IP 化制播網在廣播電視行業的應用

唐興仁

（天祝藏族自治縣毛毛山微波臺，甘肅 武威 733299）

0 引 言

在廣播電視行業向超高清、融媒體方向發展的背景下，廣播電視采、編、播、存、傳等制播流程的優化升級成為迫切需求。本文以IP 化制播網關鍵技術、基本架構及應用為研究重點，揭示IP 化制播網對廣播電視媒體內容制作和播出的影響。

1 IP 化制播網概述

IP 化制播網采用基于信息和通信技術（Information and Communications Technology，ICT）的IP 化技術架構，可以提升廣播電視采、編、播、存、傳等制播流程的整體效率，推動廣播電視行業向超高清、可視化、云化及智能化方向發展[1]。在廣播電視行業向超高清、融媒體發展的背景下，廣播電視單位制播流程的IP 化改造具有迫切的現實意義。

IP 網絡架構具有傳送帶寬大、傳輸距離遠、部署運維成本低以及支持軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）自動化管理等優點。IP 化制播網支持視音頻流和辦公業務流的混合傳輸，能夠與大數據、云計算、虛擬化及人工智能等技術融合應用，適應傳統媒體與新媒體融合發展的業務需求，極大提升廣播電視行業的融媒體生產能力[2]。

2 IP 化制播網的關鍵技術

2.1 組播NAT

組播網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT）是一種網絡技術，用于管理組播數據包在網絡中的傳輸。其主要作用是將內部網絡的組播數據包映射到外部網絡的組播地址，以便實現跨越不同網絡域的組播通信[3]。組播NAT 的原理是將內部組播源的IP 地址和端口映射到外部網絡的IP 地址和端口，以確保組播數據包在跨越網絡邊界時能夠正確傳遞。

2.2 凈切換

凈切換（Clean Switching）是廣播媒體制播領域的一項關鍵技術，旨在確保制播過程中視頻和音頻切換時的連續性和穩定性。凈切換通過無縫切換不同來源的視頻和音頻信號來創建平滑的過渡效果，以使觀眾感受不到切換的瞬間。凈切換的實現方式包括使用專用硬件設備或軟件算法，在視頻幀之間、音頻采樣之間或兩者同時進行切換。在制播過程中，凈切換技術可用于各種情況，如從廣告切換到正片、不同攝像頭切換、不同音頻源切換等[4]。

2.3 高精度時鐘

高精度時鐘確保音頻和視頻信號的同步性，保證了制播內容的高質量。在廣播領域，高精度時鐘的重要性表現在以下方面。

（1）同步性。廣播信號通常涉及多個源，包括音頻、視頻和數據。高精度時鐘確保這些信號在播出時精確同步，消除了不協調或延遲現象。

（2）高質量音頻。高精度時鐘有助于確保音頻采樣率的一致性，從而提供清晰、無失真的聲音。

（3）平穩切換。在廣播中，經常需要切換不同的信號源或內容。高精度時鐘確保切換過程平滑，不會導致音頻或視頻斷裂[5]。

2.4 流發現

流發現（Stream Discovery）技術用于自動檢測、識別和管理媒體流，可有效地發現和追蹤網絡中的各種媒體流，以便進行分發、監控和管理。流發現技術具有以下作用。

（1）媒體流識別。自動識別不同類型的媒體流，如視頻、音頻、數據等。

（2）流量監控。實時監測網絡上的流量，以便及時識別潛在問題或異常情況。

（3）流路由。根據需要將媒體流導向適當的目的地，以實現廣播或數據分發。

（4）負載平衡。在多個網絡路徑上分發媒體流，以確保資源的均衡使用和高可用性。

（5）故障檢測和恢復。及時檢測故障，并自動切換到備用路徑或資源，以維持媒體流的連續性[6]。

3 IP 化制播網基本架構及優勢

3.1 IP 化制播網的基本架構

當前，國內科技企業紛紛推出了自己的IP 化制播網解決方案。以華為公司的IP 制播網解決方案為例，其基本架構如圖1 所示。該網絡以SDN 架構為主體，包括綜合管理層、核心網絡層及媒體節點層3 個層次。

圖1 華為IP 制播網架構

3.2 IP 化制播網架構的優勢

IP 化交換矩陣采用脊-葉（Spine-Leaf）組網架構，憑借其可信性與可靠性在廣播電視領域有廣泛的應用。IP 化制播網架構具備高效轉發、負載均衡、靈活擴容、無阻塞等特點，架構模式有單機架構、單脊多葉及多脊多葉3 種模式。單機架構組網簡單，可擴展性弱，適用于小型控制系統；單脊多葉架構可擴展性好，用于大中型控制系統，基本滿足廣播電視臺需求；多脊多葉架構可擴展性非常強，適用于超大型控制系統。

4 IP 化制播網的應用案例

4.1 4K IP 演播室制作系統

某4K IP 演播室制作系統包含三層架構。上層是控制系統，主要包括矩陣整體檢測、交叉點切換工具、系統精確時間協議（Precision Time Protocol，PTP）監測等；中層是IP 化交換矩陣，包括開放北向接口，支持網絡配置協議（Network Configuration Protocol，NETCONF）、Telemetry、簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP），南向與下層廣電廠商的各種音頻、視頻終端設備具有良好的互通性；下層是廣電廠商的各種音頻、視頻終端設備。不同類型的設備、網絡節點通過協議連接，實現互聯互通[5]。

4.2 4K 超高清總控IP 調度和分發系統

中央廣播電視總臺建設的全國首個總控IP化系統是基于IP 化制播網與SDN 架構實現的無壓縮信號制播系統，其架構如圖2 所示。4K 超高清總控IP 調度和分發系統由應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）層、總控PTP 同步系統、遠距離系統接入、園區內高碼系統接入、臺內低碼系統接入、臺外系統接入、總控內部信號鏈路、臺內低碼系統接出、臺外低碼系統接出、核心調度路由交換設備以及編樣碼隔離系統等組成。系統支持超過2 000 路的4K 無壓縮信號調度，支持超遠距離傳輸，具備遠程/超遠程制播能力[6]。

圖2 4K 超高清總控IP 調度和分發系統

5 結 語

本文深入研究IP 化制播網的關鍵技術及其在廣播電視行業的實際應用。從4K IP 演播室制作系統到4K 超高清總控IP 調度和分發系統，IP 化制播網正在重塑廣播電視行業的制播模式。相信IP化制播網將繼續創新，推動廣播電視行業的超高清、融媒體發展進程。