【慧聰廣電網】近兩年來，伴隨超高清視頻產業的快速發展，超高清視頻業務逐步在家庭場景普及，為家庭用戶帶來非一般的視覺體驗。但同時，傳統廣播電視製作流程和體系也制約了當前廣播電視行業在超高清領域的發展。
在近日召開的中國超高清視頻產業聯盟CUVA年度會議上，華為制播網Media Fabric路由器解決方案榮獲中國超高清視頻產業聯盟年度「重大技術突破獎」。該方案憑藉NetEngine路由器強大的網絡處理能力和先進的IP淨切換算法，解決了通用IP交換矩陣難以實現淨切換的技術難題，實現廣播電視臺的制播系統和生產系統的解耦，使媒體融合創新的應用成為可能，助力超高清視頻產業健康發展。
當前4K/8K的發展現狀與問題
當前，我國4K超高畫質電視尚處於起步階段。一直以來，國內對於4K相關產業的投入與研發從未間斷過。由於4K超高畫質電視將是廣播電視又一次重大技術進步和轉型升級，是對電視系統和工作流程的再造，是一項複雜的系統工程，涉及的環節多、領域廣、影響大，因此確保4K超高畫質電視能夠健康有序發展顯得很有必要。
2013年，央視便已經開始投入4K節目的生產線，並進行了一系列4K專題片的製作；2014年，央視使用4K技術錄製了巴西世界盃的3場比賽；2014年，央視開始使用 4K 攝錄一體機對春晚彩排進行拍攝；2015年，央視將一套六訊道 4K 現場轉播系統放入春晚一號廳演播室，開始用 4K 現場製作方式完成了春晚整場彩排的實況錄製。2018年，央視春晚實現4K製作，在春晚高畫質電視臺直播的同時，同步製作了4K超高清版的春晚電視節目，北京、上海、廣東和貴州的用戶，可通過中央電視臺在有線電視網建設的 「央視專區」互動電視平臺點播4K超高清央視春晚。2019年，春晚將真正實現4K直播。
2017 年9月20日，廣電總局發布的《新聞出版廣播影視「十三五」發展規劃》提出要「適時開播4K超高畫質電視試驗頻道，推動構建高清、4K超高畫質電視混合播出系統」。 11月9日，廣電總局在《關於規範和促進4K超高畫質電視發展的通知》中指出「優先支持高畫質電視發展較好的省份和機構開展4K超高畫質電視試點，堅持試點先行，穩中求進；各地區、各部門要妥善處理發展高畫質電視與超高畫質電視的關係，做好統籌協調。優先支持高畫質電視發展較好的省份、機構開展4K超高畫質電視試點，在內容建設、技術支撐、運行管理、措施保障等多個方面進行探索和實踐，取得經驗後再逐步推廣」。
2018年1月3日，工信部電子信息司在北京召開超高清視頻產業發展工作座談會，提出，將組建中國超高清視頻產業聯盟，制定《超高清視頻產業發展行動計劃(2018-2022年)》，推動超高清內容建設和行業應用，支持北京、廣東等地方產業集聚發展和先行示範。
2018年9月，廣電總局印發《4K超高畫質電視技術應用實施指南（2018版）》，適用於3840×2160解析度、50幀/秒幀率、10bit量化精度、BT.2020色域、高動態範圍（HDR）的4K超高畫質電視節目製作、播出、編碼、傳輸系統與終端的適配。
近幾年來，在廣電總局相關政策的指導下，推動了國內4K超高畫質電視健康有序發展、部分地方政府大力推動4K超高畫質電視產業發展的背景下，中國4K超高畫質電視產業發展進入提速階段。
2017年12月，廣東廣播電視臺4K超高清播出系統完成4K超高畫質電視播出控制、管理及監控平臺的建設，並於23日開始率先試驗播出全國4K頻道——廣東影視4K超高清頻道。2018年10月16日，廣東廣播電視臺綜藝頻道4K超高清開播。節目內容仍以綜藝節目為主，同時配比播出影視劇、紀錄片、綜藝類趣味體育、綜藝類生活等4K超高清節目。
2018年10月1日，中央廣播電視總臺4K超高清試驗頻道正式開播，落地16省市有線電視網，覆蓋4K用戶1360萬。每天在06:00到24:00播出18個小時（首播6個小時，重複播出2次），通過中國有線國幹網和中星6A衛星覆蓋全國。
但是，在4K超高清頻道開播的背後，我們也清楚的認識到，當前基於SDI的傳統廣播電視製作流程和體系制約了電視內容的製作與播出，制約了行業的發展。因此，改造前端的內容生產製作系統，提升超高清節目內容的生產製作效率成為廣播電視行業客戶的普遍需求。
