电视制作播出系统IP化网络架构解决方案技术,本文是电视制作方面有关参考文献格式范文和播出系统和架构和解决方案相关毕业论文开题报告范文.
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摘 要 科学技术的发展带动了多个行业的创新,在电视制作行业,高清视频信号的出现,对电视制作播出提出了更高的要求.基于此,文章将电视制作播出系统在创新改革中存在的问题作为基础,给出了一种IP 化网络架构解决方案,该方案将SDI 基带信号转变成IP 数据包,实现了电视制作播出系统的优化,提高了系统的灵活性与拓展性,从整体上提升了电视制作播出系统的性能.
关键词 电视制作播出系统；IP 化；网络架构
中图分类号 TN94 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）221-0089-02
在电视技术迅猛发展的背景下,3D、4K 超高清设备的出现,提高了电视节目的清晰度,使电视节目的色彩更为丰富.但是在实际的应用过程中,由于3D、4K 等超高清设备对信号有较高的要求,使得传统电视制作播出系统难以满足其需求,这就要求技术人员进行相应的创新,确保电视制作播出系统能够制作出高质量的节目.因此,对于IP 化网络架构解决方案技术的分析是很有必要的.
1 电视制作播出系统存在的问题
互联网时代的到来,促进了电视技术的发展,电视节目制作播出技术的水平有显著的提升.在2K 高清电视节目制作播出逐渐呈现规模化发展的同时,3D、4K 甚至8K 技术的出现,对电视制作播出提出了更高的要求.4K 超高清设备凭借丰富的色彩、较高的性价比与图像清晰度,促进了4K 技术的发展.但是在电视制作播出系统中,3D、4K等超高清电视技术的应用受到了阻碍,传统电视制作播出系统的带宽并不适用于3D、4K 等先进技术.
一般来说,标清SD 的电视制作播出系统标准为PTE295、带宽为270Mbit/s ；高清HD 的电视制作播出系统标准为PTE292、带宽为1 485Mbit/s ；3D 电视制作播出系统标准为PTE424、带宽为2970Mbit/s ；4K 电视制作播出系统标准为PTE2036、带宽为11 880Mbit/s.
观察上述数据可知,在带宽方面,4K 高清电视的信号约为2K 信号的8 倍.在实际的电视制作播出系统中,4K 高清电视信号的每一路都是由4根3G-SDI 绑定.这就表示4K 电视制作播出系统所用的设备电缆约为传统系统的四倍,需要的跳线排及接口数量也有所增加,提高了电视制作播出系统的建设难度.与此同时,4K 电视制作播出系统由四根线缆传输一路信号,一旦其中一根线缆出现问题,将会对电视信号的传输造成影响,电视制作波出系统的信号故障率提升了近4 倍.因此,技术人员需要采取先进的技术,有效解决上述问题[1].
2 电视制作播出系统IP 化网络架构解决方案
2.1 解决方案的整体思路
通过上述分析可知,在电视制作播出系统的发展过程中,存在一定的问题,需要技术人员采用有效的方案解决.基于上述问题,电视工程行业的专家提出了电视IP 化网络架构的解决方案,想要通过IP 网络技术的应用,实现电视SDI 基带信号与IP 数据包（SDI OVER IP）的有效转换,将光纤等性能优异的高速网络传输介质代替以往的传输线路.
在IP 化网络架构中,电视制作播出系统中的设备大都利用网络连接方式,仅有少数设备需要将SDI 基带信号转变成SDI OVER IP.其中,网络连接方式属于双向多通道连接,有助于电视制作播出系统网络架构的优化.
和传统的基带信号传输方式相比,网络IP 数据包的传输方式能够有效提升电视信号的传输效率及质量.众所周知,在实际的电视图像传输过程中,不仅具备有效图像周期,还在行、场消隐期中会出现较多的空余时间.在这些空余时间内,系统主要进行图像格式的传输以及音频数据的嵌入等操作,而这些操作需要的时间相对较短,大部分空余时间都被浪费.
因此,技术人员可以充分利用互联网技术,提高传输带宽的应用效率,在空余时间内进行其他有价值信息的传输,实现传输带宽的最大化应用；技术人员可以充分利用数据压缩技术（比如JPEG2000 等技术）,降低图像传输的码率,以此降低系统对网络带宽的需求,使一条线路进行多路电视信号的传输.
2.2 解决方案的优化
2.2.1 解决方案存在的不足
上文中提到将SDI 基带信号转变成SDI OVERIP 的解决方案,在方案的落实过程中,存在信号延时问题,对电视制作播出系统的性能提升造成了不利影响,需要受到技术人员的重视.在电视节目制作播出的过程中,多路电视信号需要进行实时传输与处理,如果电视信号出现延时问题,将会对节目制作造成困难.一般来说,电视节目制作过程中出现的信号延时需要控制在5 帧以内.
