基于12G-SDI的UHD制作系統(tǒng)現(xiàn)狀和未來

何寅畏 世紀(jì)?？萍瘓F(tuán)視頻事業(yè)部

基于12G-SDI的UHD制作系統(tǒng)現(xiàn)狀和未來

何寅畏 世紀(jì)睿科集團(tuán)視頻事業(yè)部

本文對(duì)4K UHD超高清電視信號(hào)格式的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，對(duì)目前建設(shè)4K UHD超高清電視系統(tǒng)選擇12G-SDI格式還是SDI Over IP格式分享了自己的觀點(diǎn)，對(duì)廣電未來的技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行了展望。

4K-UHD 12G-SDI SDI Over IP 未來技術(shù)展望

1．引言

很高興參加第六屆廣電傳媒產(chǎn)業(yè)論壇暨第四屆中國(guó)廣播電視紫金論壇。今天我要講的主題是12G-SDI的4K超高清的系統(tǒng)?；?2G-SDI接口的4K超高清系統(tǒng)或是基于SDI over IP接口的4K超高清系統(tǒng)的技術(shù)都在發(fā)展中，世紀(jì)?？圃谶@兩種系統(tǒng)都同時(shí)有項(xiàng)目在進(jìn)行當(dāng)中，都積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

2. UHD電視信號(hào)格式現(xiàn)狀

先介紹一下現(xiàn)在的4K，也就是UHD電視信號(hào)格式的現(xiàn)狀。最早其實(shí)多年以前，UHD的制作格式在單機(jī)類的制作系統(tǒng)當(dāng)中就已經(jīng)有了，它的最重要傳輸方式就是Quad-Link。兩三年前實(shí)時(shí)的直播系統(tǒng)，如演播室、轉(zhuǎn)播車開始向UHD的格式發(fā)展，那時(shí)4K采用的4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號(hào)的Quad-Link格式已經(jīng)不太適應(yīng)于直播的系統(tǒng)，所以就發(fā)展出了4K UHD的SMPTE 2022-6 以及SMPTE 2110 SDI over IP的格式，以及SMPTE 2082-1 12G-SDI的格式，同時(shí)依舊保留了Quad-Link的格式。

Quad-Link是最早采用的4K信號(hào)格式，在早期支持4K格式的攝影機(jī)和錄制設(shè)備上一直采用此方式，目前依然是應(yīng)用最廣泛的4K信號(hào)傳送格式。Quad-Link又分為2SI和SQD兩種方式，SQD:Square-Division方式采用正方形四分割方式分配4路信號(hào)，對(duì)于4路信號(hào)傳輸時(shí)延的要求較高，畫面處理延時(shí)更大。2SI: 2 sample-Interleave方式采用像素點(diǎn)交織方式分配4路信號(hào)，2SI信號(hào)的任意一路3G-SDI，可以作為4K信號(hào)的1080p格式。2SI方式興起之后，大部分廠商都已支持此種方式。

4K UHD的Quad-Link、SDI over IP以 及12G-SDI 這三種接口方式在現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的超高清系統(tǒng)中都有不少的應(yīng)用。

SMPTE 2082-1 (2015)-12 Gb/s Signal/Data Serial Interface - Electrical是12G-SDI信號(hào)2015年的標(biāo)準(zhǔn)，目前支持該標(biāo)準(zhǔn)的廠商和設(shè)備如下，攝像機(jī)廠商：有池上、松下、GV……；切換臺(tái)廠商：有SAM、GV、RossVideo……；監(jiān)視器廠商：有TVLogic、池上、國(guó)產(chǎn)……；矩陣廠商：有UTAH、SAM、Evertz……；周邊設(shè)備廠商：有SAM、Evertz……。實(shí)際上最早可能僅僅是兩三家非主流的廠商開始推12G-SDI接口的4K設(shè)備， 2016年的NAB以后，池上等一些大的廠商都開始有了12G-SDI接口的4K設(shè)備。

