超高清制播系統中SDI/IP混合架構的思考

吳任遠

摘 要 在制播系統IP化發展過程中，SDI信號漸漸被取代，但在兩種技術的選擇和使用上，行業內還存在很多爭議性理論。文章根據以往工作經驗，對構建全IP系統時應注意的問題進行總結，并從超高清系統的SDI信號傳輸方案、超高清系統的IP傳輸方案、超高清系統中的SDI/IP混合數據傳輸策略3方面，論述了超高清制播系統中SDI/IP混合架構的具體應用形式。

關鍵詞 制播系統；混合架構；信號傳輸

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）216-0075-02

新技術的使用是提升廣電行業用戶體驗的主要話題，受到了相關人員的高度重視。在最近20年的發展過程中，IT和數字技術得到了更多發展機會，促使廣電行業發生了巨大變化。整體來看，廣電行業的IP化發展進程從未停止，再加上文件化和制播系統的應用，ASI逐漸被IP取代，并實現了SDI信號的IP化，該項轉變具有極強優勢，可幫助超高清制播系統變得更加完善。

1 構建全IP系統時應注意的問題

1.1 QoS

QoS主要是利用網絡對各種類型的基礎技術進行合理應用，為特定的傳輸業務提供服務。截止到目前，很多IP業務屬于非實時應用范疇，如文件傳輸、郵件傳輸等，在此過程中，只需要提供盡力而為的QoS即可。但對于SDI等實時性要求較高的業務來說，QoS需要避免受到網絡過載等因素的影響，保持較高的穩定性。因此，在全IP系統構架構建過程中，應該將QoS整體性需求體現出來。相關工作人員可以利用軟件定義網絡，對網絡中的設備和業務進行有效規劃，最終實現SDI信號端到QoS端。

站在另一個角度來說，SDN屬于一種新型網絡架構，在設計過程中將控制平面與數據轉發平面進行分離，這樣一來，人們便可以對網絡流量進行靈活控制，從而賦予網絡管道更高的智能性。站在國外發展角度來說，已經研究出了SDI/IP的統一管理方案，如Sony公司中的Live Systerm等，確保QoS逐步完善。

1.2 網絡安全

與傳統SDI相比，IP網絡系統在理論上并不可能出現非法入侵或攻擊等問題。因此，在網絡安全維護上，避免未授權訪問現象的出現顯得十分重要。在IP網絡構建過程中，需要對網絡認證、設備認證和用戶認證進行綜合考慮，從而將IP技術的優勢展示出來。

首先，在用戶認證過程中，受網絡操作便捷性的影響，可能會使得各項設備暴露在惡意用戶的控制范圍內。管理人員可以對網絡功能進行合理化分配，將訪問風險降到最低。

其次，在設備認證上，需要做好接入網絡的身份識別，并通過認證，將非法設備接入到網內，從而對設備的使用權限進行控制，避免對整個系統造成破壞。

最后，在網絡認證過程中，網內環境的保障顯得尤為重要，從而將網外設備干擾情況進行避免，對未授權的設備提供網絡保護，最終實現網絡環境的有效營造。

1.3 互聯互通

由于SDI所遵循的標準與業內相統一，不同的設備廠商均可以通過SDI實現安全互聯。但由于SDI/IP的混合架構建設還處于發展初期階段，相關人員需要站在標準化組織等角度進行考慮，從而對不兼容的封裝格式和標準進行全面考慮。在其他網絡設計過程中，為了實現帶寬利用率的有效提升，各個生產廠家還會注重對各種輕壓縮技術進行研究和使用，促使設備的互操特性變得越來越復雜。而在全網IP網絡構建過程中，出現了很多標準和格式，容易讓人產生一種眼花繚亂的感覺，使使用者產生極大的困惑，這也為IP網絡的互通提出了極大考驗。如果該項問題一直無法得到有效解決，IP網絡的發展成效便會無法體現出來，其推廣進度也會變得十分緩慢。

2 超高清制播系統中SDI/IP混合架構的具體應用形式

2.1 超高清系統的SDI信號傳輸方案

廣電行業信號傳輸特有標準以SDI為主，發展歷史超過20年，目前已經在很多領域中得到了應用，如監控、錄播等。SDI之所以會受到業內人士的高度認可，主要原因包括以下幾方面，即質量較高、可靠性較強、延時效果弱、具有較強的通用性能、協議構建十分簡單。

