IP 化技术在电视制播融合中的网络架构与信号传输应用

郝延军

（滨州博兴县融媒体中心，山东 滨州 256500）

0 引言

随着互联网、数字电视、移动通信等新技术在传媒领域的快速融合与发展，网际互连协议（Internet Protocol，IP）化技术的引入为电视制播业带来了巨大机遇。IP 化电视制播网络不仅可以传输高清电视信号，还支持基于超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）的流媒体点播，以及基于实时传输协议（Realtime Transport Protocol，RTP）、实时传输控制协议（Realtime Transport Control Protocol，RTCP）的媒体流分发等新型电视服务。

IP 化技术利用互联网协议对音视频信号进行数字化编码、传输和交换，采用分组交换的方式传送压缩编码后的数字视频流，有效提高了电视制播系统的灵活性。传统的标准定义串行数字接口和高清串行数字接口等专用同轴电缆和光纤信号链路，正逐步向支持多种数字信号的芯片和以太网交换机等硬件设备组成的IP 化网络架构融合过渡。本文从IP 化技术概述、电视制播融合的IP 化网络架构、IP 化技术在制播融合电视信号传输中的应用3 个方面，分析IP 化技术在推动电视制播融合中的关键作用。

1 IP 化技术概述

IP 化技术是基于IP 协议的网络技术，是指使用IP 技术对传统的音视频模拟信号进行数字化编码、压缩和封装成流格式数据包，然后通过IP 网络进行分组传输的过程[1]。

IP 化技术的核心是IP 分组传输，其基本思路是首先使用数字编码器对模拟音视频信号进行数字化编码和压缩，生成数字比特流。编码器输出的数字比特流通过流媒体服务器进行分封装处理，生成能够在IP 网络上传输的格式化数据分组，为流媒体传输提供条件。目前，主要的流媒体传输协议有面向HTTP 应用的HTTP 实时流媒体（HTTP Live Streaming，HLS）、HTTP 动态自适应流（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP，DASH）等，以及面向实时传输的RTP 等。经过封装处理后的流媒体数据分组进入IP 网络层，根据目的IP 地址由路由器进行分组转发，以进行端到端的信号传输。在信号接收端会解封装数据分组，还原成数字比特流，然后经过解码器进行解码和数字模拟转换，最终转换为用户可以感知的音视频信号。IP 化技术是数字电视网络传输的基础，也是推动传统专用信号链路电视制播系统向基于分组交换的IP 网络制播系统融合的关键技术[2]。

2 电视制播融合的IP 化网络架构

2.1 电视制播融合

传统电视制播系统由独立的采集录制设备、导播设备、播出链路组成，制作系统主要采用串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）和矩阵切换器构建，具有系统封闭、距离限制等缺点，制作环节中的视频信号、音频信号难以灵活调度。

电视制播融合是基于数字技术对传统电视制作和播出系统进行数字化改造和功能互联的过程，主要包括以下流程。第一，制播流程融合。融合采集制作、播出传输两个独立环节，提升制播效率。第二，制播系统融合。融合图像采集、声音采集、灯光控制、虚拟演播室等系统功能，实现资源共享和协同工作。第三，制播资源融合。通过内容资源共享平台，达成制作端和播出端的深度协作。第四，固定电视和移动电视融合。支持接入多屏终端，实现电视节目向多终端的无缝分发。第五，有线电视网和无线数字电视网的融合，统一内容制作和传输网络。第六，电视网与广电数据中心的深度融合。由广电数据中心提供云计算、大数据等技术，以支持电视制播。电视制播融合标志着一个高度协同和开放的新一代数字电视制播模式的形成，而IP 化技术是实现这一融合的核心基础。

2.2 IP 化核心网及接入网构成

IP 化电视制播网络的核心网采用高速光传输平台，确保满足大量高清视频内容的传输需求。IP化核心网及接入网的构成如表1 所示。

表1 IP 化核心网及接入网的构成

核心层主要由高端路由器、大容量传送平台组成。路由器采用分组转发技术，实现数据流的交换与转发。主干路由器提供大量10GE 端口，数据交换能力强。路由器之间通过光传送网（Optical Transport Network，OTN）系统互联，形成网状结构。传送平台以密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）系统为主，在一根光纤上可支持几十个波道，通过建链、挂接多个OTN 系统可实现大容量传输[3]。多协议标记交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）技术用于流量工程，能够提高线路利用率。接入层包含多功能接入设备和专业编码设备。接入设备支持无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）、同轴承载以太网（Ethernet Over Cable，EOC）等技术接入各类终端，支持多格式编码，并组帧打包成IP 流进行传送。核心层和接入层之间部署传送网关，实现服务控制、统计等功能，构成一个可扩展、可控的IP 化传送保障网。

3 IP 化技术在制播融合电视信号传输中的应用

3.1 流媒体信号的IP 化传输

流媒体是电视制播系统中大量存在的信号形式，包括视频流、音频流等。实现流媒体信号的IP化传输，是电视制播融合IP 化的关键环节。流媒体信号源包括模拟信号源和数字信号源。对于模拟信号源，如模拟摄像机，需要先通过视频编码器将其数字化，常用的编码标准有MPEG-2、H.264 等。

数字化后的流媒体信号，进行IP 封装后才能在IP 网络上传输。最常用的传输协议是RTP。RTP提供了一系列传输功能，包括序号标识、时间戳、载荷类型识别、内置冗余校验，满足了实时传输需求。典型的RTP 封装方式有以下3 种：第一，RTP 直接封装编码数据，适用于点对点传输；第二，MPEGTS 提供定时功能，RTP 确保包序，适用于单点到多点的应用；第三，由MP4 文件格式提供更强的媒体同步能力[4]。

RTP 主要应用于传输音视频流，如将摄像机RTP 流导入导播系统、两地互联的远程采访等场景。RTP 的特点确保了这些实时流媒体信号的时延性和传输质量。RTP 传输需要在源端和接收端分别部署支持RTP 的编码器、流媒体服务器，以完成流媒体的RTP 打包和解析处理。

3.2 同步串行接口信号的IP 化传输

SDI 是电视行业长期以来使用的高质量数字视频传输接口，可提供同步定时功能。如何实现SDI接口信号的IP 化传输，是电视制播融合过程中的技术难点。

SDI 接口主要用于传输未压缩的数字视频，应用场景以点到点为主。它支持固定码率传输，符合不同接口标准。SDI 采用了严格的定时同步机制，能够保证源端到终端的零延迟传输。目前，IP 化传输有两种较为成熟的技术方案。第一，SMPTE 2022 标准。该方案直接在SDI 链路层使用用户数据 报 协 议（User Datagram Protocol，UDP）、RTP进行封装，以保持源端的时序特征，适合于对终端定时有硬性需求的应用场合，如有源电视转播站等。第二，SMPTE 2110 标准。该标准将SDI 中的视频流、音频流、数据流进行拆分，分别以独立流的形式进行IP 封装传输。这种方案更灵活，但对IP 网络的定时同步机制要求更高。SDI 信号IP 化的核心是使用支持SDI over IP 标准的编码转换设备，在保证传输质量的基础上准确复制源端时序[5]。

4 结语

IP 化技术的引入使电视制播网络架构发生重大变革，从过去的专网模式向融合的IP化网络演进。在技术层面，IP 化的核心在于完成音视频信号的数字编码和封装，以实现基于分组交换的流媒体传输。这需要在编码标准、传输协议、网络设备等环节进行技术创新和优化，以确保在IP 网络环境下仍能提供高质量的信号传输。