超高清制播系统中SDI/IP混合架构的思考

吴任远

摘 要 在制播系统IP化发展过程中，SDI信号渐渐被取代，但在两种技术的选择和使用上，行业内还存在很多争议性理论。文章根据以往工作经验，对构建全IP系统时应注意的问题进行总结，并从超高清系统的SDI信号传输方案、超高清系统的IP传输方案、超高清系统中的SDI/IP混合数据传输策略3方面，论述了超高清制播系统中SDI/IP混合架构的具体应用形式。

关键词 制播系统；混合架构；信号传输

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）216-0075-02

新技术的使用是提升广电行业用户体验的主要话题，受到了相关人员的高度重视。在最近20年的发展过程中，IT和数字技术得到了更多发展机会，促使广电行业发生了巨大变化。整体来看，广电行业的IP化发展进程从未停止，再加上文件化和制播系统的应用，ASI逐渐被IP取代，并实现了SDI信号的IP化，该项转变具有极强优势，可帮助超高清制播系统变得更加完善。

1 构建全IP系统时应注意的问题

1.1 QoS

QoS主要是利用网络对各种类型的基础技术进行合理应用，为特定的传输业务提供服务。截止到目前，很多IP业务属于非实时应用范畴，如文件传输、邮件传输等，在此过程中，只需要提供尽力而为的QoS即可。但对于SDI等实时性要求较高的业务来说，QoS需要避免受到网络过载等因素的影响，保持较高的稳定性。因此，在全IP系统构架构建过程中，应该将QoS整体性需求体现出来。相关工作人员可以利用软件定义网络，对网络中的设备和业务进行有效规划，最终实现SDI信号端到QoS端。

站在另一个角度来说，SDN属于一种新型网络架构，在设计过程中将控制平面与数据转发平面进行分离，这样一来，人们便可以对网络流量进行灵活控制，从而赋予网络管道更高的智能性。站在国外发展角度来说，已经研究出了SDI/IP的统一管理方案，如Sony公司中的Live Systerm等，确保QoS逐步完善。

1.2 网络安全

与传统SDI相比，IP网络系统在理论上并不可能出现非法入侵或攻击等问题。因此，在网络安全维护上，避免未授权访问现象的出现显得十分重要。在IP网络构建过程中，需要对网络认证、设备认证和用户认证进行综合考虑，从而将IP技术的优势展示出来。

首先，在用户认证过程中，受网络操作便捷性的影响，可能会使得各项设备暴露在恶意用户的控制范围内。管理人员可以对网络功能进行合理化分配，将访问风险降到最低。

其次，在设备认证上，需要做好接入网络的身份识别，并通过认证，将非法设备接入到网内，从而对设备的使用权限进行控制，避免对整个系统造成破坏。

最后，在网络认证过程中，网内环境的保障显得尤为重要，从而将网外设备干扰情况进行避免，对未授权的设备提供网络保护，最终实现网络环境的有效营造。

1.3 互联互通

由于SDI所遵循的标准与业内相统一，不同的设备厂商均可以通过SDI实现安全互联。但由于SDI/IP的混合架构建设还处于发展初期阶段，相关人员需要站在标准化组织等角度进行考虑，从而对不兼容的封装格式和标准进行全面考虑。在其他网络设计过程中，为了实现带宽利用率的有效提升，各个生产厂家还会注重对各种轻压缩技术进行研究和使用，促使设备的互操特性变得越来越复杂。而在全网IP网络构建过程中，出现了很多标准和格式，容易让人产生一种眼花缭乱的感觉，使使用者产生极大的困惑，这也为IP网络的互通提出了极大考验。如果该项问题一直无法得到有效解决，IP网络的发展成效便会无法体现出来，其推广进度也会变得十分缓慢。

2 超高清制播系统中SDI/IP混合架构的具体应用形式

2.1 超高清系统的SDI信号传输方案

广电行业信号传输特有标准以SDI为主，发展历史超过20年，目前已经在很多领域中得到了应用，如监控、录播等。SDI之所以会受到业内人士的高度认可，主要原因包括以下几方面，即质量较高、可靠性较强、延时效果弱、具有较强的通用性能、协议构建十分简单。

