互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用研究

高一綺

（中山廣播電視臺(tái)，廣東 中山 528403）

0 引言

20 世紀(jì)80 年代末，電視進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。30多年來，廣播電視制播技術(shù)不斷發(fā)展，從模擬到數(shù)字，從標(biāo)清到高清、超高清。21 世紀(jì)以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，廣播電視行業(yè)逐步進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、全媒體時(shí)代。

在全媒體時(shí)代，廣播電視行業(yè)要繼續(xù)發(fā)揮引領(lǐng)作用，解決引流和傳播難題，鞏固作為主流媒體的地位，必須大膽運(yùn)用新技術(shù)，引入新模式、新機(jī)制，加快融合發(fā)展步伐，實(shí)現(xiàn)宣傳效果的最大化和最優(yōu)化。本文從新時(shí)代背景下IP 化為廣播電視行業(yè)帶來的影響出發(fā)，圍繞廣播電視行業(yè)實(shí)施IP 化的初衷、實(shí)施IP 化的條件與背景以及目前廣播電視行業(yè)的主流IP 化應(yīng)用展開研究，同時(shí)介紹了目前較為主流的IP 遠(yuǎn)程制作和播出總控架構(gòu)。

1 傳統(tǒng)SDI 模式發(fā)展遇到瓶頸

串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）貫穿了廣播電視行業(yè)的數(shù)字化時(shí)代。1989 年，電影電視工程師協(xié)會(huì)（Society of Motion Picture and Television Engineers，SMPTE）發(fā)布第一個(gè)SDI 接口版本SMPTE 259M，支持4 個(gè)數(shù)據(jù)速率：143Mb·s-1、177Mb·s-1、270Mb·s-1以 及360Mb·s-1。視 頻 使 用YCrCb 編碼，并以4 ∶2 ∶2 進(jìn)行二次采樣。1998年發(fā)布的SMPTE 292M 是高清SDI 標(biāo)準(zhǔn)，比特率提高到1.485Gb·s-1，通常稱為1.5G。隨后比特率再次提高到2.97Gb·s-1、11.88Gb·s-1，即通常說的3G-SDI、12G-SDI。12G-SDI 最高可支持4K 超高清[1]。

12G-SDI 技術(shù)架構(gòu)具備傳統(tǒng)廣電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)——易安裝、易維護(hù)，接口兼容性強(qiáng)。然而，12G-SDI 線纜的傳輸距離短，接口密度高，設(shè)備發(fā)熱量大，擴(kuò)展性不足。同時(shí)，在萬物互聯(lián)的時(shí)代背景下，單向SDI 鏈路架構(gòu)天然地?zé)o法支撐人們對(duì)于信息個(gè)性化、應(yīng)用智能化的需求[2]。SDI 鏈路如圖1 所示。

圖1 SDI 鏈路圖

2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在廣播電視行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)入“快車道”

IP（Internet Protocol）是網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)的協(xié)議，是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。廣電IP 化是指廣播電視設(shè)備/系統(tǒng)之間通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。

廣電IP 化經(jīng)歷了4 個(gè)發(fā)展階段：SDI over IP復(fù)合流發(fā)展階段，SDI over IP 分離流發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)和資源管理發(fā)展階段，云化、去專用硬件、虛擬化技術(shù)應(yīng)用及云適配階段。2014 年，娛樂與體育電視網(wǎng)（Entertainment and Sports Programs Network，ESPN）建成全球第一個(gè)廣播電視IP 系統(tǒng)。此后在不斷迭代下，廣電IP 技術(shù)架構(gòu)及產(chǎn)品線漸趨成熟和穩(wěn)定[3]。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在建或建成多個(gè)廣電IP系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)，IP 系統(tǒng)具有架構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便、擴(kuò)展彈性強(qiáng)以及適應(yīng)全媒體網(wǎng)絡(luò)分發(fā)需要等特點(diǎn)。典型廣電IP 架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 廣電IP 架構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet Technology，IT）領(lǐng)域的技術(shù)迭代非?？?，廣電IP 化的接口天然地就與IT系統(tǒng)兼容，可以搭I(lǐng)T 技術(shù)發(fā)展的“便車”，豐富的接口能力和帶寬能力完美契合未來更高清晰度電視及融合媒體的需要，具有極大的經(jīng)濟(jì)性和擴(kuò)展性。在各種因素的加持下，廣電IP 化正進(jìn)入發(fā)展“快車道”。

