巴黎奧運(yùn)會(huì)將于2024年7月26日--8月11日在法國(guó)塞納河畔舉行。

　　IOC的全資公司OBS在電視轉(zhuǎn)播領(lǐng)域的嘗試備受廣播電視行業(yè)和體育賽事組織關(guān)注。

　　巴黎奧運(yùn)會(huì)的直播信號(hào)分為電視、廣播和數(shù)字媒體三個(gè)大類(lèi)，OBS作為主轉(zhuǎn)播商負(fù)責(zé)制作巴黎奧運(yùn)會(huì)三個(gè)大類(lèi)的公用信號(hào)。

　　在電視臺(tái)進(jìn)行超高清信號(hào)制作過(guò)程中，必須要提到SMPTE ST2110(簡(jiǎn)稱 ST 2110)。

　　ST 2110是由美國(guó)電影與電視工程師學(xué)會(huì)發(fā)布的一套通過(guò)IP傳輸媒體內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，包括視頻、音頻和元數(shù)據(jù)，旨在確保在信號(hào)制作和分發(fā)過(guò)程中獲得高質(zhì)量和靈活性。

　　SMPTE ST 2110 標(biāo)志著IP視頻制作的轉(zhuǎn)播公司和設(shè)備供應(yīng)商必須采用明確的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)可與其他符合ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品互連互通的新產(chǎn)品。

　　ST2110標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布是超高清信號(hào)制作的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)不僅表明電視轉(zhuǎn)播行業(yè)正在全面擁抱IP視頻制作，而且將視頻流作為賽事轉(zhuǎn)播的未來(lái)發(fā)展方向。

　　SMPTE ST 2110標(biāo)準(zhǔn)包含許多部分，從解決如何處理未壓縮的視頻流和音頻流到映射元數(shù)據(jù)。

　　本文以?？怂筗TTG/WDCA 電視臺(tái)為例，梳理基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)搭建電視臺(tái)進(jìn)行超高清制作遇到的問(wèn)題及解決方案。

　　2019年初，?？怂闺娨暸_(tái)與設(shè)備制造商、系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和技術(shù)專家召開(kāi)聯(lián)合會(huì)議確定了初步建設(shè)方案。

　　方案明確了完全基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作和傳輸?shù)目尚行?，而不是沿用原有混合SDI/IP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作和傳輸。

　　?？怂闺娨暸_(tái)在全美共擁有和運(yùn)行28個(gè)媒體制作機(jī)構(gòu)，WTTG/WDCA項(xiàng)目是其中之一，在首都華盛頓特區(qū)完成部署搭建工作。

　　01按照ST 2110標(biāo)準(zhǔn)部署設(shè)施

　　按照方案設(shè)計(jì)要求，所有ST 2110標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備間的信號(hào)路由通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)執(zhí)行，并且最大限度使用ST 2110接口。

　　如果某些設(shè)備尚未配備原生基于IP的ST 2110輸入和輸出接口，則明確指定了SDI到IP和IP到SDI的接口轉(zhuǎn)換器。

　　這樣可以按照ST 2110實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)流進(jìn)行封裝和分發(fā)，并可對(duì)具有SDI輸入端的設(shè)備進(jìn)行去封裝操作。

　　此外，福克斯電視臺(tái)的方案結(jié)合了SMPTE ST 2022-7標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了兩個(gè)完全一樣、具備冗余的RTP媒體網(wǎng)絡(luò)，分別用藍(lán)色和紅色標(biāo)注設(shè)備和線纜，用紫色標(biāo)注第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用于支持音頻組件。

　　?？怂筗TTG/WDCA電視臺(tái)是美國(guó)第一個(gè)基于ST 2110技術(shù)完全從頭開(kāi)始建造的本地電視源設(shè)施。

　　02 比較SDI和ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的差異

　　基于SDI標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)施使用同軸電纜傳輸串行數(shù)字信號(hào)，而基于IP的設(shè)施設(shè)備使用光纖傳輸IP信號(hào)。

　　因此，在信號(hào)流、系統(tǒng)監(jiān)控和故障排除方面存在較大技術(shù)差異。

　　SDI信號(hào)路徑通常按照規(guī)劃設(shè)計(jì)圖進(jìn)行布線，每個(gè)設(shè)備的輸出端連接下一個(gè)設(shè)備的輸入端，采用矩陣路由交換機(jī)、配線架和菊鏈方式連接器。

　　在ST 2110標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施中，所有設(shè)備都通過(guò)線纜直接連接到網(wǎng)絡(luò)路由器和轉(zhuǎn)播設(shè)備控制器上，從而確定信號(hào)的路由和終端。

　　當(dāng)需要在信號(hào)流中添加或移除設(shè)備時(shí)，技術(shù)維護(hù)人員可以使用同類(lèi)基于IP網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的工具進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和故障排除，不需要任何形式的常規(guī)修補(bǔ)和切換。

　　03 系統(tǒng)路由器

　　搭建ST 2110標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)通常使用市面采購(gòu)的IP網(wǎng)絡(luò)路由器實(shí)現(xiàn)路由功能，在?？怂筗TTG/WDCA項(xiàng)目中，技術(shù)人員單獨(dú)選擇了特殊訂購(gòu)的路由器。

　　定制化的路由器用以支持未來(lái)4K超高清制作的數(shù)據(jù)速率，滿足承載ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的有效負(fù)載。

　　WTTG/WDCA系統(tǒng)大約有500個(gè)物理端點(diǎn)，支持約700個(gè)帶冗余的視頻流、800個(gè)帶冗余的音頻流和300個(gè)帶冗余的輔助數(shù)據(jù)流。