截止到目前，国家对SDI传输制定了很多标准，主要是为了将传输方案进行有效优化。另外，在各种标准制定过程中，与很多多链条和单链条的映射现象息息相关。因此，在系统架构确定上，无论哪种形式均可以与该系统相适应。而在超清系统建设过程中，视频图像以大小分子图像的整合为主，如果对UHDTV1格式进行应用，可以将整个图像分割成4个子图像，UHDTV2可以将图像分割成16个子图像。在每个子图像的应用过程中，均可以对高清数据流进行处理。在整个UHDTV系统之中，由于SDI系统早已经被人们确立，充分证明了SDI信号传输系统的实施具有较强的可行性。但由于12G-SDI的传输速率较高，且传输速率较低，最终导致12G-SDI在超高清应用中存在很大障碍。

2.2 超高清系统的IP传输方案

从目前实际发展情况来看，SDI/IP标准的传输速率较高，并以40GbE为主流，但却无法对12G-SDI信号进行有效承载。如何构建起高清数据传输网络成为相关行业重点研究的问题。据实际发展情况来看，无压缩传输方式的使用存在极大的可能性，在此过程中，轻压缩方法已经被人们商品化，无法将更大功能发挥出来。

2.2.1 无压缩方案

对于IP超高清的传输标准，相关广电行业并未对详细标准进行制定，为了确保无压缩方案的全面实施，研究人员将4个3GIP链路绑定在一起，对超高清信号进行有效传输，但此时需要的10GbE链接数量至少为两条。该方案具有较高的可行性，但由于多个IP鏈路绑定视屏传输方案还未全面制定出来，信号分配、系统同步等问题还无法得到全面解决。

另一个无压缩方案主要以高速以太网为主，并将SMPTE ST拓展到12G-SDI范畴，但该标准同样没有被完善。从目前的实际发展情况来看，40GbE主要采用的是4×10G，而100GbE则采用10×10G。由于10G之后的以太网链接基础尚未得到有效确立，这也为相关工作的开展创造了很多挑战。很多研究人员十分看好25GbE的发展前景，很可能成为下一代以太网的基础链接。在使用24GbE链接时，其性价比较高，可以进一步提升云服务数据中心业务的吸引力。

2.2.2 轻压缩方案

由于超高清IP化的另一个思路主要是对轻压缩网络进行适配，在各种方案之中，主要以图像质量、压缩比等平衡为主，为后续开发工作产生较好基础。在视频直播过程中，还需要做到压缩比的有效降低。因此，由于MPEG-2中的格式延时过大，并不适合在轻压缩方案中进行使用。SMPTE属于超高清电视生态系统的研究领域，应该将压缩比控制在2：1到20：1之间。而在图像质量控制上，需要考察的算法有很多，还需要对图像的损伤程度进行复制。

在对各种要求满足的同时，研究人员还需要对BBC研发过程中的VC算法提高重视程度，该算法也被人们称为Firac Pro。当系统对不同的压缩格式设备采用时，研究人员应该对互操作性进行解决。

2.3 超高清系统中的SDI/IP混合数据传输策略

截止到目前，在超高清信号通路设计过程中，需要对SDI技术进行优先考虑。在各种应用场景之中，有的对同步性要求较高，如实时直播、场景切换等过程，由于SDI的作用，可以保证图像质量不受到影响。

另外，SDI也是唯一具有国际标准的超高清互联网方案，而且不同设备之间的互操作性也具备较高保障。站在理论角度来说，全IP超高清系统部署并不是没有可能。尽管SDI/IP组合技术中还有很多问题需要处理，但随着IT技术的快速发展，以及以太网带宽的提升，IP技术终会成为视频传输领域的主流。

3 结论

综上所述，广电技术的发展并不是孤立的，经过了20多年的发展时间，制播系统发生了天翻地覆的变化，从标清到高清，以文件代替磁带，让人们看到了不一样的超高清制播系统。现如今，用户体验是服务行业主要的发展目标，通过SDI/IP混合网络的搭建，可以对超高清节目生产需求进行满足，确保整个行业向全IP化预留发展空间迈进。

参考文献

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