设计基于IP的媒体网络（上）

卡尔·保尔森

电视中心现正开始进行很多人认为将是全球性的从当前的数字（SDI）架构到全IP（网络）架构的转换。自从1990年代从模拟转换到数字以来，行业再没有遭遇到这样的转换。

表面上，考虑到IP/IT集成已经出现于很多电视中心，这一转换似乎是必然的、预料中的，甚至是直接的。但在内部，IT和广播技术专业人员在理念、结构设计和支持实务方面都要有重大变化。

本文讨论与基于IP的下一代结构设计有关的问题。将不详细叙述媒体长距离传输和与基于文件的工作流程、存储器数据迁移乃至OTT有关的做法，而是探讨广播和IT专业人士必须知道的未来对以网络为中心的下一代架构必须承担的职责。

当前的IP媒体实务

专业媒体环境提供多种将视频（压缩文件或流媒体）从A点迁移到B点的方式。这些点可能跨越整个场区，在城市之间，任意的分配点或它们之间的任何地方。在大部分应用场合中，音频/视频信号传输为一种压缩视频格式，其中可用的格式很多。某些格式高压缩供因特网分发，另一些为轻压缩的回传质量，如从体育场馆到演播室或播出前的制作集成。

制造商的压缩媒体传输产品准备内容制作链内后续阶段的数据。很少厂商（若有的话）提供网上端到端传输不压缩、高码率内容的方式。因此本文不对此讨论。

高码率—不压缩视频传输

广播节目制作正开始采用IP网络拓扑结构上传输和处理高码率（HBR）、不压缩（UC）信号的新能力。这些应用专门针对现场/实时制作活动。最新的SMPTE标准（2017年底颁布的ST 2022-6 & -7和ST 2110）以及行业论坛和倡议正在促进将重塑电视中心的新技术努力。

IP网络技术已应用于很多媒体设施。这些方案适用于基于文件的工作流程、数据迁移、存储和归档、自动播出和设备命令和控制。以前，这些不一定称为“IP”。当UC/ HBR视频传输能力出现时，该术语逐步形成。现在，看来一切都是IP，不管该术语适合这个应用的程度。

所以说，我们将未雨绸缪，而未来即在眼前。

约定的规则——它改变一切

IP是一个“规则（协议）集”，管理互联网上传输的数据之格式。对于广播或演播室设施来说，“互联网”被称为“网络”更适当。本质上，某些有约束的IP技术的应用将基本上能够应对与演播室/现场媒体制作相应的设备基础架构变化及它们的内容链未来进程。

设计和建立一个IP设施将要求一个更新的IT联网技术路线以及一种相较传统SDI设施的思维模式的新思维模式。为理解设计、建设和运行基于IP的专业媒体设施需要什么，了解“实时”（RT）IP是什么以及它与传统SDI（包括基于文件的工作流程或数据存储）实现的区别是必要的。

这里的一个关键目标将是保持“音频和视频（在IP网络上）的表现与在SDI世界的表现完全一致”，没有传统SDI电视中心的负担或约束。从根本上说，设施将利用基于网络的IP/IT结构的敏捷性、灵活性、成本和可扩展性。

区别在哪里？

SDI萌生自1980年代的标准，旨在允许无干扰从源到目的地传输和同步切换音频/视频以及减轻与模拟视频和音频有关的代际质量问题。SDI的同步性质对于直播、演播室内的持续视频和长距离传输非常直接。不过，在基于文件、非实时或者流媒体环境内这些能力不那么实现。

对压缩视频帧精确（未被扰乱的）切换虽然在流媒体中有些可能，但一般使用周边设备完成，它本质上接受压缩视频，然后解压为一种“基带”（SDI）形式，然后在那里完成从A源到B源的无缝切换（图1）。作为结果的信号可能被再次压缩为另一种格式，视用途而定。

这些处理都花费时间，对非实时链路增加延迟。对大多数现场应用来说，源信号净切换及保存定时和同步是不切实际的。

YouTube或Netflix上的节目视频采用复杂的接收缓存技术或利用自适应码率（ABR）流传输功能尽可能保持他们的“线性分发”对观众是无缝的。不过，由于GOP（图像组）問题和压缩/解压延迟，提供实时和无干扰的一个源接着一个源的视频之能力可能被降低。

对专业媒体IP系统——实时/直播信号在网络上通过隔离、次级或虚拟网（VLAN）传输。对直播和实时的HBR信号传输，必须遵守新网络拓扑和定时规则。这些“规则”（协议）在SMPTE ST 2110和/或ST 2022中定义，包括在这些新标准中定义的IETF RFC应用程序。

不同的数据通信结构

理解下一代电视中心设计的另一个要点是不同的数据通信类型通常并非混存于同一VLAN/网络上。根据每种数据类型的预定用途，包结构和格式是不同的。

实时传输网络习惯于传输HBR业务。来自发送端（发射机）的包依照如“实时传输协议”（RTP）和“会话描述协议”（SDP）这样的IETF RFC被构建，并且支持IEEE和SMPTE标准。加上在SMPTE ST 2110或ST 2022标准中确定的条件，定时、同步、延迟和流控制得到管理，因此在专业媒体网络上媒体包传输是可行的。

一个与以前的类IT网络设计的区别是HBR业务必须以不摆动的数据码率连续运行。基于文件的流媒体意欲或能够以可变数据率运行。数据可能是随机分发，本质上往往是“猝发的”。在基于文件的传输中，来自发射机的数据不必同步性（时限性）到达接收机输入端。流媒体的行为方式类似，波动率在接收端被稳定。在这些应用中缓冲区大小、连接带宽和可变文件数据率得到接受，但在实时HBR应用中不可容忍。

在流媒体分发中，偶尔中断或缓冲在意料之中。这对直播实时视频行不通，它必须同时时序一致，以实现实时无缝切换。

因此，中心设计中一大区别在于如何看待各个“网络”部分。也就是说我们将为未来发生的事情做好准备，而那个“未来”就是现在。

系统设计现在包括清晰思考实时和非实时信号流。与端点周边设备相关的实时管理和流控制必须“协调”且不同于非实时分发。文件传输、存储和/或基于文件的工作流程将可能驻留在一个不同的、约束较少的网络（部分）上。

本文第一部分为广播和IT专业人士介绍了与演播室和直播运作以IP为中心的专业媒体传输有关的差异和条件。在第二部分，我们将讨论IP电视中心的下一代设计有何不同，以及工程师对他们在组播IP世界中的未来必须知道的东西。