常州广播电视台：费永刚

随着我国科学技术的不断发展，人民生活质量水平的提升，传统电视播出系统已经无法满足4K以及8K等系统的应用，为了保证清晰度和画质以及色彩比，应跟进社会需求，突破传统电视播出系统模式，将其IP化，以保证解决广电所提出的信号调度调整需求。通过将电视播出系统IP化，能够减少信号故障，在应用整体网络构架的过程中，实现对于ALL IN ONE系统的一体化配置、控制以及监控工作，解决不同厂商IP设备中的互相操作问题，适配于不同场景和规模的信号调度。

1.IP化电视播出系统相关概述

电视播出系统的IP化技术是现代科技的产物，主要服务于超高清电视，是新媒体时代对电视领域的必要技术条件。IP化技术主要以高速的IP网作为运作构架，能够深度优化电视音频的传输工作，基于目前互联网信息时代背景之下，IP化技术在电视播出系统中也得到了广泛运用。电视播出系统IP化主要包括以下四种特点：第一，共享性。由于IP化技术需要依靠互联网作为媒介进行传输工作，所以IP化技术必须要具备共享性，这样才能够确保信息共享智能化。第二，便捷性。IP化电视播出系统有区别于传统的电视播出系统，其呈现的画面更加的便捷，并且容易操作，并且功能相对齐全，这样观众能够直观地看出画面的整体布局，这也是将IP化技术实施的主要优势之一。第三，准确性。IP化电视播出系统相比传统电视播出系统更具精准性，由于有强大的数据库作为支撑背景，所以切换以及通讯功能也就更加准确。第四，灵活性。由于IP化技术拥有优质的共享应用系统，所以在构建的过程中对信息、音频等就具有更高的把控性，当构架和素材配备完全之后，稳定的解码播出，能够实现广告、节目以及接口的服务工作，所以更具灵活性。基于以上特点，IP化电视播出能够极大程度上的减少外在因素干扰，推动电视播出系统的数字化、智能化发展。

2.分析电视播出系统IP化具体优势

长久以来，电视播出系统核心为SDI，通过SD/HD极端，能够有效满足电视播出需要。但是在信息技术水平提高、融媒体和超高清视频发展下，4K、8K成为主要趋势，这给电视播出系统提出更高要求，IP化势不可挡。其具体优势如下：

2.1 系统结构简单

相较于以往传统SDI电视播出系统涉及的大量传统广电专业设备和硬件的频繁更新，电视播出系统IP化后整体结构得到简化，整体搭建流程也较为简单，无需投入大量设备和硬件，这不仅减少成本投入，系统的后续配置和调试都更为简单、快捷。IP化后的电视播出系统主要运用虚拟化环境和通用性极强的IT基础设施进行分发云平台的构建，在统一平台作用下，无论是各个工作站的存储、交换、切换和播控，均以统一的方式进行部署和管理。针对电视播放格式，IP化的电视播出系统可以灵活转换所需格式，比如IPTV、移动APP或是OTT等，适用性得到明显增强，能够更为全面的满足用户需求。另外，IP化的电视播出系统基于软件定义，所谓软件定义网络（SDN），其突出特点就是控制分离、数据转发、接口开放和网络虚拟化。通过将其作为电视播出系统的基础，可以有效提高系统结构的灵活性，相关人员也可以对网络设备配置进行动态调整，无需人工配置，相关人员处理数据、业务特性解耦等即可，系统整体自动化水平得到极大提高。因此IP化后的系统的后期配置、调试和使用都更为简单便捷，无需投入较大维护成本，一条缆线即可有效连接切换台和摄像机，各类信号也可以实现高效传输，同时面临的运行风险也相对较低，电视播出安全性提高。另外，所采用的开放式技术或产品极大的改善了以往设备冗余、网络带宽不足等问题，整体运行成本和风险明显降低。

2.2 资源分配与利用

以往传统的电视播出系统需要较多参与人员，无论是整体性能、设备功能还是自动化水平都不够理想，尤其在资源分配与利用方面。但是IP化的电视播出系统作为突出的特点就是应用虚拟化、IT集群化和视音频IP化，在虚拟技术的应用下，IT资源的利用和各类资源的分配均得到明显优化。具体而言，电视播出系统IP化以虚拟技术为基础，主要依托于合理控制物理服务器配置从而充分利用物理服务器资源。而且，在现代化技术不断发展的背景下，CPU的应用效能也在不断提高，IP化后的电视播出系统使得IT资源得以有效利用，利用率从原本的10%升至70%，那么相对于传统电视播出系统，IP化的系统在硬件运行成本方面得到有效控制，即系统整体搭建建设成本降低。在资源分配方面，IP化后的电视播出系统可以贴合具体业务需求，以更具针对性和灵活性的方式进行业务流程的制定，并以此为基础分配有关资源，使得播控工作站、上载工作站等站点可以直接通过网络和软件共享资源，并提高电视播出系统的生产效率。

