走向IP化

张闯 安达斯集团视音频系统集成事业部总经理

走向IP化

张闯 安达斯集团视音频系统集成事业部总经理

本文对FOX电视台IP化进程和规划进行了介绍，阐述了IP化的发展趋势和应对的理念。

IP化 发展趋势 应对理念

在2016年NAB期间参观FOX电视台时，我与他们的工程部托马斯先生对IP化的走向进行了深入沟通。对此我总结了一些有启发性的理念，与大家分享和探讨。

FOX电视台认为IP化已经开始了，各种优化的格式、各种制作手段以及运营模式会很快推进，现在尚未发生的，但相信今后将会发生，同时我们面临很多不可知性。因此他们制定了FOX IP框架的目标，以应对今后各种各样的系统需求。

下面这张图是FOX电视台今后五年的规划。他们认为五年以后，广播电视系统只是一个数据中心，在这个系统里已看不到传统的广电设备。在这个五年规划里面，他们希望做到所有设备在系统中都能够非常灵活的应用。一个平台能支持多种格式，能够应用现在通用的IP行业的硬件，来实现构架整个广电行业的硬件平台；通过虚拟化技术能够实现很多功能，比如系统功能化的应用。希望通过软件运算方式，来实现系统中对媒体信号的处理，更重要的一点他们也希望这个平台建好以后，能够跟私有云、专有云的对接，实现信号的云分享、云制作，这是他们的一个理念。

对此我有以下几点启发。

（1）IP标准的理解

按FOX现在的说法，未来IP化只有在统一到一个标准以后，才能实现整个IP化扩展的优势，才能为下一步实现IP应用打下一个基础。大家一直都在提IP的标准，如索尼的NMI标准，包括TR03的标准，这些标准都是无压缩实时视频IP封装的标准，并不是整个IP化的全部，是IP化标准的一个过程，只是其中的一小步。完成IP化，按照国际上的理念需要五步来完成，第一步就是实时视频信号的IP化封装。第二步要解决的是把实时视频信号封装成流以后，这些流的同步、切换的问题。第三步要解决的是这些流在系统中的描述。第四步主要是登记，然后发现，还有识别，即信号接到IP系统里面发现查找的过程。第五步要解决的是对整个系统流的便利控制，

以及整个系统QS质量监控的描述。

我们已能感受到在国外IP化扑面而来，很多系统已经不得不IP化了，相关的标准也在快速推进。SMPTE成立了一个小组，由这个小组发起，与各个标准委员会进行合作，来完善IP化的标准。NABA是北美广播电视的组织，它主要提出实践系统需求，包括实践系统的检验工作。VSF主要提供视频标准化定义， AUDIO AES主要提供音频的标准， AMWA旗下的NMOS的小组，主要完成IP控制API接口通用标准部分的研发和推动工作。还有一部分是IEEE在做的工作，他们提出IEEE 1588 PTP，主要完成在IP格式下时间切换问题，IETF这个组织主要提供实时的传输视频信号封装的描述和定义。

我们可以看到这个过程其实是很快的。现在像TR-03标准，包括音频的AES67已经很成熟了，包括SMPTE ST 2059，现在唯一比较难的是对流的控制。对流的控制为什么相对来讲比较难呢？当时我们跟FOX和SMPTE的专家交流，他们也明确指出对流的控制不仅需要广电工作者的努力，更多层面上取决于交换机厂家的配合。由于现在很多交换机厂家的设备不是很开放，造成Broadcast Controler 和Network controler之间的API处理有很多困难。现在他们一直在致力于广电的PMN（专业媒体网络）系统跟IP交换机接口的问题，这是未来一段时期内非常棘手的问题，这也是为什么一部分生产厂家不得不选用专用的，或者适合于广电的交换机。

现在大家都很彷徨，到底要不要建IP，如何去建

IP？在和FOX技术专家交流时，他们也给了我们一些建议。他们的建议是选择一个支持TR-03、ASPEN等主流的格式，可以适应当前广电系统对信号的控制要求，并可以升级到SMPTE ST 2110标准的产品，这样既可以保证系统的安全性，又能保证系统应对未来的不确定性，他们自己也是基于这个理念建了一个IP系统。

（2）IP化的共享、距离、以及包容性的理解

下面这张图是我们熟悉的传统的广播电视系统。系统中的外来矩阵、演播室分控矩阵、播出矩阵、分发矩阵分布的非常散。过去分布散的原因有很多，其中有设备安装位置差距的原因和分工管理的原因，但主要的原因是以往的SDI矩阵规模没那么大，合在一起管理比较复杂，也不容易实现。很多人都会关注到，IP化后信号是双向传输的，每条网线可走video、audio、tally、 control等多路信号。

我们知道IP化后的信号要靠软件去控制，但很少关注到SDN软件是IP化的核心。通过SDN多级级连的交换机上的信号可以做到一级切换，而且在整个IP系统的末端，第三方设备也可以通过SDN进行管理，整个系统统一协同地完成广播电视节目的制作。