目前UHD制作系統(tǒng)的情況是：全球范圍內(nèi)的UHD系統(tǒng)主要以制作系統(tǒng)為主（轉(zhuǎn)播車、演播室、EFP），絕大多數(shù)為規(guī)模較小的系統(tǒng)，以Quad-Link方式實(shí)現(xiàn)。CCTV將于今年建成第一輛IP 4K轉(zhuǎn)播車，采用SONY IP LIVE + Imagine Selenio + AES 67 +CISCO；騰訊視頻將建成第一輛基于TICO淺壓縮的 IP 4K轉(zhuǎn)播車，采用全線GV 產(chǎn)品，信號(hào)采用Tico over IP方式為主，以GV Node作為調(diào)度核心；北京世紀(jì)漢唐正在建設(shè)第一輛基于12G-SDI的4K轉(zhuǎn)播車，采用30訊道Ikegami + 2ME Kahuna 9600。

UHD制作系統(tǒng)采用Quad-Link方式實(shí)現(xiàn)，目前還比較多。但是比較大的系統(tǒng)，例如大型4K轉(zhuǎn)播車或者大型4K演播室，采用Quad-Link方式，4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號(hào)的方式存在較多的局限性。

我們?nèi)ツ曛袠?biāo)后今年剛剛交付完成的一輛CCTV的全4K轉(zhuǎn)播車就采用了全I(xiàn)P的方式，該轉(zhuǎn)播車是我們和索尼等很多公司一起合作完成的，這并不是全球第一輛4K IP的轉(zhuǎn)播車，但是在國(guó)內(nèi)還是第一輛全4K全I(xiàn)P的轉(zhuǎn)播車，技術(shù)的實(shí)現(xiàn)意義還是很大的。幾乎在我們給CCTV交付第一輛全4K全I(xiàn)P轉(zhuǎn)播車的同時(shí)，騰訊視頻也建設(shè)完成了第一輛4K IP轉(zhuǎn)播車，這輛轉(zhuǎn)播車信號(hào)采用Tico over IP方式，這是國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的第二輛完整的4K IP系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播車。

基于目前技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，這兩輛4K IP系統(tǒng)轉(zhuǎn)播車的4K信號(hào)都采用了淺壓縮，這種淺壓縮雖然在技術(shù)上可較方便的實(shí)現(xiàn)在一個(gè)萬兆網(wǎng)內(nèi)傳輸一路12G帶寬的4K信號(hào)，但同樣也帶來了傳輸?shù)难訒r(shí)以及其信號(hào)是否能較方便的共享給其他設(shè)備等一些問題。目前世界上只有韓國(guó)有一輛12G-SDI接口的4K轉(zhuǎn)播車，北京世紀(jì)漢唐制作公司目前正建設(shè)一輛30個(gè)訊道的4K轉(zhuǎn)播車，是第二輛基于12G-SDI接口的4K轉(zhuǎn)播車。

3．未來的電視系統(tǒng)，12G amp; IP？

面向未來，我們?cè)谧?K UHD系統(tǒng)的時(shí)候，SDI over IP和12G-SDI這兩個(gè)格式該如何取舍？比較目前4K UHD幾個(gè)主流方式和生命周期，首先是最傳統(tǒng)的Quad-Link格式，還會(huì)有一個(gè)比較長(zhǎng)的生存時(shí)間，因?yàn)樗潜容^簡(jiǎn)單的傳輸方式，同時(shí)在單機(jī)ENG方面有比較好的市場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。12G-SDI也是較早的一種格式，目前我們判斷它的存活時(shí)間會(huì)比較久，一方面是UHD-SDI基帶的方式是目前大家最容易接受的，沒有任何技術(shù)門檻，UHD-SDI基帶傳輸?shù)木€纜目前已可傳輸100米左右的距離，各方面的安全性也比較有保障。上面說到的央視CCTV和騰訊視頻的兩輛轉(zhuǎn)播車都采用了淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式，將來無壓縮的IP標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，目前壓縮到10G以內(nèi)的淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式會(huì)很快被市場(chǎng)所淘汰，4K UHD視頻傳輸未來肯定還是IP的傳輸方式。

VoIP的方式是未來的方向，廣電未來的技術(shù)架構(gòu)肯定是基于IP。未來大型數(shù)據(jù)中心會(huì)成為全臺(tái)各類業(yè)務(wù)的核心系統(tǒng)，總控系統(tǒng)乃至整個(gè)制作中心都將是大型數(shù)據(jù)中心的方式，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)會(huì)對(duì)未來的總控系統(tǒng)以及全臺(tái)的核心系統(tǒng)有很大的幫助；未來全臺(tái)系統(tǒng)的電視信號(hào)、視頻文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)流程等均在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)；采用虛擬化布署與私有云架構(gòu)，不再有大量專業(yè)廣電設(shè)備存在；系統(tǒng)的改動(dòng)和升級(jí)將會(huì)十分簡(jiǎn)單，硬件通用設(shè)備的升級(jí)或堆疊將不影響業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)流程的改動(dòng)僅僅通過軟件策略調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)。

