郑燕龙，张雪霏，郝小佩

（1.河北省广播电视七一七发射台，河北石家庄，050000；2河北广播电视台，河北石家庄，050000；3河北省广播电视卫星地球站，河北石家庄，050000）

1 基于IP流播出的4K的应用概述

当前科学技术的进步，带动了4K电视的普及。作为常见电视，4K电视具有较高的分辨率，且可从以下6个维度，向4K扩展。

（1）高分辨率

2K高清（1080×1920）向4K超高清（2160×3840）分辨率。

（2）宽色域

可展现更丰富的色彩，使颜色更加鲜艳，提高视觉体验。

（3）高帧率

高帧率为专业术语，电视的本质是一帧一帧的图像，通过人眼短暂记忆，构成画面。以前电视通过24帧图像，构成一秒的画面，而现阶段，4K电视为逐行扫描，可达到120 P。

（4）高量化

由8bit高清量化至4K超高清的10bit或者12bit，使颜色展现的更加真实，并且对于红色和绿色等给观者以身临其境的感觉。例如足球比赛的观看中，球场绿色草坪，运动员球衣，均展现的十分鲜明。此外，球员腿部动作和踢球动作，均可清晰表现出来。

（5）高保真音频

采用7.1或5.1声道，使声音更加真实，听觉更加舒适，适用于娱乐。

（6）高动态范围

SDR高清到超高清4K图像，同时亮度空间由709γ提升到HDRγ。

另外，高清的重要区别在于带宽，从高清3GB向4K 12GB超高清对网络的畅通要求更高。基于IP流的4K超高清播放系统建设，需要对以下几个问题进行全方位的考虑，才能确保其播放过程的安全性和播放效果的时效性。

SDI基带信号向IP化信号转化问题：随着新媒体技术的快速发展，传统SDI架构已无法满足信息时代下的要求，向IP化系统转化已成趋势。IP架构建设下的视音频传输，不仅能够实现远距离视音频的传输，还能够实现视音频在不同平台间的高效传输。

系统IP化后的同步问题：在SDI基带信号系统中，需要对整个基带信号系统进行精准控制，来确保系统信号的同步性，以保证视音频播出切换的准确性。在系统IP化后，也需要有效解决信号同步问题，才能确保4K超高清视音频的播出效果。

IP系统时钟同步精度问题：在4K超高清播放过程中，需要确保时钟同步精度，来实现音视频的帧同步，以保证音视频播放画面的稳定性。

播出安全问题的考虑：系统IP化后，播出安全问题仍然是需要重点关注的问题。因此，应以IP系统的稳定性和可靠性为基础，构建个性化播出平台，提高系统的监管和控制能力，确保基于IP流下4K超高清播放安全的高效性。

2 SDI over IP及IP化矩阵

2.1 SDI基带信号向IP化系统的转化

SDI基带信号向IP化系统的转化将是一个循序渐进的过程，而随着IP化封装技术的日渐成熟，4K/IP已经成为现实。在SDI基带信号向IP化系统的转化过程中，传统SDI矩阵将被SDI over IP矩阵所代替，能够利用IP和SDI转换设备，在IP矩阵中实现数据的实时处理等功能。IP矩阵能够使视音频在各帧之间无缝切换，并能够对所有信号在任意输入输出间进行调度，最终转换为SDI基带信号输出到相应的终端之上，从而完成SDI 基带信号向 IP 化系统的转化。

2.2 TS over IP

在4K超高清播放系统中，需要将卫星信号、压缩的音视频、加密的卫星节目或本地加密节目转换为IP流数据来进行传输，即TS over IP的过程。此过程中主要利用卫星接收机、编码器等设备，通过以太网接口来对IP化数据流进行输出。

2.3 IP流调度矩阵

IP流调度矩阵，能够通过矩阵式管理模式，对输入的IP信号实现不同业务平台之间的输出和切换，利用其编解码技术优势，有效保障了各帧之间的平滑无缝切换，避免了视音频播放时马赛克、黑场等异常现象的发生，使4K超高清音视频的播放始终处于良好状态。IP流调度矩阵切换原理主要是利用Buffer缓存技术，在切点附近局部编解码，避免了中间某帧编解码而引起的马赛克、黑场、静帧、停滞等现象，从而给用户以良好的观看、收听体验。

需要注意的是，IP流调度矩阵的安全性尤为重要，需要通过主备并行工作、断电直通等各种保障措施来确保其安全运行。如图1所示为断电直通安全措施，即通过预先配置的方式，将断电直通时输出对应的缺省输入流地址和端口号相互对应，当由交换机1所输入的原节目流经至流矩阵网口1后，通过IP流调度矩阵的切换，将原节目流由网口2输出至交换机2。

图1

3 同步及PTP网络校时系统

SDI视音频传输架构下，必须保证时钟信号的同步性，而在IP化架构模式下，时钟信号的同步技术仍然占有关键地位。PTP时钟同步技术的使用，其授时精度更高，能够有效解决IP化系统中各设备之间的时间同步问题，使频率、时间等的同步精度更加精确。在PTP网络校时系统中，只有主从时钟同步，才能保证4K超高清的播放效果。具体实现流程为：主时钟按周期发出 PTP 时间同步协议及时间戳信息，从时钟对接收时间差进行计算，并在时间差中及时调整本地时间，使主从时钟始终保持相同的相位和频率。

