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广电数字电视机房系统架构之选择：SDI或IP
2017-08-02 12:18:47| 发布者: admin| 查看: 5510
| 随着三网融合的逐步推进，广电、电信、互联网之间早已跨过了物理融合的阶段，而进入了技术、业务、应用等深层次的融合。具体表现为：技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖；业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议；如何为用户提供个性化、多元化的互动式服务得到共识；三大网络通过技术改造，均能提供包括数据、语音、视频等综合多媒体的通信业务。这主要是一方面多种业务有融合的需求，另一方面IP技术的特点可以满足这方面需要。因此各种业务走IP化就成为了必然的结果，无论是通信、视频还是数据。而对于终端融合，电视机、电脑及手机及其他移动终端将承载相同的业务，最终实现三屏合一，多屏互动，互联互通则更需要基于IP技术去实现。 当前随着各电视台内数字化、网络化升级，以及4K、8K等技术的发展，我们已经进入超高清、融媒体时代。在此背景下传统广电基于SDI的台内基础架构已然面临着严峻的挑战。特别是在云计算和大数据技术的支撑下，新业态，新需求日益变多。制播向一体化、平台化转变。传统的SDI技术已显劣势。电视中心基础架构是沿着广电传统的专用单向架构方向继续发展？还是放弃传统架构而采用通用的双向IP架构？这两种不同技术路线的优劣究竟如何？电视中心基础架构IP化技术、产品是否已经成熟？这些都是广电技术转型需要考虑的问题。有的人更是把它称之为SDI与IP的对决。 我们先来看看SDI和IP各自的优势和缺点： SDI技术正是一种通过同轴电缆传输高清数字视频的传输标准，其特点恰好是现有模拟视频系统的最佳升级方法，既保证视频点对点可靠传输，又能继续重用模拟视频的传输介质。对于很多以前的系统来说，能利用已有线路完成高清改造，无需重新布线，只需更换前端和后端部分设备，从而为工程节省巨大的时间、人力和线材成本。不同于IP系统建设需要管理维护人员具备一定的IT应用技能。因此，SDI工程商无需增加额外的培训成本及售后服务费用等。 SDI高清是非压缩不失真原始图像，不同于IP高清是将视频信号经过压缩和打包后通过网络传输的，尽管SDI高清在技术上有着明显的优势，但与IP高清相比也有不少技术上的不足。首先是SDI信号传输受距离的限制，目前的各种SDI标准均使用75欧姆阻抗同轴电缆和BNC连接器进行传输，这和模拟场合中使用的传输媒介一致。源端信号幅度为800±10%，由于衰减，接收端信号幅度往往达不到这一数值。因此传输距离受限，一般SD-SDI传输距离小于300米，HD-SDI传输距离距离小于100米，3G-SDI传输距离则更短。其传输距离较短，限制了产品的使用范围。其次是目前SDI高清产品及其传输线缆和后端存储产品的品种单调、价格比较高，导致系统方案选择性少、整体造价比较高；还有就是SDI系统与其他媒体系统在对接上有很多不便，监控及控制方面任然需要交换机、服务器、专用软件等很多IT设备。 再看IP，IP系统的突出优点是基于开放平台，应用广泛，特别适用于交互、社交和多屏业务。对于互联网和移动新业务，IP平台独有的优势更是发挥的淋漓尽致，它有较好的资本性投资支出和运营成本。同时IP网络架构简单，协议通用，布线容易。系统流程和业务流程可以通过软件定制。只要是基于IP协议的业务都可以在网上跑。IP化后便于开展OTO及其他APP业务的应用。同时IP化后带宽及传输能力也会增加，一个千兆以太网可以承载多路50-150Mbps的MPEG2编码，10G的万兆以太网可以传送6路的HD-SDI信号，40G的以太网可以传送26路的HD-SDI信号，100 G的以太网可以传送66路的HD-SDI信号，8路4K/UHD-SDI信号。这相对于SDI的标清270Mbps和高清1.485Gbps已强大的多。还有基于以太网的单播、组播、多播及HTTP、FTP等技术也已成熟应用。当然IP也不是万能的，它也有缺点，特别是视频类信号质量不高，相对于广播级视频，IP流还有差距。比如在看高清视频画面时，特别是运动画面时有闪烁及条纹格子现象。这对追求极致画面的人来说是不能接受的。再就是有时延、拥塞、丢包等现象，在日益追求精准的现代社会这也是不能接受的。当然随着技术的改进，这些缺点我相信都会慢慢克服。经过近年的快速发展，目前IP流的高清产品线越来越齐全，价格越来越低，系统建设选择性多，造价也适中，这也正是两者市场占有量差异的主要因素。 从系统链路上看，SDI高清传输的是非IP的数字信号，进行联网监控需要对数字信号IP化处理，目前的做法是添加专用的高清编码器进行IP编码，但这样就会造成系统成本偏高。而IP高清可基于IP网络传输，并且可无限扩展，很方便就能组建大规模的监控系统，建设成本比较低。SDI高清不适用于网络大范围、远距离传输，不能像IP高清一样解决流媒体转发、多级平台调用、远程信号的统一管理、大范围信号的集中存储、视频智能分析和综合业务平台等用户需求。而IP技术的应用这些问题都能迎刃而解。 从数字广播电视传输到节目制作播出，超高清电视的召唤、新媒体业务的拓展，电视中心现有以SDI基带视频接口和专用SDI数字视频矩阵为基础的技术架构已难以满足形势的发展。无论是技术还是业务发展的需求，电视中心基础架构IP化势在必行。未来的制播将迈向基于IP的、软件化的由云计算和大数据支撑的环境。 我们传统的SDI还需要存在吗？它是简单地升级？还是推倒重建？