下一代IP播出系统浅析

刊发时间:2018-06-25 A3版  作者:施慧明

  在这个高速发展的互联网时代,随着4K技术的发展,IPTV、OTT、新媒体对传统媒体的冲击。对传统电视的冲击十分巨大,传统媒体面临新一轮的“洗牌”,传统业务逐渐向新媒体业务转型,传统编辑在向云非编发展,传统全台网业务主干系统向中央厨房式融媒体平台发展。然而,传统播出系统呢?复杂的设备组成、繁琐的走线、高昂的成本、低下的效率将决定着传统播出将会退出历史舞台,被IP化播出系统所取代。
  一、IP化播出发展背景
  从传统的带播到硬盘播出,再到今天的IP化播出;播出信号从模拟信号到数字标清信号到高清信号,再到正在建设的超高清和3D播出;2010年中国平均网速仅0.8兆,2014年固定宽带网络平均下载速率达到4.40Mbit/s,到2017年提升到16.40Mbit/s,充分体现了互联网时代的到来,网络速度将呈几何状上升,未来将达到一个无法想象的空间。
  我们计划实施IP播出时,而美国已经打算彻底IP化了,当我们的播出规模达到一定程度后,带给我们的烦恼就来了。目前的核心问题其实不在于技术端,而在于消费者端,我们应该积极构建迎合消费者所喜爱的体验。在现代科技里,速度和质量通常是相互矛盾的,但实际上速度是实现质量的一种手段。我们目前面对的业务压力前所未有之大,如果IP技术和IP基础设施都具有可靠性和可行性,那么它的发展速度将超出我们的想象力。因此,我们何不大胆地去尝试一下呢?
  二、IP化播出概述
  目前,国际化标准组织已经制定了各种IP化的音视频网络协议,对开辟新一代的播出系统悄然布局,各电视台显然在这场革命中应抢占先机,获取市场竞争的主动权,并提高电视台的影响力和权威性。
  用IT设备实现的新一代广播电视系统已成为当今的一个话题,IP化播出是采用IT化设备+虚拟化技术+云计算的有机结合,构建了一套科学的数据播出系统,对于有效资源的挖掘和利用有极大的促进作用,同时也是行业发展的必然趋势。
  随着近年来IP技术的蓬勃发展,IP技术以其方便灵活的交换方式已经渗透到了所有关于数据传输交换的领域,为多种技术的有效融合提供了便捷多样的方案。数字电视的发展当然也不例外,现在已经形成了以高性能核心交换设备为中心,配合数字电视IP打包、处理、适配(数字媒体管理器)设备构成IP化数字电视前端的全新方式。
  三、IP化播出的新技术
  1、软件定义的网络化
  软件定义的工作流程则可以让我们从传统的私有硬件架构解放出来,转而走向开放的、通用的、统一的硬件平台,通过虚拟化的管理方式完成系统的设计、执行、监管和维护。这样的系统可以为我们提供最好的灵活性,以适应各类事件,获取最大的收益,而且可以帮助我们方便地开展OTT业务,增加收益模式。
  2、IP交换机为核心,所有信号转为IP
  由于越来越多的设备开始支持IP,故整个系统未来的成本较低。IP化播出采用顶架结构,这种方式便于信号管理,设备逐渐从基带信号向IP方向转换,实现链路级的冗余便于维护,也将降低服务成本。
  3、过渡采用SDI矩阵为核心,少数IP转换设备为辅的方式
  在过渡期,大部分信号或设备都还是SDI信号,一次性淘汰所有SDI设备是不现实和科学的。因此,我们可以采用SDI矩阵为核心,少数IP转换设备为辅的方式,这样可以降低风险,基带用矩阵,IP用交换机。
  4、制作节目采用音频分离格式
  制作域建议采用分离音频,基于IP的音频设备(AES67),音频处理器、调音台、麦克风、扬声器等都要通过IP。例如:2022-6 (SDI-over-IP) 加上 AES67 (Audio-over-IP)将SDI以2022-6方式封装为IP,同时将音频以AES67的方式封装。当生成SDI时,通过2022-6还原视频,亦可以通过AES67还原音频并可以覆盖原有音频。
  5、基本IP的切换技术
  在链路上:IP播出系统中我们通常会采用数据中心级别的商业交换机(比如:Brocade, Cisco, HP, Arista等)。采用主备两台交换机,两个交换机同时送出信号,支持SMPTE 2022-7无缝切换的设备进行接收,可以保护包括丢包、链路中断以及线缆故障等所有问题。
  在逻辑上:IP的信号发射设备即虚拟IP矩阵的“信源”,信源一直在组播group和端口上进行信号发射;IP的信号接收设备即虚拟IP矩阵的“目的”控制系统告诉目的去监听哪个组播,目的设备可以通过净切换的方式将信号切换至另一个上;控制系统采用SDN技术对交换机发出指令,将正确的组播信号发送至正确的交换机物理端口,在控制系统内保持跟踪组播地址与端口号,让所有事物看起来像一个虚拟的IP矩阵,管理物理矩阵与虚拟矩阵之间的级联通道。
  四、传统播出和IP化播出的优缺点对比
  1、传统播出的优缺点
  传统播出成本十分高,需要多台服务和完善的周边设备构成;复杂度高,工程师往往需要数几个月才能完成3个频道的施工;维护十分麻烦,若出现故障,需要一根线一根线排查,如果施工时线路没有标注明确,工程师的头就大了;多种分发需求不灵活,许多单一崩溃点,播出的高安全性就十分差了;不能适应4K技术的发展,可扩展性差。
  2、IP化播出的优缺点
  网络安全问题。高清数字电视传统的SDI架构是封闭、单向的网络,传输数据有固定协议,网络很安全;而IP架构则是开放的、双向的网络,IP化进程必然带来新的网络安全问题。目前IP 网络安全保护技术和设备已经完备,能够保证网络和数据的安全。具体安全措施有:部署防火墙、部署防病毒网关、部署IDS入侵检测设备或IPS入侵防护设备、部署网络物理隔离网闸、采用私有协议、屏蔽危险端口、建立安全管理平台、实施数据库审计和运维审计等等。
  IP化播出对于电视台操作人员和技术维护人员来说是一件头疼的事,因为又需要重新通过培训、学习,掌握系统流程、操作应用软件。IP化播出的优势是易于扩展,在增加频道数量方面十分方便;设备变少,连接线也会变少,主要设备为切换矩阵、交换机、IP播出服务器等;大大降低了技术人员的维护劳动成本,设备故障容错性更强、更易于软件系统重构;文件转换的节点更少,文件质量更高;网络安全性高,同步率更高。

