The Opportunities and Challenges of SDI over IP to Radio and Television Industry and The Practice of SDI over IP System
Fang Hui
(Zhejiang New Blue Network Media Co., Ltd., Hangzhou, 310000)
由于三网融合，传统媒体，互联网视频制作、传输、分发，产业链相互渗透，带来视频业务蓬勃发展，从制作、传输、分发几个方面增加网络传输的要求，带宽要求越来越高，传输质量要求也越来越高。业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议；在经营上互相竞争、互相合作，提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。
1 IP化在广电行业中所具备的优势
（1）具备当下可利用带宽条件。目前，10G带宽的传输设备及方案已经很成熟，而25G、40G甚至100G超高带宽的传输技术也将日趋完善。
（ 2 ）视频格式不再受限。无论是无压缩的UHD、3G、高清、标清视频信号，亦或是压缩的
JPEG2000, H.264, MPEG-2, HEVC over TS-IP信号，都能在IP网络系统中正常传输。
（3）双向传输、资源共享。不再受限于基带视频系统SDI的单向传输方式，节省资源、传输灵活；并且，只要在IP网络系统覆盖之内，理论上任意信号
可达任意地点，实现资源共享。
（4）资源虚拟化。不再受限于基带视频系统SDI的分配模式，无需配置许多视频分配板卡，即可
实现资源的自由分配。
2 IP化在广电行业中的关键技术
2.1 标准
2012年， SMPTE出台了SMPTE 2022系列的标准，规范了如何通过IP方式传输高质量视频信号。其中《Transport of High Bit Rate Media Signals over IP Networks (HBRMT) , :. ST 20226:2012》指定了一种方式，可以传输高比特率信号（包括3Gbps 1080p视频信号）而不把信号压缩为MEPG-2流传输。
（1）SMPTE ST 2022-6:2012：IP网络高码率媒体信号传输定义了一个统一的数据映射格式，依据实时传输协议、精确时钟同步协议、用户数据包协议、网络分组管理协议等协议构成的元数据，定
义SDI信号的IP封装格式协议，支持多种HD-SDI和3G-SDI视频信号格式。采用这一标准，不同厂商的产品可以发送或接收通过IP网络分发的高码率视频
信号。
（2）SMPTE ST 2022-7:2013：IP数据报信号
无缝路由切换保护定义两个流数据包,从源到目的地接收者之间自动切换的方法。
该标准的出现打破了两种技术之间的壁垒，使
得在现有广播电视基础上通过IP网络传输未压缩
的视频信号成为可能。
2017年，SMPTE起草了SMPTE 2110系列的标准，SMPTE ST 2110标准让音频、视频和辅助数据
流得以分开。这一提升简化了附加字幕、标题，图文电视，以及处理多语言音频等任务。每个实体流都可以分开传送并在终端重新汇聚。其中每个组成部分——音频、视频和辅助数据流可实现同步，因此实体流在保持独立的同时又能实现同步。为IP网络
传输不同的视频、音频和辅助数据流定义一个可互操作的系统。
它们包括：SMPTE ST 2110-10：同步和会话描述标准；SMPTE ST 2110-20：无压缩的有效视频（基于RFC 4175）；SMPTE ST 2110-30：无压缩的PCM音频（AES67）；SMPTE ST 2110-21：流量整形和传输定时；SMPTE ST 2110-22：压缩视频（TBC）；SMPTE ST 2110-31：AES3传输（包括压缩音频）；SMPTE ST 2110-40：辅助数据（IETF有效载荷RTP辅助草案）；SMPTE ST 2110-50：兼容SMPTE 2022-6传输标准。
SMPTE与音频工程师协会（ AES ）、IP媒体解决方案联盟（ AIMS ）高级媒体工作流协会（ A M WA ）、欧洲广播联盟（ EBU）、IABM、媒体网络联盟（ MNA ）以及视频服务论坛（VSF）在2017年IBC展会上对该标准共同进行了展示。
2.2 核心交换结构
首先，需要确定核心交换设备，核心交换设备应具备的特性有：高容量、非阻塞、低延时、设备可见性、完全可控性、冗余及安全性。