IP平台的优点是可以实现最大信号源的核心共享，目前专业的交换机可以做到46T、相当于13800X13800 HD信号的路由能力，也比较容易解决距离、地域受限的问题。通过control in band 控制信号可以和实时数据信号同时传输，也可以包容多种用途的信号，只要信号是IP封装的，整个IP的平台就能够进行路由调度管理。需要强调的是，IP化的目标不只是少布放很多视频电缆，也不是简单的把SDI视频电缆换成网线， IP化最主要的目的是通过现有的IT技术，优化我们的系统流程，引入微服务等。

（3）IP矩阵的合并

早期思考设计系统的时候，会想未来IP大系统是不是能够通过小的IP交换机，端口级联、合并而成。在和FOX技术专家交流时，发现如果开始阶段建立一个较小级别的IP交换系统，短期内高清信号可能问题不大，但未来的格式可能是4K，也有可能是8K，甚至现在还提出来了高真率的问题，较小级别的总带宽是不够的，会限制未来的“可能性”。两矩阵相连的连线带宽，限制了他們信号交换的能力，但更大的影响是同时限制了未来的可能性。例如：干线带宽是10Ge (1条10Ge =双向各6路1.5G HD)：

能力只能用以作主备两路PGM再加4路其他用途的信号，而B矩阵也可同时经同一条网线把回看送回矩阵。

干线带宽是40Ge (4条10Ge=双向各24路1.5G HD)：

若A系统是一个中小型HD演播室，差不多所有Camera、图像、放像、收录等，都能彼此共享，两系统协同，互备之类的功能，也可以简单实现。

干线带宽是160Ge (16条10Ge =双向各16路4K NMI)：

分享的能力与上同，但已经是4K了！

通过两个较小级别的交换机端口级联实现，如果实现全带宽实时共享，需要浪费50% 的带宽，这一块资源和成本的浪费是不必要的。

有人也提出，用堆叠的方式实现，其实堆叠口也是有带宽限制的，全带宽共享也存在资源浪费。堆叠交换机，当某一个交换机的堆叠口变动了，系统恢复时间很长，对我们的直播系统会增加不必要的风险。而且堆叠一起的上、下游交换机的SDN管理会非常复杂，所以堆叠不是一个应付未来带宽要求增长的好方案。

最简单的方案就是将所有的IP化信号建立一个核心的IP矩阵，取代多极IP矩阵的级联工作，这样从长远来看既节省成本，又解决了对未来信号不可知性的支持能力。FOX，ESPN的系统也是这样布署的。

（4）格式标准

最近也跟很多台在交流怎么做IP化系统，大家觉得目前IP化系统还有很多风险和不确定性。其实所有的信号格式发展都有一个标准化的过程，都是需要时间的，不可能等所有的系统、所有的格式全都完善以后，才去建设我们的系统，那个时候可能已经晚了。

我们在选择标准时，关注的重点是理清我们的系统到底应用在传输领域还是在制作领域。如果是在制作领域，最好选无压缩的视频、音频、辅助数据单独封装的格式，如TR03等。如果用于长距离传输，就选目前生产厂家普遍支持的SMPTE2022-6标准。业界目前对4K还没有主流标准，若是把4K看成一个独立的信号群族，多个4K系统采用同一4K IP格式，信号共享，也是可以的。这个方案看起来也很简单，把整个4K系统全部做成SONY NMI，HD系统用SMPTE2022-6格式。演播室A与B 之间4K信号直接交換，演播室C, D与E 之间HD信号直接交换，演播室A与B 与其他HD系统交換信号用SMPTE2022-6，两个系统的信号必须统一到ST2022-6才能共享。

还有一种方案是把整个4K、SD、HD统一成ASPEN，一路10GE不能走4K，但由于信号只有1种格演播室A,B,C,D,E之间信号可以直接交换。这样做最大的好处是整个信号源可以比较简单的共享。式，矩阵不用分隔成2层，画分及监看的调度会更方便；

以上的这两个方案都是可行的，国际上也有很多类似的案例。

（5）视频信号以外的IP化

要同时考虑监看、监听、音频、监控、通话等混合在同一个IP化平台上，通过核心IP矩阵进行统一管理、统一调度，向多平台伸展。

IP画分的方式，可以用与现时一些SDI画分SDI输出回至矩阵，再选至各大屏的方法一样，把画分画面回送IP矩阵变成一路信号， 可在多区调度使用；画分可以中央调度使用；用IP连线，不受DVI线长度限制。

可以把信号编码分发用电脑,手机,平板作为监看,监听,通话的工具。參考ESPN案例，台內所有通话统一以选定的音频IP规格作信号交换，对各种外接入，接出，与各演播室音频系统信号，远程演播室等进行交换，提供极大方便性。

把固接的KVM变成IP化，各控制室工位变成可以调度使用，应付不同的使用场景及未来加入的功能及设备。各种监控及信息,可利用KVM与IP 视频之间调用各类监看。

（5）全面IP化，走向全功能软件化时代的大趋势

未来的系统将发展为基于刀片服务器计算和软件授权的方式。现在一些厂家的IP产品已经具有了微服务的概念。最终广电系统的理想状态是由四大部分组成的：交换、控制、计算和存储。整个系统根据不同节目需求由软件控制实现动态分配资源、服务。

最终广播电视机房的总控、演播室分控等将被DATA Center 取代。下面这张图是理想中的未来广播电视机房的数据中心。