2.1 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)產(chǎn)品的量化生產(chǎn)

IP 視音頻標(biāo)準(zhǔn)已從早期的百家爭(zhēng)鳴、百花齊放的狀態(tài)逐步發(fā)展為統(tǒng)一的SMPTE-2110 標(biāo)準(zhǔn)。SMPTE-2110 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展路徑如圖3 所示。國(guó)內(nèi)外廣播電視設(shè)備廠家已具備生產(chǎn)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的全線IP產(chǎn)品的能力，并且經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證，符合廣播電視制作播出的要求[4]。

圖3 SMPTE-2110 發(fā)展路徑

2.2 解決方案日趨成熟

從單向SDI 系統(tǒng)向IP 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，不是簡(jiǎn)單地把SDI 線纜換成IP 線纜，或者把SDI 的設(shè)備更換成支持IP 的設(shè)備即可，而是整個(gè)系統(tǒng)思路的重構(gòu)、工作流程的革新、工作場(chǎng)景的擴(kuò)展，乃至廣電工程師從思維方式到技術(shù)知識(shí)的顛覆性革命。IP 化強(qiáng)調(diào)開放互聯(lián)、兼容共享、智能交互，具有非線性、靈活、強(qiáng)擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，引入了SDN 信號(hào)調(diào)度理念，實(shí)現(xiàn)交換機(jī)對(duì)高碼率視音頻IP 信號(hào)的管理調(diào)度。在行業(yè)各界的努力下，廣電IP 解決方案日漸成熟，越來越多的應(yīng)用案例投入運(yùn)營(yíng)[5]。

2.3 個(gè)性化時(shí)代的需要

如果說21 世紀(jì)的第一個(gè)十年是互聯(lián)網(wǎng)大爆發(fā)的時(shí)代，那么第二個(gè)十年就是移動(dòng)互聯(lián)的時(shí)代，是個(gè)性化的時(shí)代。傳統(tǒng)廣播電視單向、大眾化的信息推送方式已經(jīng)不能適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)于信息的需求，廣播電視行業(yè)必須與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，實(shí)施廣電IP 化是大勢(shì)所趨。

2.4 遠(yuǎn)程制作綠色高效

實(shí)施IP 化以后，廣播電視制播系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程制作能力，同一鏈路可以同時(shí)傳輸視頻、音頻、同步、通話、TALLY 控制信號(hào)，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、高帶寬網(wǎng)絡(luò)的加持下，可以在云上實(shí)現(xiàn)制作的全流程，如云收錄、云拆條、云編輯、云導(dǎo)播、云轉(zhuǎn)碼等，可以架設(shè)IP 虛擬播出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采集匯聚、移動(dòng)采編、手機(jī)直播以及網(wǎng)絡(luò)直播等，內(nèi)容制作更智能、更簡(jiǎn)單[6]。

2.5 融合媒體化的需要

過去，在同一個(gè)制播系統(tǒng)里，從制作到播出使用的是一路信號(hào)，進(jìn)行編碼、傳輸，送到有線網(wǎng)絡(luò)公司、發(fā)射臺(tái)、地球站。IP 化實(shí)施后，制作端可以提供各種碼流信號(hào)，由IP 總控系統(tǒng)完成高低碼流轉(zhuǎn)碼，根據(jù)需求向大小屏端推送相應(yīng)的碼流信號(hào)。各種碼流信號(hào)再回傳給IP 總控進(jìn)行匯聚、處理、調(diào)用及分發(fā)，實(shí)現(xiàn)融合媒體化。

2.6 智能化生產(chǎn)的需要

實(shí)施IP 化后，廣播電視領(lǐng)域就具備了新科技應(yīng)用的基礎(chǔ)，如利用大數(shù)據(jù)協(xié)助科學(xué)分析目標(biāo)受眾喜好、使用AI 提升制作效率，采用個(gè)性化算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精準(zhǔn)推送，利用區(qū)塊鏈進(jìn)行數(shù)字版權(quán)保護(hù)等。

3 主流廣播電視IP 化應(yīng)用

IP 技術(shù)為廣播電視領(lǐng)域帶來深入底層邏輯的顛覆，今天廣播電視全鏈路從制作、存儲(chǔ)、信號(hào)及文件交換，到傳輸、覆蓋等均有成熟的應(yīng)用方案，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字技術(shù)賦能給廣播電視行業(yè)帶來又一個(gè)飛躍發(fā)展的機(jī)遇。