Evertz 核心IPX交换机（16，32，64 ，128口）64口背板带宽1.2TB/S,相当于384*384矩阵（HD SDI），其主要特征：确定的组播数据包路由；基于IP数据 包的净切换；输入组播地址的自动发现；支持端口
Vlan划分；端口流量监控报警；完善的信号传输路径监看和控制管理。
其次，系统架构应为无阻塞架构，如图3所示：
最后，交换机切换方案的选择，当前三 种可行的切换基准方案：一是Destination-timed switching，“目的基准”切换－－带宽损失一半；二是Source-timed switching ，“信源基准”切换－－建立索引表，多级及联理时，非常复杂；三是Switch-timed switching，“切换基准”切换－－高效、节省带宽。Switch-timed Switching 目前是较好的解决方案。 2.3 管理及控制
软件定义视频网络（SDVN）。当下媒体行业正逐渐从传统基带架构向以IP为中心的交换网络进行
过渡，Evertz的软件定义视频网络（sdvn）给这种
过渡提供了一条完全无缝且无需任何妥协的途径。凭借Evertz的超大容量核心交换设备（包括exe及3080IPX IP矩阵）以及MAGNUM统一网管，使得SDVN的方案可以被应用于任何制作域、播出域和
传输域架构进行统一的调度、管理、采集和分发。
MAGNUM控制软件在整合IP网络系统的一
体化控制进程上一直是卓越的，不仅可对EXE、3080IPX、570IPG等IP矩阵和网关等设备进行整体管控，同时兼容了原有基带EQX系列的融合。当下广电行业正快速向IP化进行改革性转变，EQX矩阵
平台由于具有通道路径级的交叉点冗余备份机制，是IP、基带混合方式的最佳平台，EVERTZ为EQX矩阵平台最新开发的IP/基带混合输入输出板卡可完美适配MAGNUM系统。
SDVN是一种建立在大容量包交换设备、各种类媒体网关和MAGNUM SDVN统一网管系统之上的架构，同时支持SD/HD高标清、ULTRAHD 4K超高清，甚至8K下一代超高清信号接入。SDVN在MAGNUM这个Evertz屡获奖项的网管之驱动下，
可以让客户完全不改变原有的操作习惯就一步跨越至Video over IP的世界。
MAGNUM使得用户在同一平台、同一操作系统上即可实现对矩阵、多画面监看、TALLY、周边
设备、操作面板等等设备完成一体化的管控。该软件为高度成熟软件，在国际和国内（如中央电视台、浙江电视台、江苏电视台、云南电视台、重庆电视台、海南电视台、四川电视台、中国联通、广东电视台等）都有成熟的案例应用，不胜枚举。 2.4 时码
伴随着网络技术的不断增加和发展，尤其是以太网在测量和控制系统中应用越来越广泛，计算机和网络业界也在致力于解决以太网的定时同步能力
不足的问题，以减少采用其他技术，例如IRIG-B等
带来的额外布线开销。于是开发出一种软件方式的
网络时间协议（NTP），来提高各网络设备之间的定
时同步能力。
1992年NTP版本的同步准确度可以达到
200μs，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所
需的准确度。为了解决这个问题，同时还要满足其
他方面需求。网络精密时钟同步委员会于2001年中获得IEEE仪器和测量委员会美国标准技术研究所（NIST）的支持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过，作为IEEE1588标准。该标准定义的就是PTP协议（Precision Time Protocol）。
PTP 是一种主从同步系统，采用主从时钟方式，对时间信息进行编码，利用网络的对称性和延时测量技术，实现主从时间的同步。
在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PTP
时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟 端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。
3 IP化在广电行业中的未来发展趋势
在未来的广电行业中，IP化不可避免，许多厂家已经走在了技术的前沿，对远程制作、微服务服务器等都有了各自的最新产品及相关案例，相信在不久的将来，这些前沿的技术及方案会逐渐在各广电行业中日趋成熟。■