)和信號(hào)等實(shí)現(xiàn)全域監(jiān)控，當(dāng)電視播出信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)急處理、迅速恢復(fù)播出。

3.2 IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比存在的不足

盡管IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比較有很大的優(yōu)勢(shì)，但是其本身所存在的不足，所以IP化播出系統(tǒng)在應(yīng)用上仍有很多地方需要改進(jìn)。IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比較，其不足之處體現(xiàn)在三個(gè)方面。

首先，IP化播出系統(tǒng)的搭載平臺(tái)是一個(gè)基于虛擬平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化播出系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)所存在的安全風(fēng)險(xiǎn)及諸多不確定因素極易造成IP化播出系統(tǒng)出現(xiàn)虛擬平臺(tái)癱瘓的問(wèn)題。其次，在IP化播出模式下，除核心設(shè)施外，還有很多周邊IT設(shè)備的功能被集成到一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)，提高了IT資源利用率，但其性能及穩(wěn)定性還需要通過(guò)更多的播出實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。最后，傳統(tǒng)的SDI信號(hào)傳輸非常穩(wěn)定，但I(xiàn)P數(shù)據(jù)包會(huì)產(chǎn)生丟包、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)等問(wèn)題，電視信號(hào)傳輸實(shí)時(shí)性要求很?chē)?yán)格，實(shí)時(shí)視音頻信號(hào)的傳輸不具備重傳能力，一旦網(wǎng)絡(luò)故障，就會(huì)導(dǎo)致傳輸節(jié)目流中斷或信號(hào)劣化。另外，由于IP化傳輸方式的封裝和傳輸協(xié)議特性，所以其延時(shí)要明顯高于SDI信號(hào)傳輸。

總而言之，人們運(yùn)用傳統(tǒng)播出系統(tǒng)不管是在技術(shù)上，還是在操作上，都已經(jīng)很嫻熟，并且在長(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，所以整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也要高于IP化播出系統(tǒng)。

4 IP化播出系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路

IP化播出憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)，必將成為未來(lái)電視主要播出方式。但也要看到IP化播出系統(tǒng)存在安全性較低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。在IP化播出中，為了防范虛擬平臺(tái)癱瘓和一體機(jī)故障，一定要做好網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備冗余備份。關(guān)于IP化傳輸?shù)姆€(wěn)定性，SMPTE 2022標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了壓縮、無(wú)壓縮的視頻傳輸及無(wú)中斷的保護(hù)機(jī)制，SMPTE 2059 PTP采用最優(yōu)主時(shí)鐘算法實(shí)現(xiàn)同步，只要使用符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，采用IP化播出的關(guān)鍵技術(shù)，就能保證IP化信號(hào)的正常播出。IP化播出分為無(wú)壓縮SDI OVER IP和有壓縮TS OVER IP兩種方式。TS OVER IP是基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼壓縮再封裝成IP包進(jìn)行傳輸，能節(jié)省很多帶寬，HEVC/H.265 標(biāo)準(zhǔn)是目前公認(rèn)的4K編碼壓縮技術(shù)，下面以4K H.265 IP化播出為例，介紹解碼和解封裝兩種模式。

4.1 解碼模式

以解碼技術(shù)為基礎(chǔ)，在4K H.265 IP化播出中，通過(guò)解碼、重新編碼，完成4K TS的IP化播出。對(duì)TS文件進(jìn)行解碼再編碼，可在IP流信號(hào)中實(shí)現(xiàn)臺(tái)標(biāo)疊加，但這種模式會(huì)增加資源的占用，這也是當(dāng)前IP化播出面對(duì)的一大技術(shù)難題。

4.2 解封裝模式

對(duì)要播出的素材統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼形成分辨率一致、格式相同的4K H.265 TS標(biāo)準(zhǔn)格式文件。播出時(shí)對(duì)TS文件進(jìn)行解封裝，再將TS文件封裝成IP包以滿足IP化播出的要求。這種模式資源占有率較低，可用一臺(tái)服務(wù)器完成多頻道播出。不過(guò)，由于素材文件不需要重新編碼，所以在播出過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)IP流疊加臺(tái)標(biāo)字幕的功能，只能通過(guò)后級(jí)字幕機(jī)完成對(duì)臺(tái)標(biāo)字幕的疊加。

4K H.265 IP化播出采用解封裝模式的實(shí)施難度相對(duì)要小一些，在解封裝模式下只有硬盤(pán)和I/O資源占用有所增加，而CPU資源占用不會(huì)明顯上升。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和人們對(duì)電視觀看及參與要求的提高，傳統(tǒng)電視播出模式的改變勢(shì)在必行，IP化播出系統(tǒng)具有的強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，雖然電視領(lǐng)域IP化播出還處于初始階段，要取代現(xiàn)有的播出架構(gòu)還需要解決不少問(wèn)題,但是電視播出IP化是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)在應(yīng)該積極推廣IP化播出的應(yīng)用，逐步積累使用經(jīng)驗(yàn)，儲(chǔ)備專業(yè)技術(shù)人才，為電視播出IP化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]徐儉.IP化播出技術(shù)初探[J].廣播電視信息,2017(3).

[2]王寬.IP虛擬化播出和傳統(tǒng)播出對(duì)比[J].聲屏世界,2016(s1).