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高清数字电视的IP化技术探讨

新媒体研究 更新时间: 发布时间: 学术归档 最新发布 模块sitemap 聚返吧 伯小乐

高清数字电视的IP化技术探讨

尹鸿学

摘 要 IP化、云计算和大数据是融合媒体时代的关键技术。国家三网融合战略计划已经开始实施,在移动网和互联网蓬勃发展的同时,广电网络如何利用新兴技术弥补自身短板、拓展业务范围,应对三网融合,是广电人面临的严峻挑战。文章通过分析传统SDI的优缺点和高清数字电视IP化的可行性,探讨高清数字电视的IP化进程,旨在构建融合媒体时代下高效、稳定的数字电视播控体系。

关键词 数字电视;IP化

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 2096-0360(2017)23-0010-02

随着科技不断发展,移动网、电视网、互联网在技术和功能上趋于一致,业务范围逐渐重合,三网之间可以互联互通、资源共享,“三网融合”的理念由此被提出。从应用层面来说,三网融合,IP协议是唯一的选择。近年来,电视行业在完成了数字化和网络化升级后,随着融合媒体、超高清等技术的发展应用,全媒体融合业务平台的建设被提上了日程,但是,融合平台的内容汇聚、制作、统一调度与传输、多渠道发布都对电视台的业务系统提出了更高的需求,传统电视行业通用的SDI技术架构已经难以适应,而IP技术以多样的兼容性、灵活的数据交换方式、庞大的带宽为全媒体融合平台提供了有效的解决方案,高清数字电视系统IP化的呼声日渐高涨,已经有专家断言,通用的IT架构、软件化、去硬件化是数字电视发展的未来。

1 传统SDI方式的优缺点

其实,在目前高清数字电视还没有普及的情况下,电视传统的SDI技术架构还是具有很多优势的,概括起来就是:

1)无损性。SDI信号是无压缩信号,画质无损,传输稳定,可靠性高。

2)实时性。信号传输延迟率很低,几乎没有图像延迟,直播效果很好。

3)易用性。一根SDI线缆只传输一路信号,信号与线缆逻辑关系清晰,不需设置,易于定位和排查故障。

但是,SDI方式的缺点也同样明显:

1)SDI线缆传输距离有限制,无法长距离传输。

2)一线一信号导致线缆过多,电视台的播出机房内会有几百甚至上千条SDI线缆,增加了布线和维护难度,在线缆故障时,处理方式通常是增加一条新线而不是替换掉故障线缆。

3)SDI线缆传输高清数字电视信号没有问题,但是很难胜任超高清电视信号的传输。传输一路4K超高清信号需要4根3G-SDI线缆,对设备接口要求太高;虽然单根12G-SDI线缆已经出现,但是高昂的价格使其距离进入实用阶段还遥遥无期,而且与IP传输相比并无优势,所以,要发展4K超高清数字电视就只能放弃SDI架构。

4)SDI线缆和相应的处理设备成本高昂,现在各电视台的信源和输出量都有所增加,SDI调度信号规模不断扩大,系统实施的成本也大幅提高。

2 高清数字电视IP化的可行性

1)视音频数据的IP化封装技术已经成熟,各种格式视音频流和文件的IP化封装、传输、监测技术已经成功应用,并且可以做到多路视音频流和办公业务流混合传输、互不影响。

2)SDI over IP路由矩阵已经可以替代传统SDI矩阵。这种IP化矩阵是建立在IP网络基础上的SDI矩阵,采用IP交换机+SDN(软件定义网络),在SDN的控制和管理下,通过IP交换机来完成传统SDI矩阵的切换功能。SDI over IP路由矩阵具有SDI输入与输出接口,可以将SDI基带信号实时打包为IP数据包,在以太网中进行传输。IP矩阵可以实现所有的信号在任意输入输出间的调度,网络带宽可以支持传输多路 SDI over IP数据。

3)IP化的系统可以充分利用虚拟化、云计算、大数据等新技术,优化系统结构、共享资源、增强协作和管控、吸收互联网运营管理经验、提高工作效率。

4)基于开放平台的IP系统应用广泛,适用于交互和多屏业务,使广电机构开展移动App、IPTV、手机电视、O2O、OTT等新媒体业务成为可能,弥补自身短板,与互联网和移动网开展全方位竞争。

5)IP化之后三网之间协议统一,可以有效消除网间边界问题,资源共享,有助于推动传统媒体与新兴媒体的融合发展,满足融合媒体时代的业务需求。

6)IP网络架构相对简单、网络配置灵活、布线难度低、易维护;IP链路可同时支持多路SD-SDI、HD-SDI或3G-SDI信号混合,支持长距离传输;系统扩展性强,扩充节目只需接入网关设备,可以实现标清电视向高清、超高清电视的平滑升级。