IP化是技術進程的必然選擇
近年來，電視行業在完成了數位化和網絡化升級後，隨著融合媒體、超高清等技術的發展應用，全媒體融合業務平臺的建設被提上了日程。但是，融合平臺的內容匯聚、製作、統一調度與傳輸、多渠道發布都對電視臺的業務系統提出了更高的需求，傳統電視行業通用的SDI技術架構已經難以適應。而IP技術以多樣的兼容性、靈活的數據交換方式、龐大的帶寬為全媒體融合平臺提供了有效的解決方案，通用的IT架構、軟體化將是超高畫質電視發展的未來。
那麼，為什麼大部分電視臺仍然使用SDI傳輸？因為SDI無壓縮內容，圖像質量高；不丟幀；具有很低的延遲和抖動；基於幀的準確切換很簡單；單向傳輸，簡單的協議；系統連接簡單；而IT技術的進步正在改變這一現象。
SDI制播系統制約超高清內容生產
隨著越來越多的廠商推出了支持全IP架構的臺內基礎設施產品和解決方案，IP化相較於SDI，優勢也越來越明顯。一是IP網絡覆蓋範圍大，傳輸技術已經成熟，與SDI路由和網絡相比，IP的路由和網絡有更大的靈活性，可以實現中心和下變換流製作的全新的工作流程；二是全IP網絡化的流程具有可擴展性，對於以後的升級擴容更加便捷；三是布線簡單，可重用設備；四是較傳統設備而言節約投資，可以使用現有的IT低成本的設備，更加經濟，降低布線的成本，減輕線纜的重量；五是IP信號壓縮編碼方式非常成熟，上下遊業務以及相關設備的IP化進程也不斷加快。這些都導致了全臺IP化必將成為電視媒體未來發展的趨勢。
與此同時，傳統廣播電視業務正面臨從HD向4K/8K UHD演進、從單一電視業務向融媒體業務演進，SDI基礎技術架構已經顯得力不從心，在傳送帶寬、傳送距離、部署運維成本、靈活性、自動化、智能化等方面與業務需求存在巨大差距。為有效解決廣電客戶面臨的挑戰，華為與湖南廣播電視臺展開了聯合創新，聚焦4K/8K超高清視頻內容製作，開展制播網IP化技術創新，共同推出了Media Fabric解決方案。該方案可廣泛部署於廣播電視臺的轉播車、演播室、總控、收錄、播出等各個場景，全面支撐廣播電視臺4K/8K超高清節目制播需求。
Media Fabric，解決電視臺IP化六大問題
華為聯合湖南廣播電視臺聯合發布Media Fabric 4K制播IP化解決方案，是基於自主研發的網絡處理器晶片技術和創新的軟體算法實現了超高清音視頻淨切換，攻克了基於通用IP交換矩陣實現淨切換的技術難關，為廣播電視制播系統向超高清方向演進奠定了堅實的基礎。該方案將大大提升廣播電視臺4K/8K超高清視頻內容製作效率，帶領廣電行業的技術變革，使媒體融合創新的應用成為可能，助力全球超高清和融合媒體產業的健康發展。
湖南廣播電視臺表示："通過與華為展開的聯合創新，湖南電視臺實現了對傳統電視臺的顛覆性革命，此次聯合創新是我們制播網IP化戰略的關鍵一步，未來我們將與華為繼續深入合作，加強聯合創新，共同推動超高清產業的發展。"
那麼，Media Fabric 4K制播IP化解決方案解決了當前電視臺IP化面臨的哪些問題呢？總結起來，一共解決了電視當前面臨的六大問題：
一是解決通用IP交換矩陣無法實現淨切換的問題，能夠提供高質量制播。
業界一度認為通用IP交換設備產品根本無法解決音視頻淨切換問題，電視臺客戶在享受制播系統IP化帶來的靈活性和低成本等好處時必須有所犧牲，即允許音視頻切換質量下降，允許視頻畫面殘缺不完整。而華為利用通用IP路由器強大的NP網絡處理器能力和淨切換軟體算法，可以做到音視頻調度切換畫面無損、即切即得、標準兼容。
畫面無損即支持整幀切換，消除普通IP矩陣報文切換時帶來的畫面殘缺、黑場、靜幀等問題；「即切即得」指交換矩陣晶片收到切換調度指令後能夠在瞬間完成淨切換，保障良好地換操作體驗；「標準兼容」即遵循ST2022-6、ST2110標準，支持SD/HD/UHD各種標準的音視頻流及輔助數據的淨切換。
二是解決了IP制播系統時鐘同步精度問題。
