试论融媒体时代电视中心IP化基础架构

白振江

兴安广播电视台 内蒙古 乌兰浩特市 137400

试论融媒体时代电视中心IP化基础架构

白振江

兴安广播电视台 内蒙古 乌兰浩特市 137400

IP化基础架构是融媒体的关键技术。本文结合融媒体时代背景分析了IP化基础架构技术的发展状况和技术标准，阐述了电视中心IP化基础架构的同步技术应用。

媒体融合 电视中心 IP化 基础架构

随着信息技术的发展，新兴媒体的融合发展越来越迅速。目前，计算机技术和通信技术已经被广泛应用到广播电视行业。显然，传统的电视中心以SDI为基础的系统技术架构已经难以满足媒体融合的发展。鉴于此，加强IP化基础架构的深入研究是非常重要的。

1 IP化基础架构内涵

从传统的有线电视到数字电视，新媒体的业务在不断拓展。电视中心的基础架构IP化势在必行。传统的电视中心基础架构SDI虽然具有应用广泛、可靠性高和延迟低的优点。但是，存在一定的劣势，如在信息源不断增加的背景下，SDI/HDSDI/3G-SDI信号调度矩阵的规模也在逐渐扩大，间接导致了信息中心的布线和信号处理链路更加复杂、密集。显然，SDI系统结构的灵活性并不支持不断的扩展。在这种情况下，IP化基础架构逐渐发展起来。但是，目前对于电视中心基础架构的看法也不尽一致。有人认为应当按照传统的趋势继续发展。另一部分人认为，应当放弃传统的系统架构，沿用双向IP架构。正如索尼中国集团管理者所说，采用何种系统架构技术就好比是选择自己的小船，还是采用IP化大船。虽然IP化基础架构已经逐渐受到重视，但是到该技术的成熟还需要一段时间。尤其是IP化基础架构的标准和技术应用，仍然在不断的改进、完善中。

2 IP化基础架构的发展方向

电视中心的系统架构发展方向包括：传统的SDI和共享/双向IP化架构两个方向。基于SDI的系统架构主要是采用串行数字接口（SDI）进行视频基带信号的传输，包括SD-SDI（270Mbp/s，SMPTE259M）、HD-SDI（1.485Gbp/s，SMPTE 292M）、3G-SDI（2.97Gbp/s，SMPTE 424M）等，能够通过单根（单链路）同轴电缆传输对应码率范围内的无压缩信号。但单根链路无法满足媒体融合的发展，基于此，行业提出了三种解决方法：一是制定新的SDI接口标准，二是在现有SDI标准规范下用多链路进行传输，三是基础架构IP化。第三种是本文重点介绍的系统架构方式。

所谓共享/双向IP化主要就是用RJ-45或光纤接口取代BNC接口，用10G以太网取代轴电缆，用IP交换机取代SDI基带矩阵。这种方式的优点在于能够简化系统，音频、视频，输入、输出，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus，光纤接口）中。这种系统架构主要就是针对AV数据传输。

IP化基础架构的发展又分为两个方向，即AVB与SMPTE。其中，SMPTE又划分为专用和通用IP交换机两部分。以AVB为代表的广电设备制造商包括：Axon、Avid、BARCO、Dolby、YAMAHA、SENNHEISER、SHURE和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和EVS等。但是总的来说，IP化系统架构能够使系统更加灵活，即便是利用一根网线也能够解决控制和同步等问题。最重要的是能够根据业务需求制定灵活、专项的系统和业务流程，并借助软件真正提升系统架构的生产能力。因此，IP化基础设施能够有效推进媒体融合，促进媒体的发展。

3 音视频信号IP化分析

电视中心的音视频信号的数据量比较大，同时，还需要对音视频的延时和同步进行调整，尤其是音视频的码率。鉴于此，若要实现音视频信号IP化，首要解决的问题就是保证宽带可承载的码率。通常，电视中心实现IP视频数据路由交换，最低的要求是10G的以太网。

3.1 基础技术

基于IP化的系统基础架构的电视中心在进行信号切换时，主要是进行包的路由交换。在此过程中，工作人员需要解决包分发和转换等数据的延时、丢包问题。目前，解决这种问题的方法有：（1）利用IP规范，实现音视频信号的规范打包、传输，如IP网络高码率媒体信号传输标准：SMPTE ST 2022-6∶2012。（2）引入实时传输协议，如RTP、RTCP、RTSP等协议。其中，RTP一般应用在多媒体数据的传输中；RTCP结合RTP协议能够应用与数据传输的监控；RTSP多用于多媒体数据流的控制，如播放，暂停等。（3）引入资源预留协议和区分服务。所谓资源预留协议是指应用于特殊服务的应用程序数据流传输。区分服务则是指利用码点，在网络入口处进行标记。这样就能够保证将数据包在网络边缘中进行复杂处理。（4）重视QoS等延时转包技术的应用。QoS是指联网服务质量，将其用于延时转包处理中，主要是它可以为共享网络提供类似专项网络的服务，并给予应用程序的通知，保证应用程序能够满足系统需求。（5）引入前向纠错技术.所谓纠错技术就是一种能够自动纠正输误码的编码技术，主要是发送纠错码进行冗余编码。将其应用在IP化基础架构中能够有效避免一些数据传输错误问题。（6）部署无缝切换主备冗余路由设备。