2.3 控制方式和采用方式优化

以往传统的SDI播出系统在对广电相关设备和服务器进行控制时主要依托于点对点连线，所以在系统搭建过程中需要布设大量点对点连线。但是经过IP化建设的电视播出系统在控制周边设备和服务器时主要利用网络协议，部署内容减少，控制方式更为灵活、高效。而在采用方式方面，IP化的电视播出系统所使用的IP方式，即传统同轴电缆被以太网取代，音频、视频等能够双向传输、同步控制，且接口得到有效整合，一般整合至SFP+或是RJ-45中，系统整体得到简化，后期升级方便。

2.4 全域监控，安全性增强

IP化的电视播出系统实现了对AV和IT设备、软件、信号、网络以及相关业务的全域监控，一旦系统在运行过程中出现故障，将以自动化的方式开展应急处理，比如启动备播系统等，以极快的速度恢复播出，避免影响用户的收看体验。而且，在全域监控下，IP化改变了前端系统设计，实现了1∶1冗余备份机制，极大的满足了系统运行安全性需求。

2.5 扩展性和兼容性良好

IP化的电视播出系统主要采用模块化设计，使传统广电可以充分共享通用IT技术市场的规模化红利，在大量IT通用设备的应用下，即便播出频道数量增多，但也无需额外布设设备，简单配置即可满足播出需求。所以相较于过去的SDI系统，IP化的电视播出系统的网络带宽、数据格式和视音频I/O端口等的扩展都更为灵活，能够很好的满足4K、8K超高清视频的播放需求。而且，IP化的电视播出系统使用的网络传输协议也更加成熟，尤其在当前5G背景下，网络通信灵活、极速，无需布置较多点对点线路。在兼容性方面，相较于传统SDI电视播出系统，IP化的电视播出系统采用的服务器采用了更为先进的软件编解码，支持内容丰富，包括基带SDI over IP流、基带SDI信号、压缩域TS over IP流等，且输入输出均是实时状态，针对多种压缩编码格式、控制协议和封装格式也具有极高支持率，系统整体性能优异。此外，通过IP化电视播出系统，在GPU加速处理的配合下该系统还支持多线程处理和高性能异步，不仅可以同时播出字幕、动画等，还可以对图层间的合成混合模式进行实时调整，满足复杂的电视播出效果要求。总而言之，IP化的电视播出系统的内部设备可以看作计算机设备，相较于传统的设备升级更新，相关技术人员按照相关标准使用系统即可完成后期升级工作，同时IP化架构的应用也便于电视节目制作和再加工。

3.研究电视播出系统IP化的实现路径

3.1 基于解码技术完成4K TS的IP化

由于电视播出系统IP化是在互联网基础之上构建的，虽能够提供共享信息服务，但也存在了一定的安全问题，为了进一步优化和实现IP化电视播出系统，应采用科学、有效以及合理的方法解决此类问题。通过解码技术能够减少视频信息以及图像中的冗余，保证电视播出系统的安全以及可靠和稳定性，也是实现网络电视发展的先决条件。为了防止运作时的某一环节发生故障问题，出于对安全系统的考虑，可以在其中人为地进行关键功能的重复配置，这样能保证问题发生时，人为重复配置功能能够接入系统，并承担起故障环节的运作，提高电视播出系统的应急处理能力。通过软件解码和硬件解码相结合的方式，进一步提升系统运作的稳定输出。

3.2 采用解封装模式满足系统IP化播出要求

解封装模式主要是指，数据的接收端从物理层开始，再进行返送的操作，其目的是使用应用层的程序，对数据进行提取，最后完成单项的通信任务。这样能够实现对于资源的合理配置，占用率较低，并且可以使用一台服务器进行多个频道的播出以及输送工作，对于广电所要求的4K IP化播出条件而言，采用解封装模式实施的难度相对较小，并且CPU的占用资源也不会太大。解封装模式还存在模块化的特点，并且技术相对而言也易于兼容，其发展和更新的速度较快，便于推广，但也存在一定的互斥性，由于文件素材不需要重新编码，所以也就无法实现IP流台标的叠加功能，只能依靠后期叠加。

4.探讨当前电视播出系统IP化的不足与解决措施

4.1 电视播出系统IP化的不足

电视播出系统IP化与传统的播出系统相比具有极大的优势，但是其自身以及应用方面存在的不足还需要进行改进。就目前的情况来看，在电视播出系统中3D、4K等超高清电视技术的应用受到一定的阻碍，并且传统的电视播出系统无法运用先进的超高清电视技术。具体各类电视播出系统的标准与带宽如下表1所示，通过下表的数据可以得出，在电视信号方面4K高清电视是2K的8倍，由于4K高清电视的每一条线路都由4根3G-SDI组成，因此4K电视播出系统所需的电缆相比传统的播出系统高出4倍，在一定程度上提高了建设电视播出系统的工作难度。