3.1 IP 化遠(yuǎn)程制作系統(tǒng)

在IP 化遠(yuǎn)程制作系統(tǒng)中，支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄z像機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的原碼流數(shù)字視音頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到制作中心，通過IP 切換臺(tái)將信號(hào)接入后期制作系統(tǒng)或IP 總控，經(jīng)在線包裝、延時(shí)及安全監(jiān)控等，最后進(jìn)行播出。整體流程如圖4 所示。

圖4 IP 遠(yuǎn)程制作流程圖

3.2 IP 化信號(hào)交換及播出系統(tǒng)

一套符合廣播電視安全播出要求的IP 播總控系統(tǒng)至少包括IP 總控、IP 播出服務(wù)器、IP 切換器以及編碼器，如圖5 所示。IP 總控是廣播電視行業(yè)專用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，如EVERTZ 的IPX 系列，或是優(yōu)化的COS 交換機(jī)，支持大碼率數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)配，如華為、CISCO 的相應(yīng)產(chǎn)品。非IP 信號(hào)的接入有兩種模式：模式一，經(jīng)轉(zhuǎn)碼設(shè)備轉(zhuǎn)成統(tǒng)一的IP 信號(hào)后接入；模式二，IP 總控具備不同信號(hào)接口和處理模塊，信號(hào)統(tǒng)一由總控設(shè)備轉(zhuǎn)碼。模式一靈活，但系統(tǒng)復(fù)雜；模式二系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，但信號(hào)源規(guī)劃要求高，價(jià)格較高。IP 播出服務(wù)器用于按照控制指令播放媒體文件。主流IP 播出服務(wù)器集成臺(tái)標(biāo)、字幕功能，至少一路外信號(hào)/本機(jī)信號(hào)切換功能。早期一套IP 視頻服務(wù)器加若干輔助設(shè)備即可構(gòu)建IP播控系統(tǒng)，“簡(jiǎn)化”二字發(fā)揮到了極致。IP 切換器用于選擇切換輸入信號(hào)到輸出端，最后輸入IP 編碼設(shè)備。

圖5 IP 播總控系統(tǒng)

4 IP 化帶來的挑戰(zhàn)

4.1 安全播出風(fēng)險(xiǎn)

廣播電視行業(yè)的IP 系統(tǒng)仍屬于新生范疇，需借助軟件對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備及信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)，其可靠性、易用性、權(quán)威性不足，可借鑒的安全維護(hù)經(jīng)驗(yàn)少，安全播出風(fēng)險(xiǎn)可控性未得到廣泛認(rèn)可，這制約了IP 系統(tǒng)的更廣泛、更深層次的應(yīng)用。

4.2 人才建設(shè)滯后

一直以來，廣電領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員在SDI 的環(huán)境下成長(zhǎng)并完全掌握SDI 相關(guān)技術(shù)，已經(jīng)形成一套完備且行之有效的培訓(xùn)體系、評(píng)價(jià)體系。IP 化背景下，行業(yè)需要具備全新知識(shí)體系的人才團(tuán)隊(duì)。然而，近年來由于廣電機(jī)構(gòu)經(jīng)營(yíng)困難，人員待遇偏低，廣電機(jī)構(gòu)普遍無力與互聯(lián)網(wǎng)公司爭(zhēng)奪優(yōu)秀人才，導(dǎo)致人才出現(xiàn)斷層，具有互聯(lián)網(wǎng)視野和專業(yè)知識(shí)的人才嚴(yán)重不足。

5 結(jié)語

關(guān)于廣電IP 化，多年來行業(yè)進(jìn)行了大量有益的探索，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在廣電領(lǐng)域的交叉應(yīng)用不斷向縱深推進(jìn)?？梢灶A(yù)見，融合趨勢(shì)將繼續(xù)加速。廣電工程技術(shù)人員須轉(zhuǎn)變思路，主動(dòng)迎接挑戰(zhàn)，擁抱新科技，以受眾獲取信息的需求為導(dǎo)向，擴(kuò)展5G、VR、AI、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)孿生、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度，發(fā)展現(xiàn)實(shí)與虛擬的超強(qiáng)融合與交互，助力廣播電視行業(yè)煥發(fā)全新生命力。