央视总台IP化制播的探索经验

9月23日下午,由上海市电影电视技术学会主办、上海文化广播影视集团有限公司技术中心协办的“5G环境下融合媒体IP制播网络建设与应用论坛”在上海召开,中央广播电视总台技术局录制一部高级工程师蔺飞带来《总台IP化制播应用与实践》为题的精彩演讲。

随着超高清视频产业迅速发展,4K/8K超高清信号对带宽提出更高的要求,传统的基于SDI(数字串行接口)采集制作、调度分发的方式已经不能满足技术更新的需求。行业内的共识是采用基于ICT(网络和通信技术)技术的IP化架构 。

一方面解决高带宽信号的传输和调度,另一方面基于IP架构的组网方式将改变传统广播电视信号只能由前向后线性传输的局限,是未来实现媒体融合、云计算、大数据分析等目标的技术基础。

国际上有HD的IP化,但国内还处于缺乏阶段,国内整体IP化的原动力是超高清视频,SDI成为瓶颈后再寻求新的解决方案,但在IP化的过程中也必然会出现很多新的优势和技术问题。

央视总台IP化制播的探索经验-DVBCN

当前,央视总台持续按照5G+4K/8K+AI总体格局向前演进,总台的IP化制播应用,都是基于传统广播电视演进的这一条线展开的。当然,总台也是一步步走过来的,从2015年开始去做4K的节目,到了2017年获得了第一辆4K IP转播车,GV tico 其实是2022-6 HD over IP的结构。

在这之还有新媒体集成发布平台,这是信号媒体的一条线和传统制播的互联互通,这也是媒体融合方面进行的有力尝试,通过新媒体集中平台、大数据平台和中台支撑,目前已经建立了包括央视新闻、央视频等多个APP平台。

央视总台的IP化应用

超高清不一定会对IP化有必然的要求,但行业共识认可了基于ICT技术的IP化架构。一方面能解决高带宽信号的传输和调度,另一方面,基于IP化架构其实是改变了传统广播市信号的制播流程。

现有的IP化系统,并未改变以前的制播流程,但是后台实现了IP化,这只能是IP化的第一阶段。真正要做IP化,将来一定会改变原有的传统广播电视的直播流程,包括对做媒体融合、云计算、大数据分析等等来说,IP化都将是技术基础,否则基于STR的数据传输是无法实现这些功能的。

现在常用的网络架构采用的是IGMP+PIM的模式,先进媒体流2110-20常用的是UDP的协议,在网络上跑的是Multicast的模式,组播方面使用的是IGMP,这是国际上的范例。

2019年国庆大阅兵期间,央视总台实现了A3、A4、E16、800平米系统下的4K HDR直播。两辆转播车采用的都是索尼2110单光栅,是单流的,其监看系统和应急系统还是采用的SDI。到了2020年,集成了一套综艺外场系统,采用的是索尼2110单光栅,实现了纯IP监看,以交换机来做应急处理。

央视总台使用的B5转播车SONY NMI,可负责台内信号和外来信号的调度,高清制式可通过576路高清矩阵实现。在4K的初级阶段,总控还是基于矩阵来做的,但是压缩到了TICO,在SDI的矩阵进行调度,跟各个系统之间会通过TICO转换来做。下一步,还会将总控升级到IP化。

2018年开播的4K 超高清频道,还有新建的4K播出系统,也是IP化的,央视总台的台演播室播出是最先进行的IP化尝试,反而总控更谨慎一些。但实际上,仍是以IP为主、SDI为辅,并没有完全摆脱SDI。

今年总台实现的4K IP综艺外场索尼2110在现阶段来看是比较成熟的方案,基于华为的交换机,有索尼的摄像机、切换台,用的是SNP网关的方式。监看用以IP监看,相当于全流程中,整个交换机里面跑的都是2110的单流。

索尼系统是大二层组播方式,但是是通过叶脊三层可以把信号调到不同的频道上去,没有网络控制器,由VLAN逻辑划分避免阻塞,单信号在单一光缆,无法自动负载均衡,HASH算法等。

自主创新IP化系统

依托于总台成立的超高清视音频呈现国家重点实验室,开展了超高清制播关键技术研究。通过联合华为、格非等,开发了4K IP信号调度及交换平台,构建起自主知识产权的IP信号调度核心。

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核心NAT,边缘IGMP,当需要NAT还要单独网关支持开销较大,而核心全端口全组播NAT,处理能力百倍提升

把所有的信号从SDI域搬迁到IP域是用华为的路由器来做的,通过自主的芯片、自主研发的设备、功能协议,可以融合媒体一体化调度,将其各种流全都汇聚一个平台上调度。核心全端口以全组播NAT,使其处理能力得到了百倍提升。利用华为可以分析到帧的边界能力,使核心调度以支持静切换,可以做精确的转发。

国际上比较公用的IP化系统的框除中,最底层是媒体直播设备,包括IP多画面、摄像机等等,核心是网络交换设备,上层跑的是网络控制器,最上层是SDN。SDN一定要能控到底层的媒体接点的设备,系统才能跑得通,假设是索尼的设备,便就要以索尼的LSM实现,防止其封闭。

SDN只需要控制核心网络交换设备就可以,避免第三方媒体设备的不可控,也不必支持IS05。而CISCO有NBM用于无阻塞调度的管理,华为也在开发网络控制器完成类似的功能,让SDN更专注于业务。从SDI over IP角度来说,核心路由器+SDN的方案比较完美,其工程师的信号思路也和AV矩阵类似,但仍是一种IP化第一阶段的感觉。

虽总台的解决方案还没有能够最终的推出,但为构建IP化系统提供了全新的可能性,到了2020年,各个厂家已经能慢慢地支持NMOS,支持IS 04/05。

未来IP化的思考与展望

IP化引出新的问题,2110无压缩12G的流和新媒体的流之间如何融合制作?如何体现全IP化的优势?如何保证回基带转换?

未来计划在上海的央视总台分部建一个4K/8K+5G超高清的直播系统,同时和各种新媒体端进行连接,但是跟后期的系统、其他的子系统交互往往使用的还是基带的方式。为节省成本,现在的方式无非是把演播室播出的信号和节目拿一个推流服务器推到平台上,然后再做多端APP端的分发。反过来,能将从端上如微博、微信等得到的数据统计反馈到演播室或者是转播车,通过包装系统进行上屏,类似于加入了一个电视互动的功能。

央视总台IP化制播的探索经验-DVBCN

国外的如世界最大的转播服务公司NEP,在全球拥有超过50个演播室,以“Anyone Anywhere”为目标,突破时间与空间限制的电视制作系统,IP技术也为NEP极大的节省了成本,提高了设备的利用率,大大减少设备和人员的周转,但是其实现都是基于原始业务。欧美等国搞了很多IP化,但都是高清的,真正做4K/8K超高清的,其实是中日韩较为靠前一些。

5G高带宽下,超高清大视频将是最可行的应用场景,因此总台与三大运营商以及华为等签署了战略协议。很多IP化现在很多优势还没有体现出来,但是并不是说IP化就不要做,由于其将改变了制作流程的基础,可能性就会变得很多。

随着ICT的技术演进,如果不能把传统广播电视和最新的技术结合在一起,也将很可能就会被这个时代所淘汰。广电也要重新定位自己,“先网后台”,把自己定义为视音频,原创视音频的发布机构,重新占领最风口浪尖的技术,在浪头上好好搏击一把,而IP化恰恰是一切的基础。

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