电视台4K进行时：超高清制播系统向IP化演进
【慧聪广电网】近两年来，伴随超高清视频产业的快速发展，超高清视频业务逐步在家庭场景普及，为家庭用户带来非一般的视觉体验。但同时，传统广播电视制作流程和体系也制约了当前广播电视行业在超高清领域的发展。
在近日召开的中国超高清视频产业联盟CUVA年度会议上，华为制播网MediaFabric路由器解决方案荣获中国超高清视频产业联盟年度“重大技术突破奖”。该方案凭借NetEngine路由器强大的网络处理能力和先进的IP净切换算法，解决了通用IP交换矩阵难以实现净切换的技术难题，实现广播电视台的制播系统和生产系统的解耦，使媒体融合创新的应用成为可能，助力超高清视频产业健康发展。
当前4K/8K的发展现状与问题
当前，我国4K超高清电视尚处于起步阶段。一直以来，国内对于4K相关产业的投入与研发从未间断过。由于4K超高清电视将是广播电视又一次重大技术进步和转型升级，是对电视系统和工作流程的再造，是一项复杂的系统工程，涉及的环节多、领域广、影响大，因此确保4K超高清电视能够健康有序发展显得很有必要。
2013年，央视便已经开始投入4K节目的生产线，并进行了一系列4K专题片的制作；2014年，央视使用4K技术录制了巴西世界杯的3场比赛；2014年，央视开始使用4K摄录一体机对春晚彩排进行拍摄；2015年，央视将一套六讯道4K现场转播系统放入春晚一号厅演播室，开始用4K现场制作方式完成了春晚整场彩排的实况录制。2018年，央视春晚实现4K制作，在春晚高清电视台直播的同时，同步制作了4K超高清版的春晚电视节目，北京、上海、广东和贵州的用户，可通过中央电视台在有线电视网建设的“央视专区”互动电视平台点播4K超高清央视春晚。2019年，春晚将真正实现4K直播。
2017年9月20日，广电总局发布的《新闻出版广播影视“十三五”发展规划》提出要“适时开播4K超高清电视试验频道，推动构建高清、4K超高清电视混合播出系统”。11月9日，广电总局在《关于规范和促进4K超高清电视发展的通知》中指出“优先支持高清电视发展较好的省份和机构开展4K超高清电视试点，坚持试点先行，稳中求进；各地区、各部门要妥善处理发展高清电视与超高清电视的关系，做好统筹协调。优先支持高清电视发展较好的省份、机构开展4K超高清电视试点，在内容建设、技术支撑、运行管理、措施保障等多个方面进行探索和实践，取得经验后再逐步推广”。
2018年1月3日，工信部电子信息司在北京召开超高清视频产业发展工作座谈会，提出，将组建中国超高清视频产业联盟，制定《超高清视频产业发展行动计划(2018-2022年)》，推动超高清内容建设和行业应用，支持北京、广东等地方产业集聚发展和先行示范。
2018年9月，广电总局印发《4K超高清电视技术应用实施指南（2018版）》，适用于3840×2160分辨率、50帧/秒帧率、10bit量化精度、BT.2020色域、高动态范围（HDR）的4K超高清电视节目制作、播出、编码、传输系统与终端的适配。
近几年来，在广电总局相关政策的指导下，推动了国内4K超高清电视健康有序发展、部分地方政府大力推动4K超高清电视产业发展的背景下，中国4K超高清电视产业发展进入提速阶段。
2017年12月，广东广播电视台4K超高清播出系统完成4K超高清电视播出控制、管理及监控平台的建设，并于23日开始率先试验播出全国4K频道——广东影视4K超高清频道。2018年10月16日，广东广播电视台综艺频道4K超高清开播。节目内容仍以综艺节目为主，同时配比播出影视剧、纪录片、综艺类趣味体育、综艺类生活等4K超高清节目。
2018年10月1日，中央广播电视总台4K超高清试验频道正式开播，落地16省市有线电视网，覆盖4K用户1360万。每天在06:00到24:00播出18个小时（首播6个小时，重复播出2次），通过中国有线国干网和中星6A卫星覆盖全国。
但是，在4K超高清频道开播的背后，我们也清楚的认识到，当前基于SDI的传统广播电视制作流程和体系制约了电视内容的制作与播出，制约了行业的发展。因此，改造前端的内容生产制作系统，提升超高清节目内容的生产制作效率成为广播电视行业客户的普遍需求。