電視臺制播系統要求準確時鐘同步，以實現幀同步，保證畫面穩定和唇音同步。在傳統基於SDI的SD/HD制播系統當中，通常採用黑場信號（Black Burst）、三電平信號（TLS）進行時鐘同步，技術簡單可靠，而在基於IP的制播系統當中，則需要採用PTP時鐘同步技術。業界引入PTP的時鐘同步技術的過程並不順利，實際部署當中常常遇到時鐘同步精度的問題，其根本原因在於PTP時間同步不僅僅是一個簡單的軟體協議，它高度依賴硬體晶片來保障其精度要求，同時時延補償的相關技術也非常關鍵。華為提供的IP交換矩陣遵循ST2059標準，支持OC/BC/TC各種工作模式，支持BMC時鐘保護，支持高精度MAC層硬體時戳和雙向時延差補償，在移動通信等領域經過大量商用部署，具備非常好的同步精度。
PTP精準時鐘同步
三是解決了安全播出問題，該方案可以實現基於成熟部署平臺個性化定製，從而提升控、管、監運維能力。
眾所周知，電視臺對於安全播出的要求非常高，以某大型電視臺為例，全年各種播出事故總時間不超過20秒，單次故障時間不允許超過3秒鐘。如何保障IP制播系統的可靠性和穩定性以及如何滿足廣播電視行業的控、管、監訴求是廣大電視臺客戶的重要關切點。
華為Media Fabric方案基於在國內外運營商規模部署的硬體平臺構建，該硬體平臺可以提供晶片級、設備級、網絡級的高可靠運行保障，遵循了媒資行業ST 2022-7的標準，通過部署主備業務流實現業務流可靠性保障。
四是降低了制播系統部署複雜性和成本。
華為Media Fabric解決方案能夠幫助電視臺客戶有效控制UHD超高清制播系統整體建設和運維成本。一是基於通用IP路由器的開放解耦架構，有利於促進競爭、降低總體建設和運維成本；二是通過IP交換矩陣內置淨切換、組播NAT、PTP時鐘同步、可視化等功能，可以幫助電視臺客戶節約淨切換媒資終端設備、組播NAT網關、PTP時鐘發生器的投資；三是華為Media Fabric極簡網絡架構也可以減少系統內的大量互聯埠，避免了IP交換矩陣埠的浪費，其強大的自動化、智能化的管理運維能力也可以幫助電視臺客戶節約大量管理運維成本。
五是解決了IP制播系統持續發展演進的問題。
傳統廣播電視節目製作系統採用以切換臺為中心的系統架構，但是傳統切換臺內置交換矩陣容量非常小，通常不大於128*128，而且其M/E架構的現場製作的能力也非常受限。華為Media Fabric解決方案提供真正面向未來的以IP交換矩陣為中心的廣播電視制播系統基礎架構，具有簡潔、超寬、開放、安全、智能等特點，能夠支撐電視臺音視頻製作系統向軟體定義、雲化和虛擬化方向持續演進。華為IP交換矩陣內置視音頻流淨切換、組播NAT、PTP時鐘同步等功能，使得Media Fabric整體系統架構非常簡潔高效，一方面大大降低了周邊媒資設備的技術要求，確保整個制播系統更加可靠，另一方面使得各個音視頻製作子系統之間相互解耦，有利於各個廣播電視設備廠商發揮各自技術優勢，相互組合出適合的音視頻製作系統。基於華為Media Fabric解決方案架構，虛擬演播室、軟體定義切換臺、媒體功能虛擬化等將變得更加容易部署實施。
六是開放生態，實現產業鏈協同共贏。
華為Media Fabric解決方案硬體平臺支持NETCONF, Telemetry, SNMP等標準北向接口協議，並通過開放北向接口的方式實現多廠商媒資控制器的無縫集成對接。通過與標準組織、產業聯盟、主流廣電廠商開放合作，遵循ST2022, ST2110, ST2059等標準協議, 保持與廣電廠商各種音視頻終端設備良好的互通性。
華為企業路由器領域總經理馬燁表示：「華為制播網Media Fabric路由器解決方案，徹底解決了超高清產業鏈中制播系統IP化的挑戰，提升了廣播電視臺4K/8K超高清視頻內容製作效率，助力了全球超高清和融合媒體產業的健康發展。未來，華為將與行業生態夥伴展開更加廣泛和深入的合作，共同推動廣播電視基礎架構革新，促進4K/8K超高清產業進一步發展和繁榮。
目前，電視播控體系IP化已是大勢所趨。IP化既給廣電行業帶來了機會，也帶來了挑戰。IP化也會帶來技術維護、應急和售後服務的變化。IT的售後服務模式在IP化過程中將會進入到廣電領域。在可以預見的未來，IP化將使電視臺的效率進一步提升，同時成為電視臺常態化的存在。
責任編輯：王彩屏