与此同时,在电视信号传输的过程中,信号延时需要具备一定的稳定性,不可以超过电视节目制作播出系统的缓冲时间,以此保障电视图像与声音的流畅性,避免电视节目产生停顿问题.因此,在进行电视制作播出系统的IP 化网络架构构建时,技术人员需要确保系统满足上述要求[2].
2.2.2 解决方案的优化对策
相关数据统计表明,大部分10G 交换机在进行大数据包（视频信号）的信号切换时,产生的延时相对较小,和高清电视（1080/50i）的信号相比,交换机产生的延时要比其1 行的周期（18微秒）更低.同时,在局域网等网络环境相对优异的网络下,交换机具备更好的延时恒定性,与时间同步系统进行配合应用,IP 化网络架构解决方案可以有效避免信号延时问题的出现.为了保障SDI 基带信号与SDI OVER IP 的有效转化,贯彻了落实IP 化网络架构解决方案,电视工程师协会（PTE） 颁布了《PTE 2022》标准法规.
在避免信号延时的同时,技术人员需要保障时间的精确同步.在电视节目制作领域,图像切换精度是将帧、场作为单位,图像切换需要在场消隐期进行,避免切换过程中发生闪动问题,而图像切换的稳定性则由时间精确同步来实现.在互联网领域,IEEE 标准委员会分别于2002 年和2008 年颁布了IEEE1588-2002 标准以及IEEE1588-2008 升级标准,标准中明确定义了精确时间协议PTP.
该协议指出,要想使系统中的主时钟（ 同步机应用的时钟）和系统的从时钟（终端设备应用的时钟,包括交换机以及SDI-IP 转换器等设备）的精准同步.具体而言,技术人员需要明确系统的主时钟和从时钟存在的基准时间差（用offset 表示）,还需要明确系统主时钟和从时钟在进行数据包通信时,受到信号交换以及线路等因素影响导致的延时,从而实现时钟的科学准确校准.
上述时钟精准同步的工作原理如下：在系统中,主时钟会按照一定的周期（通常是每2s 一次）,进行报文信息的同步发送,系统的所有从时钟会及时回应,并进行报文信息发送时间的记录,并在相应的信息中添加“时间戳”.基于从时钟的时间记录,接收端能够计算出网络的延时以及基准误差.为了有效处理主从时钟传递的信息,PTP 协议定义了报文类型,通过不同报文的应用,实现时间同步.
其一,同步报文（Sync）,同步报文中含有的时间为信息预计发送的时间,并不是信息真实发出的时间.
其二,跟随报文（Follow_up）,在跟随报文发送之后,系统开始进行时间记录,直到从时钟接收到同步报文,由跟随报文中记录的真实发出时间和接收端的真实接收时间,得出主时钟和从时钟的时差,实现从时钟时间的校准.
其三,延迟请求报文（Delay_Req）,在实际的数据信息传输过程中,网络存在一定的延时,所以技术人员需要分析时差中的延时,大都通过延迟请求报文,进行网络传输延时的定义.
其四,延迟应答报文（Delay_Resq）,当接收端接收到同步报文之后,从时钟会发出延迟应答报文,用于记录真实的接收时间,以此得出时钟间的误差及网络传输的延时[3].
3 电视制作播出系统IP 化网络架构解决方案技术分析
在实际的应用过程中,上文中构建的IP 化网络架构解决方案具备如下优势.
第一,架构简单.上述解决方案利用10G 光纤进行高清电视信号的传输,能够有效降低电视制作播出系统中设备所需的连接电缆数量,减少设备的接口,实现系统的简化.再加上网络传输信号具备双向性,电视制作播出系统只需要一条线缆,就能够实现摄像机和切换台的有效连接,高效传输谁频信号、切换指示信号以及返送信号等信号.
第二,灵活性强.基于IP 化网络架构,电视制作播出系统的主体架构为网络架构,技术人员可以充分利用网络技术进行系统的设计,有助于系统灵活性的提升.比如,技术人员可以利用IP 化网络架构协议,进行在线包装设备中音视频信号以及键盘等信息的网络配置,实现系统设备的自动化配置,避免了繁琐的接线工作,在很大程度上提高了系统的灵活性.
第三,拓展性强.基于IP 化网络架构,电视制作播出系统可以看作是互联网系统,系统内部的设备可以看作是计算机设备.从理论角度而言,技术人员可以根据相应的标准,进行系统内部设备的升级更新,提高系统的拓展性,降低系统的升级更新成本.另外,在IP 化网络架构的支持下,电视制作播出系统可以在传输音视频信号的同时,传输信息数据,为电视节目的制作与再加工提供了便利[4].
4 结论
综上所述,电视制作播出系统需要根据电视技术的发展脚步进行创新,不断提升电视节目的质量.通过本文的分析可知,技术人员需要认识到电视制作播出系统的不足,合理应用IP 化网络架构解决方案,根据行业标准规范,结合PTP 协议中的四种报文,实现IP 化网络架构解决方案的优化,充分发挥其重要作用,实现电视制作播出系统的创新,为广大观众提供丰富且优质的电视节目.
参考文献
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