表1 电视播出系统标准及带宽

不足之处具体体现在以下几个方面：第一，时间同步问题。具体的电视图像在设计与制作的过程中，其切换级别通常为帧或场，通过这种方式来有效消除电视图像的闪动现象、需要注意的是，这种方式必须在时间传输同步的前提下进行，然而目前在确保时间传输同步的工作中仍存在较大的不足。因此，在开展相关工作时，必须要确定主时钟与子时钟的基准时间差，从而使二者之间能够顺利进行通讯传输的工作，从而有效减少因时间不同步而对电视图像造成的影响。第二，信号延迟问题。传统电视播出系统中的SDI信号在传输过程中十分稳定，然而在电视播出系统IP化的过程中，IP数据包经常出现丢包、网络抖动等问题，由于电视信号的传输必须确保实时性，且实时传输的视觉、音频信号没有重现传输的功能。因此，一旦出现网络故障，就会出现信号传输节目流中断或信号劣化的现象，将会对整个电视节目的播出造成严重的影响。因此，必须要将信号延时范围限制在系统缓冲时间之内，从而有效避免电视图像或声音卡顿的情况。

4.2 电视播出系统IP化不足的架构解决措施

4.2.1 解决思路

在对电视播出系统进行IP化建设时，主要是将SDI基带信号转换为IP数据包，即SDI over IP，并将以往传输线路替换为光纤等具有高速网络传输性能的介质。但是从上述出现的问题来看，主要是时间同步和信号延迟问题，为此，在IP化建设电视播出系统时，可以充分发挥互联网技术的功能作用，利用该技术将传输带宽应用效率提高，提升行、场消隐期的空余时间利用率，使其传输其他有价值信息，实现传输带宽应用率的最大化。此外，还可以结合JPEG等数据压缩技术将图像传输码率进行合理降低，减轻网络带宽压力，实现一条线路传输多路电视信号的目标。

4.2.2 具体对策

第一，时间同步问题的解决对策。在时间同步方面，为避免图像切换过程中出现闪动问题，增强其切换稳定性，可以通过时间精确同步来实现，及应用精确时间协议PTP。在该协议中明确指出，要想使电视播出系统终端设备所用时钟和同步机所用时钟精准同步，技术人员需要掌握双方之间存在的基准时间差，即offset，并明确数据包通信过程中，双方受到的各类因素导致的具体延时情况，比如线路因素或是信号交换因素等，以此准确校准时钟，实现时间同步。简单来说，其原理是：主时钟同步发送报文信息后从时钟给予回应，并记录报文信息同步发送时间，添加“时间戳”后接收端对网络延时和基准误差进行计算。在该协议中，报文类型被定义，因此针对信息处理结果应用不同报文，能够有效解决时间不同步问题，实现时间同步。在使用该IP架构解决时间不同步问题时，应掌握以下要点，分别为：一是同步报文，即Sync。在该报文中含有信息预计发送时间，但这不等同于信息真实发出时间；二是跟随报文，即Follow_up。同步发送跟随报文后系统记录时间，指导从时钟接收到主时钟发送的同步报文为止，这时可以获得真实的报文发出时间和接收时间，最终计算得到时差，为时钟时间校准提供准确数据支持；三是延迟请求报文，即Delay_Req。在信息数据传输过程中，系统难免存在延时性，这时相关工作人员应对时差延时进行分析，并通过延迟请求报文定义网络传输延时；四是延迟应答报文，即Delay_Resq。从时钟在接收端接收同步报文后将会立即发出延迟应答报文，这时真实接收时间将会被记录，最终获得两项数据，即网络传输过程中产生得到延时和时钟之间的误差，相关技术人员根据数据校准即可。

第二，信号延迟问题。相较于高清电视信号，大多10G交换机开展视频信号切换时所产生的延时相对较小，与此同时，交换机也具有良好的延时恒定性能，在当前网络环境愈发优异的背景下，可以配合应用时间同步系统，从而避免信号延时问题。

综上所述，各类媒体技术的发展和电视信号数字化高清化、播出系统IT化网络化等均要求电视播出系统进行IP化建设，进而利用虚拟技术等简化系统结构，使其适应新形势的发展要求。因此，在当前发展机遇与挑战并存的环境下，应正确认识到电视播出系统IP化的优势，并根据实际情况做好同步和校时等工作，以此推动电视播出模式跨越式发展。