我們?cè)诮ㄔO(shè)技術(shù)系統(tǒng)時(shí)要區(qū)分不同的系統(tǒng)分別采用不同的技術(shù)策略。對(duì)于制作系統(tǒng)，每一個(gè)演播室或轉(zhuǎn)播車，都可以看做是一個(gè)制作孤島，因此系統(tǒng)內(nèi)部的格式或者流程，并不必須與全臺(tái)統(tǒng)一，只需要在接口統(tǒng)一即可。即全臺(tái)可以是一個(gè)無壓縮的IP格式，而轉(zhuǎn)播車可以采用淺壓縮UHD-SDI Over IP的格式，小型演播室可以采用Quad-Link格式或是12G-SDI的格式，各個(gè)制作系統(tǒng)都可以順利的進(jìn)行自身的節(jié)目制作，各制作系統(tǒng)內(nèi)部的格式和全臺(tái)的格式?jīng)]有必要一定要統(tǒng)一，否則我們將永遠(yuǎn)在等待IP技術(shù)發(fā)展到最終階段，才能去建設(shè)所有的UHD技術(shù)系統(tǒng)。

圖1是我們預(yù)測(cè)在短期之內(nèi)能看到的全臺(tái)技術(shù)架構(gòu)，雖然比較簡(jiǎn)單，但表述比較清晰。

未來全臺(tái)的總控、調(diào)度甚至播出一類的核心系統(tǒng)，應(yīng)是一個(gè)IP核心調(diào)度系統(tǒng)，部署在一個(gè)虛擬的云上或者是部署在一個(gè)數(shù)據(jù)中心里面，采用SMPTE 2110 SDI over IP的格式。全臺(tái)除這個(gè)IP核心調(diào)度系統(tǒng)以外，所有演播室、EFP、轉(zhuǎn)播車等制作系統(tǒng)可以采用各自的格式。我們現(xiàn)在要建設(shè)的4K系統(tǒng)不用擔(dān)心IP的標(biāo)準(zhǔn)是不是已完備，IP的技術(shù)是不是已發(fā)展成熟，是不是一定要在轉(zhuǎn)播車或演播室內(nèi)運(yùn)用虛擬化的技術(shù)。如果現(xiàn)在需要建設(shè)一個(gè)4K系統(tǒng)，采用任何一種成熟的技術(shù)，只要是可行的，在不影響質(zhì)量的前提下都可以放心地采用。

圖1 廣電未來的全臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

4．問題與答案

第一個(gè)問題是人們擔(dān)心12G-SDI說到底是一個(gè)過渡技術(shù)。但我認(rèn)為，從來就沒有一勞永逸的技術(shù)，任何的技術(shù)手段都是前后兩代技術(shù)之間的過渡技術(shù)，需要考量的是不同技術(shù)的生命周期是否足夠。從生命期來看，12G-SDI技術(shù)在IP虛擬化完全實(shí)現(xiàn)之前，是非常實(shí)用的傳輸手段，會(huì)比目前的其他傳輸手段有更長(zhǎng)的生命期。SDI串行數(shù)字信號(hào)技術(shù)，是久經(jīng)考驗(yàn)的成熟手段，無論是信號(hào)的檢測(cè)，故障的判斷，還是信號(hào)的傳輸，都有很多經(jīng)驗(yàn)可以參考，有很完備的技術(shù)團(tuán)隊(duì)去實(shí)現(xiàn)，SDI串行數(shù)字信號(hào)技術(shù)也將在未來一段時(shí)間繼續(xù)受到歡迎。

