設(shè)計基于IP的媒體網(wǎng)絡(luò)（上）

卡爾·保爾森

電視中心現(xiàn)正開始進行很多人認為將是全球性的從當前的數(shù)字（SDI）架構(gòu)到全IP（網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)的轉(zhuǎn)換。自從1990年代從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字以來，行業(yè)再沒有遭遇到這樣的轉(zhuǎn)換。

表面上，考慮到IP/IT集成已經(jīng)出現(xiàn)于很多電視中心，這一轉(zhuǎn)換似乎是必然的、預料中的，甚至是直接的。但在內(nèi)部，IT和廣播技術(shù)專業(yè)人員在理念、結(jié)構(gòu)設(shè)計和支持實務方面都要有重大變化。

本文討論與基于IP的下一代結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的問題。將不詳細敘述媒體長距離傳輸和與基于文件的工作流程、存儲器數(shù)據(jù)遷移乃至OTT有關(guān)的做法，而是探討廣播和IT專業(yè)人士必須知道的未來對以網(wǎng)絡(luò)為中心的下一代架構(gòu)必須承擔的職責。

當前的IP媒體實務

專業(yè)媒體環(huán)境提供多種將視頻（壓縮文件或流媒體）從A點遷移到B點的方式。這些點可能跨越整個場區(qū)，在城市之間，任意的分配點或它們之間的任何地方。在大部分應用場合中，音頻/視頻信號傳輸為一種壓縮視頻格式，其中可用的格式很多。某些格式高壓縮供因特網(wǎng)分發(fā)，另一些為輕壓縮的回傳質(zhì)量，如從體育場館到演播室或播出前的制作集成。

制造商的壓縮媒體傳輸產(chǎn)品準備內(nèi)容制作鏈內(nèi)后續(xù)階段的數(shù)據(jù)。很少廠商（若有的話）提供網(wǎng)上端到端傳輸不壓縮、高碼率內(nèi)容的方式。因此本文不對此討論。

高碼率—不壓縮視頻傳輸

廣播節(jié)目制作正開始采用IP網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)上傳輸和處理高碼率（HBR）、不壓縮（UC）信號的新能力。這些應用專門針對現(xiàn)場/實時制作活動。最新的SMPTE標準（2017年底頒布的ST 2022-6 & -7和ST 2110）以及行業(yè)論壇和倡議正在促進將重塑電視中心的新技術(shù)努力。

IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已應用于很多媒體設(shè)施。這些方案適用于基于文件的工作流程、數(shù)據(jù)遷移、存儲和歸檔、自動播出和設(shè)備命令和控制。以前，這些不一定稱為“IP”。當UC/ HBR視頻傳輸能力出現(xiàn)時，該術(shù)語逐步形成。現(xiàn)在，看來一切都是IP，不管該術(shù)語適合這個應用的程度。

所以說，我們將未雨綢繆，而未來即在眼前。

約定的規(guī)則——它改變一切

IP是一個“規(guī)則（協(xié)議）集”，管理互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)之格式。對于廣播或演播室設(shè)施來說，“互聯(lián)網(wǎng)”被稱為“網(wǎng)絡(luò)”更適當。本質(zhì)上，某些有約束的IP技術(shù)的應用將基本上能夠應對與演播室/現(xiàn)場媒體制作相應的設(shè)備基礎(chǔ)架構(gòu)變化及它們的內(nèi)容鏈未來進程。

設(shè)計和建立一個IP設(shè)施將要求一個更新的IT聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線以及一種相較傳統(tǒng)SDI設(shè)施的思維模式的新思維模式。為理解設(shè)計、建設(shè)和運行基于IP的專業(yè)媒體設(shè)施需要什么，了解“實時”（RT）IP是什么以及它與傳統(tǒng)SDI（包括基于文件的工作流程或數(shù)據(jù)存儲）實現(xiàn)的區(qū)別是必要的。

這里的一個關(guān)鍵目標將是保持“音頻和視頻（在IP網(wǎng)絡(luò)上）的表現(xiàn)與在SDI世界的表現(xiàn)完全一致”，沒有傳統(tǒng)SDI電視中心的負擔或約束。從根本上說，設(shè)施將利用基于網(wǎng)絡(luò)的IP/IT結(jié)構(gòu)的敏捷性、靈活性、成本和可擴展性。