随着技术的发展，可打消这些顾虑，目前网络视音频编解码技术已经成熟，传统广电的SDI信号，TS流信号IP化，服务器之间的MXF格式的IP化封装技术已解决这些问题。在物理接口层，用以太网RJ-45插头取代BNC同轴插头并不难。在信号交换方面用IP交换机+SDN(软件定义网络)取代SDI矩阵。且现在的IP化矩阵也可做到精确到帧的切换，在节目转发和分包时也能精确到帧。在传输链路上，光纤的大量应用也淘汰了电缆。节目的汇聚和存储已经和IP接轨。 推动IP化还有一个重要原因，那就是经济原因。使用IP技术能够以最经济的方式满足人类日益增长的需求，主要是带宽剧增的需求。 在近年的国际大展NAB、IBC、CCBN等展会上，越来越多的厂家推出了支持全IP架构的台内基础设施的产品和解决方案。基于IP网络的SMPTE 2022系列标准、SMPTE 2059系列标准，以及基于以太网的AVB标准。这两大国际标准分别拥有各自的拥趸。也各有自己的特点。还有厂商独辟蹊径，推出12G-SDI（它也是SMPTE组织最近发布的12G-SDI和6G-SDI接口协议标准，这都是针对4K格式的)标准。国际动态和行业趋势已很明显。 一种技术变革到另一种技术一般具备这样几个基本条件，首先是这种技术比上一代技术先进，再就是的行业发展及 市场需求的推动，三是行业巨头及利益集团的推广，有时还掺杂有政治因素和利益的角逐。电视中心基础架构IP化，我认为也不能一概而论，仓促上马，得分步骤。国家新闻出版广电总局广播电视规划院高级工程师韦安明博士认为得分三个阶段：第一个阶段是业务控制流和音视频压缩编码的IP化，即传输级的IP化；第二个阶段是无压缩音视频的IP化，总控交换级的IP化，SDI矩阵将被替代；第三个阶段是采集、制作、播出、存储、传输、分发全流程的无压缩音视频IP化。目前第一个阶段已经在现有系统中得到广泛应用，第二个阶段的标准化工作也有长足进展，但还面临着链路带宽不足、系统交换能力瓶颈、可用设备少等问题，在第三个阶段则需要更强大的IT设备及技术的支持。 笔者认为在基带信号的IP化、实时视音频流的IP化过程中要考虑广播电视专有的业务特点，循序渐进，将IP与SDI技术架构相互融合。 广电网络一方面要充分利用广播优势，另一方面还要充分利用IP架构的开放性和灵活性，建成通用的共享/双向IP架构。才能在激烈竞争中取得先机。同时便于与其他新媒体的融合，打通格式及边界问题。 最后说一下IP化后的标准选择。目前来看国际上有两大阵营：即IEEE协会的AVB与SMPTE组织的SMPTE系列两大标准（SDI标准也是SMPTE制定的）。以AVB为代表的广电设备制造商包括Axon、Avid、BARCO、Dolby、YAMAHA、SENNHEISER、SHURE、RIEDEL等；以SMPTE为代表的广电设备制造商包括Sony、Grass Valley、Evertz、Imagine、Harmonic、Snell、Panasonic、ROSS、NEC、EVS等。都是国际知名大公司。由于他们分别投入了大量人力、财力，且都已经有产品在市场上推广。两个标准已经失去了融合的可能，下一步需要研究的，是如何实现互联互通，相互兼容。用户目前只能选择适合自己需求的IP化基础架构技术标准和产品。 据笔者了解，IP化基础架构的标准化的推动工作，主要由IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers，电气与电子工程师协会）、SMPTE（Society of Motion picture & Television engineers，美国电影电视工程师协会）、VSF（Video Service Forum，视频服务论坛）、JT-NM（Joint Taskforce on Networked Media，网络媒体专门工作组）、EBU（European Broadcast Union，欧洲广播联盟）等组织参与。 IEEE协会下的AVB标准，专业上是这样解释的：即以太网音视频桥接技术（Ethernet Audio/VideoBridging，又称“EthernetAVB”，简称AVB）是一项新的IEEE 802标准，其在传统以太网络的基础上，通过保障带宽（Bandwidth），限制延迟（Latency）和精确时钟同步（Time synchronization），以支持各种基于音频、视频的网络多媒体应用。AVB关注于增强传统以太网的实时音视频性能，同时又保持了100%向后兼容传统以太网，是极具发展潜力的下一代网络音视频实时传输技术。以即插即用和自主开发的姿态面世，是全世界现场演出行业所梦寐以求的系统解决方案，它以极低时延（2ms网络时延）、及实时可靠传输、不压缩音频和视频为其特点。 SMPTE下的SMPTE2022、SMPTE 2059标准已经产品化。SMPTE ST-2022系列标准是解决IP视频传输问题的。这个标准是实现媒介有效交换和分配的基础，自2007年首次推出以来还被扩展覆盖IP协议，适用于MPEG-2传输码流中不变比特码率视频压缩信号；各种可变比特码率视频压缩信号；以及执行非压缩视频和无中断保护切换的方法。 AVB偏重于电视制作领域，应用范围可能会更广，会涉及到包括视频会议在内的更多领域，而SMPTE可能在广电领域更具优势。今后十年以太网将趋向1Tb/s。而随着网络主干容量剧增，广播标准正在设法解决的许多问题不再是问题,10Gb网变得平常，100Gb网已开始出现，IP网将很适合传输4K、8K等信号。 至于我们电视中心架构以后如何搭建，采用传统SDI技术升级，还是全部IP化需要决策者结合实际，洞察潮流选择切实方案。我们技术工作者也应该关注潮流，与时俱进，加强学习，来迎接新的挑战。 |
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