不断变化的技术如何影响下一代电视中心设计和实现？

电视中心已在开始从SDI架构转换到以网络为中心的IP架构。很多人预测未来五年将发生重大变革。内容创意、制作和分配实体将可能从传统SDI转向沉浸于软件定义网络（SDN）的采用商用现货（COTS）解决方案的网络拓扑。由于此变化，高码率（HBR）、非压缩（UC）媒体信号传输和处理——特别是对于现场/实时制作活动，将成为我们未来的“下一代基础设施”。

最近采纳的SMPTE标准（包括ST 2022-6 & -7和ST2110）连同行业论坛（AIMS、VSF、AMWA）的活动和扩充，是将从根本上重塑整个电视中心的驱动力。扣好你的安全带，我们都期待一场激动人心的创新之旅。

图1 PTP使用一个信号传递系统

RTP IP带来新定时

在上篇中，我们谈到了一些“行为规则”、流程中的基本差异，以及数据流量结构如何影响IT/IP广播系统考虑。

在下篇中，我们将继续探讨变化的技术将如何影响下一代电视中心设计和实施。

IP用于专业媒体网络（PMN）将增加新“层”到传统实时演播室制作系统。PMN和支持它们的SMPTE标准为实时应用中包的定时、传输/辨识和校准采用了互联网工程任务组（IETF）实时传输协议（RTP）。RFC 3550（2003）为一个提供端到端网络传输功能的协议备忘录，适合多播或单播网络服务上传输实时数据（如音频、视频或仿真数据）的应用。它是ST 2110标准的一项基本原则。

一个称为精确时间协议（PTP）的新定时基准基于IEEE1588:2008（即PTPv2）。PTP取代通常用于SDI、AES或模拟系统内的“视频黑场”（和DARS）定时信号。PTP使用一个信号传递系统（图1），利用传播延迟消息交换，对网络内每个从设备确定主设备的精确时间参考。PTP消息被发送到每个网络交换器，在那里它们被传递到信源（发送器）和端点设备（接收器），用于包定时和校准。PMN上每个包将通过适当的IETF RFC内描述的协议参考此公共PTP信号定时。

PTP层次结构由一个主时钟（通常有一个备份）及一系列分布于全网的边界和/或透明时钟组成（图2）。一个“最佳的主时钟算法”（BMCA）决定“谁主谁从”——万一一个PTP发生器出错时允许核实和优先化。

恰当的PTP系统设计对系统的功能极为重要，并且可以根据选定厂商的产品或系统架构有所调整。对广播应用来说，PTP在SMPTE ST 2059-1和2059-2中被具体细化和描述。ST 2059-1设定一个全部设备都由它计时的时间点（即SMPTE时）参考；而ST 2059-2描述PTP工作于以广播为中心的应用的方式。

PTP协调全部音频、视频和元数据包的定时，实现整个网络中系统同步，不受设备本身物理位置的影响。这种概念使局域网（LAN）能够扩展到一个大楼、校园或地理位置分离的环境之间。

与传统SDI（和模拟）视频系统中的黑场信号参考对应，PTP改变网络上设备同步方式。考虑到系统设计的混合性（IP+SDI），PTP和视频黑场信号参考都可运用于下一代设施，并且依然相当普遍。

图2 PTP层次结构由一个主时钟（通常有一个备份）及一系列分布于全网的边界和/或透明时钟组成

线路速率、带宽、频率和格式

在IP不断发展的同时，SDI依然为稳健耐用的基于矩阵的X/Y路由和设备I/O解决方案。SDI的固定带宽（270Mb/s、1.5Gb/s、3Gb/s、6Gb/s、12Gb/s）和可预测的性能实现相对SMPTE RP 168中描述的一个参考点的视频/音频同步切换。视频矩阵芯片组相应地支持这种SD、HD或UHD信号切换。虽然依然很好用且很可靠，但SDI使用一个“固定矩阵”，它限制电视中心的发展，使之无法超出基本I/O矩阵（如32x32到1152x1152或以上规模的矩阵）。跳出固定规模的SDI矩阵很复杂、花钱多，保证叉车式升级或接受“模块化”架构也许会更好。

IP消除这些因素。设计得当时，IP基本上为一种非阻塞和规模无限制的结构。固定矩阵、指定带宽和SDI限制在IP中都被消除。通过IP，信号拓扑只受一台给定的因特网交换机上的端口大小和带宽所限制。通过采用脊叶拓扑网络结构（图3）和从每张叶到每个脊柱的足够上行带宽，克服了SDI的矩阵限制。

但是，这种方式对设计者提出了新挑战；例如，必须完全了解初始的交换机选择，应符合PTP，而且应适当指定每台交换机上大部分端口将全速运行，而且可能在或接近个别端口的带宽（即10G、25G、40G、100G等），以恒定码率运行。只有正确配置的媒体通信将被允许，即电子邮件、文件传输或突发/无控制或无管理的通信都不应注入到此媒体网络上。

最佳设计的新系统能够利用100G和以上交换机的聚合能力；根据所传输的信号格式采用恰当的端口带宽。例如，一个UHD（4K）信号将消耗约12GB数据或“带宽”，因此在网络交换机上部署仅10G端口是不明智的。对于使用原生IP的UHD，端口架构应为25G（每个）——每个端口每个方向允许两个UHDTV（2160p）信号。

关于IP的好消息：原则上它既格式不可知又带宽不受限（注意400G交换机即将出现）。只要增加更多叶或脊柱交换机就可获得更大带宽。格式智能判断、在同一交换机上运行1080p50和720p59.94或UHD都不成问题。如果预期16:9和21:9宽高比的混合物，增加一个4:3乃至1:1宽高比信号也不成问题，条件是发送和接收设备接受这些能力（注：ST2110允许图像宽度和高度最大32767像素或行）。

IP本质上使未来广播信号传输有保障。不过，工程师也必须非常清楚选定的交换机厂家的产品的内部结构——必须符合PTP，且拥有通过外部SDN（软件定义网络）原则管理控制和数据面的能力。

图3 一种脊叶式交换网络架构

原生IP和COTS设备

也许IP最大的“前途”是商用现货（COTS）部件现在将承担重任。通过部署合适厂家的交换机、SFP和光纤传输媒介和/或使用安装适当NIC（网络接口卡）的通用计算服务器，实现了使系统很好地面向未来扩展的能力。但是，在选择时，设计者必须知道交换机（端口）和服务器（NIC）能力，原因是这些新设备很多可能只是部分知道或符合新兴标准和协议。一些广播设备提供商可能坚持特定的外部服务器或网关产品，在通过多播流领域时，必须包括这些产品以便与第三方“播出控制器”通信或管理信号流。

随着时间的推移，厂家特定的发送/接收部件将转向原生IP输入和输出。SDI最终可能成为一种选配而非标配。摄像机、制作切换台（视频混合器）、音频设备、图文包装和播出设备都将（或已经）增加基于IP的接口。作为多个BNC或XLR的替换，设备将共享基于SFP的公共I/O端口，并包含用于弹性（即用于ST 2022-7或-8拓扑）的备份/第二端口。

有了一个全IP系统，对SDI的需求降低或完全消除——由于系统更容易扩展，因此其灵活性提高。在设备全都恰当互操作时（很大程度上由严格遵循SMPTE、IETF等标准实现），该系统的基本架构可扩展以满足未来不断增长的需求。

在下文中，我们将探讨为IP转换做好准备所需的布线、一系列最佳范例和一些人力资源指南。