而我們目前看得到的IP技術(shù)，雖然前景很廣闊，但是實(shí)際上我們還沒有經(jīng)過真正的實(shí)戰(zhàn)。我們和索尼等很多公司一起合作完成的CCTV全I(xiàn)P 4K轉(zhuǎn)播車，在最近兩個(gè)月后會(huì)有很多的使用，在這兩個(gè)月的使用當(dāng)中我相信會(huì)有很多的反饋，比如說在IDC機(jī)房的設(shè)備在直播車上安裝之后會(huì)不會(huì)有新的問題的發(fā)生；轉(zhuǎn)播車長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)之后，所有的接口和精密設(shè)備在轉(zhuǎn)播車內(nèi)是不是還可以安裝的完全穩(wěn)固；一旦出現(xiàn)任何的故障或者說信號(hào)的問題，前方傳統(tǒng)的視頻團(tuán)隊(duì)是不是有足夠的經(jīng)驗(yàn)判斷，現(xiàn)在IP系統(tǒng)當(dāng)中故障的問題點(diǎn)發(fā)生在什么地方，如何去處理它。這實(shí)際還需要有兩三年的經(jīng)驗(yàn)積累，才能去判斷一個(gè)系統(tǒng)是不是穩(wěn)定。

第二個(gè)問題也是很多人擔(dān)心的，就是12G-SDI的傳輸，因?yàn)樗膸捯呀?jīng)是原來1080P的帶寬的四倍，那么它的傳輸品質(zhì)和距離是否會(huì)限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)？目前CANARE和BELDEN兩大線纜產(chǎn)品均已發(fā)布12G-SDI的相關(guān)產(chǎn)品，其中CANARE已經(jīng)推出跳線排等接插件。從目前生產(chǎn)廠家和第三方的測(cè)試結(jié)果來看，12G-SDI單根線纜的傳輸距離在100M左右，與1.5GHz的1080i信號(hào)相當(dāng)。由于頻率過高，確實(shí)在接插件方面的品質(zhì)要求會(huì)更為嚴(yán)格，接插環(huán)節(jié)帶來的反射損耗也會(huì)比低頻段信號(hào)更大，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)布線不宜過多采用接口板雙通。

第三個(gè)問題是如何判斷系統(tǒng)適用12G還是IP技術(shù)。我認(rèn)為，從實(shí)用性和易用性來說，傳統(tǒng)技術(shù)顯然有更大優(yōu)勢(shì)；從技術(shù)亮點(diǎn)和團(tuán)隊(duì)儲(chǔ)備來看，IP會(huì)更吸引眼球；判斷系統(tǒng)適用12G還是IP技術(shù)的最大的依據(jù)是系統(tǒng)的建設(shè)目的和意義，是為了實(shí)用超高清轉(zhuǎn)播制作，還是為了嘗試新技術(shù)對(duì)未來進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

從實(shí)用出發(fā)，如果建設(shè)4K系統(tǒng)是用于4K超高清轉(zhuǎn)播或綜藝直播，我認(rèn)為12G-SDI會(huì)是一個(gè)簡(jiǎn)單易行的選擇。但是如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，從未來IP方面的技術(shù)儲(chǔ)備出發(fā)，IP技術(shù)建設(shè)會(huì)有更大的意義。當(dāng)然12G-SDI和SDI over IP兩者都還有很多未知數(shù)，比如說12G-SDI還有待各設(shè)備工廠開發(fā)更多的產(chǎn)品。從目前來看，攝像機(jī)、切換臺(tái)，包括慢動(dòng)作的EVS服務(wù)器還有周邊設(shè)備等，都已經(jīng)有廠家推出了12G-SDI的接口，但目前每一個(gè)環(huán)節(jié)都沒有三到五家的產(chǎn)品均可以支持這樣的接口，所以從總體來看，12G-SDI的接口4K超高清設(shè)備的選擇余地還不大。

IP方面的最大不確定性是相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，SMPTE 2110 SDI over IP是我們看得到的最遠(yuǎn)的現(xiàn)在定下來的標(biāo)準(zhǔn)，但是在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之后，還有很多需要定義的事情，甚至未來8K采用什么樣的方式，這些都是我們現(xiàn)在看不到的一些IP方面的未來的技術(shù)。我們即便現(xiàn)在做了準(zhǔn)備，可能也不一定會(huì)對(duì)未來適用。IP的技術(shù)一方面有很多地方需要做儲(chǔ)備，另一方面，有很多IP技術(shù)的儲(chǔ)備我們也是未知數(shù)，并不知道這些儲(chǔ)備是不是真正有意義。

以上是我們對(duì)目前4K超高清技術(shù)及制作系統(tǒng)的一些認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，希望能給同行有所借鑒和啟迪。