區(qū)別在哪里？

SDI萌生自1980年代的標準，旨在允許無干擾從源到目的地傳輸和同步切換音頻/視頻以及減輕與模擬視頻和音頻有關(guān)的代際質(zhì)量問題。SDI的同步性質(zhì)對于直播、演播室內(nèi)的持續(xù)視頻和長距離傳輸非常直接。不過，在基于文件、非實時或者流媒體環(huán)境內(nèi)這些能力不那么實現(xiàn)。

對壓縮視頻幀精確（未被擾亂的）切換雖然在流媒體中有些可能，但一般使用周邊設(shè)備完成，它本質(zhì)上接受壓縮視頻，然后解壓為一種“基帶”（SDI）形式，然后在那里完成從A源到B源的無縫切換（圖1）。作為結(jié)果的信號可能被再次壓縮為另一種格式，視用途而定。

這些處理都花費時間，對非實時鏈路增加延遲。對大多數(shù)現(xiàn)場應用來說，源信號凈切換及保存定時和同步是不切實際的。

YouTube或Netflix上的節(jié)目視頻采用復雜的接收緩存技術(shù)或利用自適應碼率（ABR）流傳輸功能盡可能保持他們的“線性分發(fā)”對觀眾是無縫的。不過，由于GOP（圖像組）問題和壓縮/解壓延遲，提供實時和無干擾的一個源接著一個源的視頻之能力可能被降低。

對專業(yè)媒體IP系統(tǒng)——實時/直播信號在網(wǎng)絡(luò)上通過隔離、次級或虛擬網(wǎng)（VLAN）傳輸。對直播和實時的HBR信號傳輸，必須遵守新網(wǎng)絡(luò)拓撲和定時規(guī)則。這些“規(guī)則”（協(xié)議）在SMPTE ST 2110和/或ST 2022中定義，包括在這些新標準中定義的IETF RFC應用程序。

不同的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)

理解下一代電視中心設(shè)計的另一個要點是不同的數(shù)據(jù)通信類型通常并非混存于同一VLAN/網(wǎng)絡(luò)上。根據(jù)每種數(shù)據(jù)類型的預定用途，包結(jié)構(gòu)和格式是不同的。

實時傳輸網(wǎng)絡(luò)習慣于傳輸HBR業(yè)務。來自發(fā)送端（發(fā)射機）的包依照如“實時傳輸協(xié)議”（RTP）和“會話描述協(xié)議”（SDP）這樣的IETF RFC被構(gòu)建，并且支持IEEE和SMPTE標準。加上在SMPTE ST 2110或ST 2022標準中確定的條件，定時、同步、延遲和流控制得到管理，因此在專業(yè)媒體網(wǎng)絡(luò)上媒體包傳輸是可行的。

一個與以前的類IT網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的區(qū)別是HBR業(yè)務必須以不擺動的數(shù)據(jù)碼率連續(xù)運行。基于文件的流媒體意欲或能夠以可變數(shù)據(jù)率運行。數(shù)據(jù)可能是隨機分發(fā)，本質(zhì)上往往是“猝發(fā)的”。在基于文件的傳輸中，來自發(fā)射機的數(shù)據(jù)不必同步性（時限性）到達接收機輸入端。流媒體的行為方式類似，波動率在接收端被穩(wěn)定。在這些應用中緩沖區(qū)大小、連接帶寬和可變文件數(shù)據(jù)率得到接受，但在實時HBR應用中不可容忍。

在流媒體分發(fā)中，偶爾中斷或緩沖在意料之中。這對直播實時視頻行不通，它必須同時時序一致，以實現(xiàn)實時無縫切換。

因此，中心設(shè)計中一大區(qū)別在于如何看待各個“網(wǎng)絡(luò)”部分。也就是說我們將為未來發(fā)生的事情做好準備，而那個“未來”就是現(xiàn)在。

系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)在包括清晰思考實時和非實時信號流。與端點周邊設(shè)備相關(guān)的實時管理和流控制必須“協(xié)調(diào)”且不同于非實時分發(fā)。文件傳輸、存儲和/或基于文件的工作流程將可能駐留在一個不同的、約束較少的網(wǎng)絡(luò)（部分）上。

本文第一部分為廣播和IT專業(yè)人士介紹了與演播室和直播運作以IP為中心的專業(yè)媒體傳輸有關(guān)的差異和條件。在第二部分，我們將討論IP電視中心的下一代設(shè)計有何不同，以及工程師對他們在組播IP世界中的未來必須知道的東西。