截止到目前，國家對SDI傳輸制定了很多標準，主要是為了將傳輸方案進行有效優化。另外，在各種標準制定過程中，與很多多鏈條和單鏈條的映射現象息息相關。因此，在系統架構確定上，無論哪種形式均可以與該系統相適應。而在超清系統建設過程中，視頻圖像以大小分子圖像的整合為主，如果對UHDTV1格式進行應用，可以將整個圖像分割成4個子圖像，UHDTV2可以將圖像分割成16個子圖像。在每個子圖像的應用過程中，均可以對高清數據流進行處理。在整個UHDTV系統之中，由于SDI系統早已經被人們確立，充分證明了SDI信號傳輸系統的實施具有較強的可行性。但由于12G-SDI的傳輸速率較高，且傳輸速率較低，最終導致12G-SDI在超高清應用中存在很大障礙。

2.2 超高清系統的IP傳輸方案

從目前實際發展情況來看，SDI/IP標準的傳輸速率較高，并以40GbE為主流，但卻無法對12G-SDI信號進行有效承載。如何構建起高清數據傳輸網絡成為相關行業重點研究的問題。據實際發展情況來看，無壓縮傳輸方式的使用存在極大的可能性，在此過程中，輕壓縮方法已經被人們商品化，無法將更大功能發揮出來。

2.2.1 無壓縮方案

對于IP超高清的傳輸標準，相關廣電行業并未對詳細標準進行制定，為了確保無壓縮方案的全面實施，研究人員將4個3GIP鏈路綁定在一起，對超高清信號進行有效傳輸，但此時需要的10GbE鏈接數量至少為兩條。該方案具有較高的可行性，但由于多個IP鏈路綁定視屏傳輸方案還未全面制定出來，信號分配、系統同步等問題還無法得到全面解決。

另一個無壓縮方案主要以高速以太網為主，并將SMPTE ST拓展到12G-SDI范疇，但該標準同樣沒有被完善。從目前的實際發展情況來看，40GbE主要采用的是4×10G，而100GbE則采用10×10G。由于10G之后的以太網鏈接基礎尚未得到有效確立，這也為相關工作的開展創造了很多挑戰。很多研究人員十分看好25GbE的發展前景，很可能成為下一代以太網的基礎鏈接。在使用24GbE鏈接時，其性價比較高，可以進一步提升云服務數據中心業務的吸引力。

2.2.2 輕壓縮方案

由于超高清IP化的另一個思路主要是對輕壓縮網絡進行適配，在各種方案之中，主要以圖像質量、壓縮比等平衡為主，為后續開發工作產生較好基礎。在視頻直播過程中，還需要做到壓縮比的有效降低。因此，由于MPEG-2中的格式延時過大，并不適合在輕壓縮方案中進行使用。SMPTE屬于超高清電視生態系統的研究領域，應該將壓縮比控制在2：1到20：1之間。而在圖像質量控制上，需要考察的算法有很多，還需要對圖像的損傷程度進行復制。

在對各種要求滿足的同時，研究人員還需要對BBC研發過程中的VC算法提高重視程度，該算法也被人們稱為Firac Pro。當系統對不同的壓縮格式設備采用時，研究人員應該對互操作性進行解決。

2.3 超高清系統中的SDI/IP混合數據傳輸策略

截止到目前，在超高清信號通路設計過程中，需要對SDI技術進行優先考慮。在各種應用場景之中，有的對同步性要求較高，如實時直播、場景切換等過程，由于SDI的作用，可以保證圖像質量不受到影響。

另外，SDI也是唯一具有國際標準的超高清互聯網方案，而且不同設備之間的互操作性也具備較高保障。站在理論角度來說，全IP超高清系統部署并不是沒有可能。盡管SDI/IP組合技術中還有很多問題需要處理，但隨著IT技術的快速發展，以及以太網帶寬的提升，IP技術終會成為視頻傳輸領域的主流。

3 結論

綜上所述，廣電技術的發展并不是孤立的，經過了20多年的發展時間，制播系統發生了天翻地覆的變化，從標清到高清，以文件代替磁帶，讓人們看到了不一樣的超高清制播系統。現如今，用戶體驗是服務行業主要的發展目標，通過SDI/IP混合網絡的搭建，可以對超高清節目生產需求進行滿足，確保整個行業向全IP化預留發展空間邁進。

參考文獻

[1]茹俊.4K超高清電視廣播的有線電視網傳輸[J].西部廣播電視，2018（8）：247.

[2]王惠明，侯冠華，彭莉.超高清電視制播中的視頻數據范圍研究[J].廣播電視信息，2018（3）：20-23.

[3]李世萍.4K超高清節目制播探索和實踐——江蘇廣電總臺4K新技術研究和應用[J].現代電視技術，2015（3）：50-55.