4 IP信号的静态切换

目前的IP信号在4K超高清播控系统中的净静切换方案主要依靠IP矩阵分组切换模式来完成，其切换控制命令通过PTP协议传输来完成，无法确保各台设备之间的切换操作能够完成同步完成。再加上IP化视频流的转换主要以数据包为单位的形式来完成，无法准确判断视频帧的具体位置，从而出现视频画面不稳定、雪花或音频异常等现象，降低了IP信号静态切换效率，直接影响着用户的观感体验，无法满足用户的需求。现阶段，在IP信号的静态切换过程中，主要采用多路净静切换方法，使用缓冲方式，来实现4K超高清的多路切换。在未来发展过程中，IP信号静态切换技术仍需不断完善，向着更加先进、更加智能化的方向发展。

5 以IP流为技术支点，搭建高清播控程序的应用思路

5.1 播控流程

为保证高清频道播出程序运行的平稳性，整体业务流程，应有效控制原有流程的精简性，以总控任务为中心，辅以融合人工调度策略。播控时，以节目编辑、节目准备、节目播出三个环节，进行播控处理。

5.1.1 总控调度模块的应用

在总控调度模块中，播控人员手动编辑播出的节目任务，编辑完成时，提交播控申请。由总控调度中心，接收手动提交的播控节目。（2）由外部系统，传送播控节目。总控调度中心，接收外部系统的节目播出申请。（3）节目播出的管理方案，传输给总控调度中心。

5.1.2 文件传送模块的应用

文件传送模块，是保障文件备播资源充足性的关键程序。（1）由文件制作中心，向文件备播模块传送控播节目。（2）将媒体备用节目资源，传送至文件备播模块。

5.1.3 信号处理模块的应用

（1）节目编排结果，传送给播出控制程序，保证节目播控的有序性，防止串播、漏播等问题。（2）文件质量检测时，引入素材管理模块，排查播出文件的质量问题，保证播控程序的质量检测效果。（3）由文件传送、介质导入两个模块，共同向文件备播程序传送待播资源。在文件备播准备完成时，向文件质控发起素材管理申请。在素材问题排查完成时，进入播出控制流程。在节目顺序编排无误时，进入节目播出程序。在播出信号时，由信号切控程序接收。此信号控制模块，同时接收总控调度传输的信号，确保各项待播节目排序的准确性，保证节目播出质量。

5.2 系统安全

在总控程序运行时，应保障系统运行的安全性。结合播控程序的运行特点，采取多种措施，构建防护体系。依据信息安全的各项保障工作，分别从计算环境、播控区域、安全用网等视角，构建播控安全体系，保障播控质量。比如，在安全用网中，引入防火墙技术，阻止异常网址访问，确保系统安全。

5.3 混合链路播控技术的应用

总控系统建设时，文件标准为ST2110，IP链路的搭建规范为ST2022-7。在系统搭建完成时，系统间协议的融合性、运行能力、系统平稳性等，均潜在一定风险。为保障总控程序运行秩序，采取主备信号链路的建设方式，合理增设了二备信号，以“IP+基带”联合形式，保证链路运行稳定。在系统运行时，链路数量共有四个。在IP切台时，具备的播控功能有：服务器传出信息、总控外部系统的信息交互，播控字幕的设计。各类播出节目，均以转换设备进行信号处理，在IP交换机的信息加工程序中，形成信号文件的综合调度。

5.4 专用IP切台应用

IP播控程序，多使用视频服务程序，以“all in one”模块为主要应用。在视频服务程序中，进行信号处理、字幕增加，确保节目播出的有序性。此种节目播控方式，相比原有IP设备后置设计，表现出一定差异性，相应增加了程序运行的学习成本。为此，采取“IP切台的专控程序”形式，以此降低程序改变带来的操作难度，增加总控人员的操作便利性。在专用程序中，增设了IP超清模式的切换程序，以此保障IP切台的应急响应质量。

5.5 优化链路结构

在“IP+基带”的联合程序中，服务器传输的信号表现出单一性。在实践运行中，IP传输信号时，需要在总控程序中部署较大数量的IPG信号，以此保障信号转换有效性。在IPG信号部署时，会增加系统运行的所需成本，相应形成一定播出链路运行问题。在“IP+基带”联合程序时，同步输出IP、基带两种类型的信号。因此，在总控程序运行时，应加强成本控制，优化链路结构，减少IPG信号的部署数量，切实维护总控程序的运行安全性。在优化链路结构时，可融合信号监控、代播程序、慢录模块、异常警报等，以此及时排查链路问题，形成各模块单独运行方式，有效控制IPG信号的部署量。在实践运行总控程序时，从2020年6月开始试播，运行12个月时，未见系统故障，整体播控程序运行平稳。由此说明：IP技术，可成为高清播控程序的主流科技，表现出技术前瞻性、系统运行平稳性优势。

6 结论

伴随我国经济水平和科学技术的不断发展，4K技术在电视广播中逐渐应用，现阶段基于IP流的4K广播控制系统逐步应用。当前高度发展的情况下，人们越来越追求高层次感受。高层次服务。当前阶段，基于IP的4K电视广播系统的应用，从技术上来看，障碍较小，但其基于相关技术的IP标准尚处于组合开发阶段。基于安全性考虑，尚需进一步开发及应用相应标准和技术。