IP化是技术进程的必然选择
近年来，电视行业在完成了数字化和网络化升级后，随着融合媒体、超高清等技术的发展应用，全媒体融合业务平台的建设被提上了日程。但是，融合平台的内容汇聚、制作、统一调度与传输、多渠道发布都对电视台的业务系统提出了更高的需求，传统电视行业通用的SDI技术架构已经难以适应。而IP技术以多样的兼容性、灵活的数据交换方式、庞大的带宽为全媒体融合平台提供了有效的解决方案，通用的IT架构、软件化将是超高清电视发展的未来。
那么，为什么大部分电视台仍然使用SDI传输？因为SDI无压缩内容，图像质量高；不丢帧；具有很低的延迟和抖动；基于帧的准确切换很简单；单向传输，简单的协议；系统连接简单；而IT技术的进步正在改变这一现象。
SDI制播系统制约超高清内容生产
随着越来越多的厂商推出了支持全IP架构的台内基础设施产品和解决方案，IP化相较于SDI，优势也越来越明显。一是IP网络覆盖范围大，传输技术已经成熟，与SDI路由和网络相比，IP的路由和网络有更大的灵活性，可以实现中心和下变换流制作的全新的工作流程；二是全IP网络化的流程具有可扩展性，对于以后的升级扩容更加便捷；三是布线简单，可重用设备；四是较传统设备而言节约投资，可以使用现有的IT低成本的设备，更加经济，降低布线的成本，减轻线缆的重量；五是IP信号压缩编码方式非常成熟，上下游业务以及相关设备的IP化进程也不断加快。这些都导致了全台IP化必将成为电视媒体未来发展的趋势。
与此同时，传统广播电视业务正面临从HD向4K/8KUHD演进、从单一电视业务向融媒体业务演进，SDI基础技术架构已经显得力不从心，在传送带宽、传送距离、部署运维成本、灵活性、自动化、智能化等方面与业务需求存在巨大差距。为有效解决广电客户面临的挑战，华为与湖南广播电视台展开了联合创新，聚焦4K/8K超高清视频内容制作，开展制播网IP化技术创新，共同推出了MediaFabric解决方案。该方案可广泛部署于广播电视台的转播车、演播室、总控、收录、播出等各个场景，全面支撑广播电视台4K/8K超高清节目制播需求。
MediaFabric，解决电视台IP化六大问题
华为联合湖南广播电视台联合发布MediaFabric4K制播IP化解决方案，是基于自主研发的网络处理器芯片技术和创新的软件算法实现了超高清音视频净切换，攻克了基于通用IP交换矩阵实现净切换的技术难关，为广播电视制播系统向超高清方向演进奠定了坚实的基础。该方案将大大提升广播电视台4K/8K超高清视频内容制作效率，带领广电行业的技术变革，使媒体融合创新的应用成为可能，助力全球超高清和融合媒体产业的健康发展。
湖南广播电视台表示："通过与华为展开的联合创新，湖南电视台实现了对传统电视台的颠覆性革命，此次联合创新是我们制播网IP化战略的关键一步，未来我们将与华为继续深入合作，加强联合创新，共同推动超高清产业的发展。"
那么，MediaFabric4K制播IP化解决方案解决了当前电视台IP化面临的哪些问题呢？总结起来，一共解决了电视当前面临的六大问题：
一是解决通用IP交换矩阵无法实现净切换的问题，能够提供高质量制播。
业界一度认为通用IP交换设备产品根本无法解决音视频净切换问题，电视台客户在享受制播系统IP化带来的灵活性和低成本等好处时必须有所牺牲，即允许音视频切换质量下降，允许视频画面残缺不完整。而华为利用通用IP路由器强大的NP网络处理器能力和净切换软件算法，可以做到音视频调度切换画面无损、即切即得、标准兼容。
画面无损即支持整帧切换，消除普通IP矩阵报文切换时带来的画面残缺、黑场、静帧等问题；“即切即得”指交换矩阵芯片收到切换调度指令后能够在瞬间完成净切换，保障良好地换操作体验；“标准兼容”即遵循ST2022-6、ST2110标准，支持SD/HD/UHD各种标准的音视频流及辅助数据的净切换。
二是解决了IP制播系统时钟同步精度问题。
