4 k IP技術發展現狀及IP化標準的統一

劉錦德

隨著社會的發展，人們對IP技術的要求越來越高，4 k IP技術逐漸引起人們的重視，如何進一步促進4 k IP技術的發展及良好應用，展開對4 k IP技術的研究顯得尤為重要。

1 4 k IP技術發展現狀

在4 k技術發展推動下，人們開始對4 k IP技術進行研究，并逐步推出相關標準，以規范該項技術的發展，在2007～2013這段時間，SMPTE先后發布ST2022 1-7系列標準，嘗試替代SDI應用在演播室實時制作系統中，基于IP完成信息傳輸。但因該標準發布過早，其在實際應用中存在一些不足，主要體現在以下方面。

首先，無壓縮4 k視頻無法通過10 G以太網傳輸，如需傳輸需應用壓縮編碼。因ST2022并未明確定義4 k編碼，因此SMPTE中應用的4 k編碼方案并不相同。例如，ICO聯盟應用intoPIX開發的 TICO、Sony采用 LLVC、Evertz應 用J2K。應用中受參數不同的影響，導致SMPTE 2022框架內無法直接連通。其次，ST2022-6僅闡述凈切換應遵守的原則，未給出具體的實施方案。因沒有具體實施方案指導，為達到凈切換目的，人們實現凈切換所采用的方法不盡相同。例如，Grass Valley僅使用通用IP交換機不能進行凈切換，需要在設備與交換機之間設置GV Node IP接口。Evertz為實現凈切換需要應用專門的IP交換機。Sony使用通用IP交換機也無法實現凈切換，凈切換需在信號接收端接口處實現。再次，ST2022-6下的元數據、音頻、視頻打包時混合在一起，不方便不同數據的單獨傳輸。最后，主備切換、前向糾錯方案還存在一些漏洞，不夠完善。

2 SMPTE 2022標準的修改

因ST2022-6標準的諸多內容不夠完善，需要廠商進行修改才能更好地應用。目前來看，修改后幾乎所有廠商都支持SMPTE 2022-6這一標準，不過各廠商根據實際情況采用的解決方案并不相同，并將標準的修改意見反饋給了SMPTE。例如，Sony部分修改意見得到SMPTE的批準。另外，Sony還對冗余切換方式、前向糾錯、媒體文件打包方式以及視頻凈切換方式提出修改意見，等待SMPTE的表決與批準。這樣以來，產生了較多的“廠商標準”，包括Evertz的ASPEN，Sony的IP Live，其可實現元數據、音頻、視頻的分別打包。同時，還出現了TICO、AIMS等“歐盟標準”。在SMPTE2022下，部分廠商之間實現了互通互聯，但其實現僅是使用其他廠商的IP/SDI接口板，不是IP上的互通互聯。另外，除廠商以及歐盟標準，一些聯盟、工作組、論壇等，對IP標準化的實現也作出不小的貢獻，包括AIMS、JTNM、VSF。

3 未來IP化標準的統一

為實現不同廠商IP上的互通互聯，急需制定一套統一、開放的標準，由此人們制定了ST2110標準，為未來IP化的實現提供依據。

ST2110標準在VSF TR-03基礎上發展而來，受到多數廠商的支持。當前，ST 2110標準穩步推進，多個文件已經FCD投票通過。另外，ST 2110標準對物理層、數據層相關參數進行規定，如4 k超高清設備接入25 G或更高的交換機、核心交換機為100 G或更高。HD高清設備接入10 G交換機，應用40 G的核心交換機。

歐廣聯將IP化的實時系統劃分成Media Transport（媒體傳輸層）、Timing（定時層）、Identity（身份層）、Discovery& Registration（發現和注冊層）、Flow control（流控制層）、Flow Switching（流轉換層）、Compression（壓縮編碼層）共七層。各層涉及的標準見表1。IP化后需要將演播室系統中的控制、定時基準、視頻音頻融合到一個網中，同時需要使用控制協議實現設備控制的統一。

表1 IP化分層及各層標準

另外，JT-NM給出IP化的路線圖，EBU對IP架構進程進行預測，對未來IP化的實現是很好的參考。其中，JT-NM的IP化路線圖可劃分成四個發展階段，其中實現虛擬化為最終目的。目前來看，網絡數據傳輸正在實現虛擬化、云化，為IP化的實現奠定基礎。需要注意的是，盡管在數字化發展推動下，網絡上出現很多視音頻信息，方便人們在移動終端設備上瀏覽，但數字化不是最終目的，IP化也非最終目的，其只是一個過渡。另外，EBU預測，在很長的一段時間內SDI傳輸并不會取消，但IP傳輸未來會得到較好的發展。

近年來，我國在4 k IP技術上的研究取得突出成績，2016年華為發布體驗驅動4 k IP承載網解決方案，該方案基于U-vMOS視頻體驗評價標準，降低運營商打造面向4 k極致體驗IP承載網的難度。該解決方案提供扁平化結構及超大容量平臺，大大增加網絡“通量”。另外，平臺全路由促進網絡端到端的通量明顯提升，在三層到邊緣技術支撐下，促使CDN設備下移，縮短了用戶和內容源的距離，使得端到端的延時得以降低。與此同時，配合該方案，華為還發布了最大容量2 U 300 mm深的CO路由器NE40E-M2H產品，整機轉發能力達到480 Gbps，并提供高密10 GE、100 GE端口，尤其CO、BNG以及CN產品構建而成的高通量網絡，可很好地滿足運營商未來5～10年業務的發展要求。

4 結語

通過對4 k IP技術的研究，本文得出以下結論：IP化是未來基礎架構虛擬化、云化的基礎；IP化的實現對以太網的傳輸能力要求較高，隨著IT技術的發展以及以太網硬件成本的下降，以太網傳輸效率會大大提高，促進IP化更好地實現；ST2110標準為未來實現IP化統一、開放標準。12G-SDI和IP將長期共存，其中針對點對點，較為簡單的小型系統主要應用12G-SDI，針對較為復雜的、規模較大的系統應用IP。總之，可以預見，在不久的將來，隨著人們對4 k IP技術各個方面研究的深入，4 k IP技術將會越來越成熟，各種功能強大的硬件產品不斷出現，4 k IP技術的應用也會越來越廣泛。

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