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下一代IP播出系统浅析

刊发时间:2018-06-25 A3版  作者:施慧明 【字体:大 中 小】

  在这个高速发展的互联网时代,随着4K技术的发展,IPTV、OTT、新媒体对传统媒体的冲击。对传统电视的冲击十分巨大,传统媒体面临新一轮的“洗牌”,传统业务逐渐向新媒体业务转型,传统编辑在向云非编发展,传统全台网业务主干系统向中央厨房式融媒体平台发展。然而,传统播出系统呢?复杂的设备组成、繁琐的走线、高昂的成本、低下的效率将决定着传统播出将会退出历史舞台,被IP化播出系统所取代。
  一、IP化播出发展背景
  从传统的带播到硬盘播出,再到今天的IP化播出;播出信号从模拟信号到数字标清信号到高清信号,再到正在建设的超高清和3D播出;2010年中国平均网速仅0.8兆,2014年固定宽带网络平均下载速率达到4.40Mbit/s,到2017年提升到16.40Mbit/s,充分体现了互联网时代的到来,网络速度将呈几何状上升,未来将达到一个无法想象的空间。
  我们计划实施IP播出时,而美国已经打算彻底IP化了,当我们的播出规模达到一定程度后,带给我们的烦恼就来了。目前的核心问题其实不在于技术端,而在于消费者端,我们应该积极构建迎合消费者所喜爱的体验。在现代科技里,速度和质量通常是相互矛盾的,但实际上速度是实现质量的一种手段。我们目前面对的业务压力前所未有之大,如果IP技术和IP基础设施都具有可靠性和可行性,那么它的发展速度将超出我们的想象力。因此,我们何不大胆地去尝试一下呢?
  二、IP化播出概述
  目前,国际化标准组织已经制定了各种IP化的音视频网络协议,对开辟新一代的播出系统悄然布局,各电视台显然在这场革命中应抢占先机,获取市场竞争的主动权,并提高电视台的影响力和权威性。
  用IT设备实现的新一代广播电视系统已成为当今的一个话题,IP化播出是采用IT化设备+虚拟化技术+云计算的有机结合,构建了一套科学的数据播出系统,对于有效资源的挖掘和利用有极大的促进作用,同时也是行业发展的必然趋势。
  随着近年来IP技术的蓬勃发展,IP技术以其方便灵活的交换方式已经渗透到了所有关于数据传输交换的领域,为多种技术的有效融合提供了便捷多样的方案。数字电视的发展当然也不例外,现在已经形成了以高性能核心交换设备为中心,配合数字电视IP打包、处理、适配(数字媒体管理器)设备构成IP化数字电视前端的全新方式。
  三、IP化播出的新技术
  1、软件定义的网络化
  软件定义的工作流程则可以让我们从传统的私有硬件架构解放出来,转而走向开放的、通用的、统一的硬件平台,通过虚拟化的管理方式完成系统的设计、执行、监管和维护。这样的系统可以为我们提供最好的灵活性,以适应各类事件,获取最大的收益,而且可以帮助我们方便地开展OTT业务,增加收益模式。
  2、IP交换机为核心,所有信号转为IP
  由于越来越多的设备开始支持IP,故整个系统未来的成本较低。IP化播出采用顶架结构,这种方式便于信号管理,设备逐渐从基带信号向IP方向转换,实现链路级的冗余便于维护,也将降低服务成本。