电视台制播系统要求准确时钟同步，以实现帧同步，保证画面稳定和唇音同步。在传统基于SDI的SD/HD制播系统当中，通常采用黑场信号（BlackBurst）、三电平信号（TLS）进行时钟同步，技术简单可靠，而在基于IP的制播系统当中，则需要采用PTP时钟同步技术。业界引入PTP的时钟同步技术的过程并不顺利，实际部署当中常常遇到时钟同步精度的问题，其根本原因在于PTP时间同步不仅仅是一个简单的软件协议，它高度依赖硬件芯片来保障其精度要求，同时时延补偿的相关技术也非常关键。华为提供的IP交换矩阵遵循ST2059标准，支持OC/BC/TC各种工作模式，支持BMC时钟保护，支持高精度MAC层硬件时戳和双向时延差补偿，在移动通信等领域经过大量商用部署，具备非常好的同步精度。
PTP精准时钟同步
三是解决了安全播出问题，该方案可以实现基于成熟部署平台个性化定制，从而提升控、管、监运维能力。
众所周知，电视台对于安全播出的要求非常高，以某大型电视台为例，全年各种播出事故总时间不超过20秒，单次故障时间不允许超过3秒钟。如何保障IP制播系统的可靠性和稳定性以及如何满足广播电视行业的控、管、监诉求是广大电视台客户的重要关切点。
华为MediaFabric方案基于在国内外运营商规模部署的硬件平台构建，该硬件平台可以提供芯片级、设备级、网络级的高可靠运行保障，遵循了媒资行业ST2022-7的标准，通过部署主备业务流实现业务流可靠性保障。
四是降低了制播系统部署复杂性和成本。
华为MediaFabric解决方案能够帮助电视台客户有效控制UHD超高清制播系统整体建设和运维成本。一是基于通用IP路由器的开放解耦架构，有利于促进竞争、降低总体建设和运维成本；二是通过IP交换矩阵内置净切换、组播NAT、PTP时钟同步、可视化等功能，可以帮助电视台客户节约净切换媒资终端设备、组播NAT网关、PTP时钟发生器的投资；三是华为MediaFabric极简网络架构也可以减少系统内的大量互联端口，避免了IP交换矩阵端口的浪费，其强大的自动化、智能化的管理运维能力也可以帮助电视台客户节约大量管理运维成本。
五是解决了IP制播系统持续发展演进的问题。
传统广播电视节目制作系统采用以切换台为中心的系统架构，但是传统切换台内置交换矩阵容量非常小，通常不大于128*128，而且其M/E架构的现场制作的能力也非常受限。华为MediaFabric解决方案提供真正面向未来的以IP交换矩阵为中心的广播电视制播系统基础架构，具有简洁、超宽、开放、安全、智能等特点，能够支撑电视台音视频制作系统向软件定义、云化和虚拟化方向持续演进。华为IP交换矩阵内置视音频流净切换、组播NAT、PTP时钟同步等功能，使得MediaFabric整体系统架构非常简洁高效，一方面大大降低了周边媒资设备的技术要求，确保整个制播系统更加可靠，另一方面使得各个音视频制作子系统之间相互解耦，有利于各个广播电视设备厂商发挥各自技术优势，相互组合出适合的音视频制作系统。基于华为MediaFabric解决方案架构，虚拟演播室、软件定义切换台、媒体功能虚拟化等将变得更加容易部署实施。
六是开放生态，实现产业链协同共赢。
华为MediaFabric解决方案硬件平台支持NETCONF,Telemetry,SNMP等标准北向接口协议，并通过开放北向接口的方式实现多厂商媒资控制器的无缝集成对接。通过与标准组织、产业联盟、主流广电厂商开放合作，遵循ST2022,ST2110,ST2059等标准协议,保持与广电厂商各种音视频终端设备良好的互通性。
华为企业路由器领域总经理马烨表示：“华为制播网MediaFabric路由器解决方案，彻底解决了超高清产业链中制播系统IP化的挑战，提升了广播电视台4K/8K超高清视频内容制作效率，助力了全球超高清和融合媒体产业的健康发展。未来，华为将与行业生态伙伴展开更加广泛和深入的合作，共同推动广播电视基础架构革新，促进4K/8K超高清产业进一步发展和繁荣。
目前，电视播控体系IP化已是大势所趋。IP化既给广电行业带来了机会，也带来了挑战。IP化也会带来技术维护、应急和售后服务的变化。IT的售后服务模式在IP化过程中将会进入到广电领域。在可以预见的未来，IP化将使电视台的效率进一步提升，同时成为电视台常态化的存在。