7)基于SDI的设备通用性低,关键技术几乎都把持在国外组织厂商手中,价格偏高,而基于IP的设备通用性强,国产化程度高,IP化系统建设成本相对较低。

3 高清数字电视IP化的发展思路

按照發展进度,高清数字电视IP化可以分为三个阶段:

第一阶段:业务平台和传输IP化,即业务控制和压缩视音频传输的IP化,在很多电视台已经基本实现。第二阶段:总控IP化,IP矩阵取代SDI矩阵,实现无压缩视音频的IP化传输,目前技术基本成熟,标准化工作已取得较大进展,但是还有些问题待解决。第三阶段:从采编、制作到播出、分发的全流程无压缩视音频IP化,标志着IP化的彻底完成。

从发展内容上来说,高清数字电视IP化主要包括:

1)业务平台的IP化。以吉林电视台为例,包括视频素材的数字化、文件化;内部交互的IP化;非编系统的数字化和网络化;素材整备的流程化和网络化等等,在经过全台网改造后,已经基本实现,全媒体融合业务平台的建设,也引入了IP化解决方案。

2)SDI信号的IP化。SDI over IP,意为SDI信号的IP化,目前SDI→IP及IP→SDI信号转换器、IP网关、IP路由矩阵等设备已经可以实现精确到帧的实时IP视频无缝切换、路由和分包。endprint

3)视音频信号传输的IP化。高清数字电视需要传输的视音频数据量庞大,且对延时与同步很敏感,对抖动的要求也很高。以用户的收视心理来说,在网络上观看视频时需要缓冲或有卡顿是可以接受的,但是对电视的要求则高得多,所以,要实现高清数字电视的IP化,网络的可用带宽必须远远超过所传输视音频的码率,否则如果造成延迟或丢包将严重影响用户的收视体验。以一路50p高清视频数据量大约1.5Gbps计算,万兆以太网最多可以同时传输6路,所以要实现无压缩IP视频数据的路由交换,必须使用万兆以太网。

为应对SDI→IP传输时面临的延时和丢包问题,可以引入RTP(实时传输协议)、RTCP(RTP控制协议)、RTSP(实时流协议)等流媒体协议;为解决传输可靠性问题,可以引入RSVP(资源预留协议)、采取QoS技术和FEC(前向纠错)技术。

4 高清数字电视IP化面临的问题

1)网络安全问题。高清数字电视传统的SDI架构是封闭、单向的网络,传输数据有固定协议,网络很安全;而IP架构则是开放的、双向的网络,IP化进程必然带来新的网络安全问题。目前IP 网络安全保护技术和设备已经完备,能够保证网络和数据的安全。具体安全措施有:部署防火墙、部署防病毒网关、部署IDS入侵检测设备或IPS入侵防护设备、部署网络物理隔离网闸、采用私有协议、屏蔽危险端口、建立安全管理平台、实施数据库审计和运维审计等等。

2)数据安全问题。在设计网络拓扑结构时,应注意实现数据传输安全备份;关键设备必须有冗余备份,比如核心交换机应有两台以上,交换机之间应通过接口互联,保证任意一台交换机故障时网络仍能正常运行;应采用链路聚合负载均衡冗余技术,保证链路负载均衡,在故障发生时可以实现主备链路快速切换;对播出网络等关键区域,应采用完全物理独立的两组网络,向下游链路同时发送两个相同的数据流,下游接收端交换机应具有自动倒换机制,保证数据安全传输。

3)IP化架构的同步问题。同步问题是电视系统的固有问题,在传统结构的电视系统中,使用专用的线缆传输同步信号进行同步,保证声音和图像正常。IP化数字电视系統则是将同步信息嵌入网络,在以太网中传输同步定时信息。但是由于网络状况、抖动、交换机延时等不确定因素,在IP网络环境中实现同步和精确定时的难度较大。常用的NTP(网络时间协议)虽然可以用于局域网的同步定时,但其精度并不能满足电视系统的要求。所以,引入精确时间协议(PTP)势在必行,PTP可以实现高精度频率同步、相位同步和帧、行同步。

5 结束语

在融合媒体大潮下,数字电视播控体系IP化已是大势所趋。但是,IP化技术还处于发展阶段、相关技术标准还在完善。作为电视从业者,我们首先要清楚认识到,高清数字电视的发展不能一蹴而就、一劳永逸。IP化的目的是简化系统结构、降低系统成本,在IP化进程中不可盲目追新求快,要密切跟踪IP化技术发展动向和标准进展,针对全媒体融合业务平台的建设,科学合理地引入IP化解决方案,促进传统媒体与新兴媒体加速融合发展,满足融合媒体时代背景下的各种业务需求。

参考文献

[1]徐俭,马春,徐有聪.媒体融合时代电视中心IP化基础架构技术初探[J].广播电视信息,2015(3):64-67,74.endprint

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