  3、过渡采用SDI矩阵为核心,少数IP转换设备为辅的方式
  在过渡期,大部分信号或设备都还是SDI信号,一次性淘汰所有SDI设备是不现实和科学的。因此,我们可以采用SDI矩阵为核心,少数IP转换设备为辅的方式,这样可以降低风险,基带用矩阵,IP用交换机。
  4、制作节目采用音频分离格式
  制作域建议采用分离音频,基于IP的音频设备(AES67),音频处理器、调音台、麦克风、扬声器等都要通过IP。例如:2022-6 (SDI-over-IP) 加上 AES67 (Audio-over-IP)将SDI以2022-6方式封装为IP,同时将音频以AES67的方式封装。当生成SDI时,通过2022-6还原视频,亦可以通过AES67还原音频并可以覆盖原有音频。
  5、基本IP的切换技术
  在链路上:IP播出系统中我们通常会采用数据中心级别的商业交换机(比如:Brocade, Cisco, HP, Arista等)。采用主备两台交换机,两个交换机同时送出信号,支持SMPTE 2022-7无缝切换的设备进行接收,可以保护包括丢包、链路中断以及线缆故障等所有问题。
  在逻辑上:IP的信号发射设备即虚拟IP矩阵的“信源”,信源一直在组播group和端口上进行信号发射;IP的信号接收设备即虚拟IP矩阵的“目的”控制系统告诉目的去监听哪个组播,目的设备可以通过净切换的方式将信号切换至另一个上;控制系统采用SDN技术对交换机发出指令,将正确的组播信号发送至正确的交换机物理端口,在控制系统内保持跟踪组播地址与端口号,让所有事物看起来像一个虚拟的IP矩阵,管理物理矩阵与虚拟矩阵之间的级联通道。
  四、传统播出和IP化播出的优缺点对比
  1、传统播出的优缺点
  传统播出成本十分高,需要多台服务和完善的周边设备构成;复杂度高,工程师往往需要数几个月才能完成3个频道的施工;维护十分麻烦,若出现故障,需要一根线一根线排查,如果施工时线路没有标注明确,工程师的头就大了;多种分发需求不灵活,许多单一崩溃点,播出的高安全性就十分差了;不能适应4K技术的发展,可扩展性差。
  2、IP化播出的优缺点
  网络安全问题。高清数字电视传统的SDI架构是封闭、单向的网络,传输数据有固定协议,网络很安全;而IP架构则是开放的、双向的网络,IP化进程必然带来新的网络安全问题。目前IP 网络安全保护技术和设备已经完备,能够保证网络和数据的安全。具体安全措施有:部署防火墙、部署防病毒网关、部署IDS入侵检测设备或IPS入侵防护设备、部署网络物理隔离网闸、采用私有协议、屏蔽危险端口、建立安全管理平台、实施数据库审计和运维审计等等。
  IP化播出对于电视台操作人员和技术维护人员来说是一件头疼的事,因为又需要重新通过培训、学习,掌握系统流程、操作应用软件。IP化播出的优势是易于扩展,在增加频道数量方面十分方便;设备变少,连接线也会变少,主要设备为切换矩阵、交换机、IP播出服务器等;大大降低了技术人员的维护劳动成本,设备故障容错性更强、更易于软件系统重构;文件转换的节点更少,文件质量更高;网络安全性高,同步率更高。