3.2 压缩编码和SDI基带信号的IP化

压缩编码音视频流的IP化，主要是利用已经配置过以太网标准的视频编码器和卫星接收机等设备。同时，按照相关标准进行TS overIP码流数据处理。宽带基带信号IP化，即SDI over IP主要是指无压缩音视频的SDI基带信号IP化。目前，应用实施信息数据处理、传输和交换的设备包括：SDI信号转换器、SDIover IP路由矩阵和IP Gateway板卡等。通过这些设备能够进行IP视频的无缝转换等。其中，SDI信号转换器的本质是一种调制器，能够将HD-SDI信号转换为HDMI信号，同时，也能将音视频信号嵌入到该HDMI中，从而实现音视频信号的同步传输。其主要工作原理是将串行的接口信号转变为TDMS信号，以方便高清摄像机与终端显示器互联。值得注意的是，该设备数据还能够适用于SDI基带信号。SDI over IP路由矩阵属于无压缩损坏矩阵。目前，SDI over IP还存在着多种问题，如链路宽带有限，无法保证大数据量的传输，系统交换能力有限，可用设备有限。这些都是影响SDI over IP应用的关键因素。也就是说，若要完善SDI基带信号的IP化，必须着手解决这些问题。IP Gateway板卡是一种能够外置的转换接口板和内置转换芯片。

3.3 矩阵IP化

IP化矩阵形式包括：SDN、SDVN和基于交换机的SDN。三种方式各有不同，在实际应用过程中，需要根据实际的情况进行选择。

SDN是指软件定义网络，是一种网络虚拟化的形式。在传统的系统架构中，由于业务需求的变化，需要进行系统架构的优化和调整。但进行路由器和交换机等设备的配置比较繁琐，因此，为保证系统的灵活和稳定性，采用SDN分离网络设备的控制权，屏蔽各种设备之间的差异，以实现用户自由、灵活的设置网络协议。在IP化基础系统架构中，应用SDN主要进行设备硬件的软化，加强用户的控制，如能够通过控制IP交换机实现传统SDI矩阵的功能。同理，SDN能够使IP化系统架构中的网络设备控制层和数据层分离，实现冗余备份。最重要的是SDN还能够实现信号的管理和分配，给用户提供设备管理、设置操作界面。以SDN为基础的操作系统，还能够实现多种混合操作，完成矩阵配置和交叉点切换等功能。

SDVN是指基于IPX达到软件定义视频网络，能够实现SDI信号的路由管理和宽带管理。工作人员就能够通过操作系统实现系统管理。

IP交换机+SDN是指基于IP网络的SDI矩阵，主要就是指在SDN的控制和管理下，利用IP交换机实现SDI矩阵功能。在融媒体环境下，SDN矩阵能够用于多屏视频的显示转换，应用于视频会议、视频监控和广播带式系统等方面。显然，IP交换机+SDN对于IP化的系统架构是非常重要的。

4 安全技术和标准

电视中心的基础系统架构IP网络安全技术包括：IP网络数据安全保护技术和网路冗余备份技术。其中，网络数据安全保护技术主要是保护SDI over IP和TS over IP数据安全的技术，比如，在设置防火墙、建立防入侵系统，部署IPS入侵防护设备隔离网闸等。根据不同结构和数据形式可以采用不同形式的安全技术。总的来说，数据安全保护技术是以保护数据安全为主，只有选择安全、可靠的数据保护技术才能够实现数据的安全。网络冗余备份技术主要是指链路聚合冗余技术。如果系统网络发生故障，该技术能够实现主链路和备用链路之间的切换。切换时间小于40毫秒，能够在物理路由上采用不同的网络。IP化系统架构的标准包括：物理层应用标准、传输标准和IP封装标准等。其中，物理标准为SMPTE2022标准和IEE AVB标准。用于IP网络恒定码率 MPEG TS流单向传输的标准是SMPTE ST 2022-2∶2007。总之，在实际的系统架构过程中，尽量以这些标准为基本准则，从而保证IP化系统架构的安全。

总结

综上所述，广播电视技术人员应当正确看待IP化基础系统架构，并根据最新的动态变化和国家标准，合理设计IP化基础系统，从而为促进新媒体融合奠定良好的基础。

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[3]胡震宇.电视中心基础架构IP化原理和应用[J].视听界（广播电视技术），2015（05）：17-23

[4]黄振华.媒体融合时代电视中心IP化基础架构技术探索[J]. 科技传播，2016（02）：46-47

[5]韦安明，覃毅力.电视中心IP化关键技术研究[J].广播与电视技术，2016（05）：16-21

审稿人：孙生和 内蒙古广播电视台 正高级工程师

责任编辑：王学敏

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白振江 兴安广播电视台 高级工程师