　　在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的核心，兩個(gè)主干路由器分別用紅色和藍(lán)色標(biāo)注，用于支持帶冗余的媒體流，而葉交換機(jī)用作聚合交換低帶寬的音頻流。

　　04 轉(zhuǎn)播控制系統(tǒng)

　　轉(zhuǎn)播控制系統(tǒng)(BCS)管理并控制著數(shù)據(jù)源到端點(diǎn)之間的路由，從路由器控制面板或自動(dòng)化系統(tǒng)接收到指令后，觸發(fā)路由交換機(jī)。

　　隨后與接收方進(jìn)行通信，觸發(fā)接收方向需要連接的發(fā)送方發(fā)出“加入”命令(JOIN)。

　　當(dāng)組播訂閱建立后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議將組播流量從發(fā)送方分發(fā)至接收方。

　　05 制作控制室設(shè)備和演播室攝像機(jī)

　　視頻制作設(shè)備的選擇受到兩個(gè)方面的影響。

　　第一，采購(gòu)的制作設(shè)備必須基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)。

　　第二，其他?？怂闺娨暸_(tái)對(duì)于使用相同制作自動(dòng)化和字幕系統(tǒng)的意愿。

　　由于WTTG/WDCA項(xiàng)目明確規(guī)定了60個(gè)輸入端的標(biāo)準(zhǔn)，因此制作切換器需要大量的內(nèi)部帶，并進(jìn)行固件升級(jí)。

　　這樣可以增加緩沖區(qū)防止偶爾出現(xiàn)的數(shù)據(jù)爆發(fā)產(chǎn)生的帶寬和空間壓力。

　　演播室攝像機(jī)也需要進(jìn)行固件升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)與ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性和兼容性。

　　06 主控設(shè)備

　　新方案設(shè)計(jì)完成時(shí)，主控設(shè)備方面主要有三個(gè)問(wèn)題。

　　第一，由制作商提供的符合ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的主控開(kāi)關(guān)很少，因此，設(shè)計(jì)方案中取消了物理切換器，使用專用圖形處理器完成電視字幕和視頻效果的鍵控操作，從而取代虛擬切換器。

　　第二，?？怂闺娨暸_(tái)各分支機(jī)構(gòu)的主控系統(tǒng)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，福克斯電視臺(tái)在全美管理運(yùn)行著28個(gè)分支制作機(jī)構(gòu)。

　　這些制作機(jī)構(gòu)的主控?cái)z入和播出系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，只能使用SDI I/O 接口，不是ST 2110 I/O接口。

　　第三，封閉式字幕處理設(shè)備并不兼容原生ST 2110 I/O標(biāo)準(zhǔn)，因此?？怂共坏貌毁?gòu)買(mǎi)24臺(tái)價(jià)格昂貴的處理器才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的字幕定位。

　　07 音頻設(shè)計(jì)

　　該項(xiàng)目采用了基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的音頻制作控制臺(tái)，可以在不轉(zhuǎn)換為其他常用音頻格式的情況下在本地重新將音頻流進(jìn)行路由分發(fā)。

　　音頻設(shè)備通過(guò)1千兆以太網(wǎng)接口直接與音頻聚合葉交換機(jī)連接。

　　08 PTP 定時(shí)和同步

　　在媒體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中執(zhí)行鎖定到衛(wèi)星信號(hào)的冗余精確時(shí)間協(xié)議(PTP)主時(shí)鐘。

　　正確的PTP設(shè)計(jì)對(duì)于確保ST2110系統(tǒng)中各種RTP視頻流、音頻流和輔助數(shù)據(jù)流精確同步至關(guān)重要。

　　09 工作人員培訓(xùn)

　　由于新標(biāo)準(zhǔn)采用了大量新設(shè)備，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為電視臺(tái)使用人員制定了一個(gè)系統(tǒng)的操作培訓(xùn)計(jì)劃，從基本的TCP/IP協(xié)議到各種網(wǎng)絡(luò)課程，幫助工作人員解決在IP化轉(zhuǎn)型中遇到的各種技術(shù)問(wèn)題。

　　隨著ST 2110系統(tǒng)投入試運(yùn)行，路由器控制、網(wǎng)絡(luò)硬件和其他設(shè)施設(shè)備的供應(yīng)商技術(shù)人員也會(huì)進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)，提供設(shè)備操作和維護(hù)的專業(yè)指導(dǎo)。

　　2019年初，?？怂古c設(shè)備商聯(lián)合啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)，2021年中旬，完成設(shè)備搭建與傳輸測(cè)試。

　　截至2023年初，按照SMPTE ST 2110 標(biāo)準(zhǔn)搭建的基于IP的媒體制作系統(tǒng)已連續(xù)18個(gè)多月平穩(wěn)運(yùn)行。

小    結(jié)

　　01 制作方式發(fā)生轉(zhuǎn)變

　　與原來(lái)的數(shù)字分量串行接口SDI或SMPTE 2022標(biāo)準(zhǔn)相比，SMPTE 2110標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)獨(dú)特方面是它允許分布式信號(hào)制作工作流。

　　分布式信號(hào)制作是與原有捆綁式制作方式相對(duì)應(yīng)，捆綁式制作方式如SDI、SMPTE ST2022、NDI標(biāo)準(zhǔn)，將視頻、音頻和元數(shù)據(jù)組件綁定到單個(gè)流中，作為文件包進(jìn)行路由傳輸。

　　分布式制作標(biāo)準(zhǔn)SMPTE ST2110與捆綁式制作方式不同，單獨(dú)管理視頻、音頻和元數(shù)據(jù)元素，并且通過(guò)不同的工作流進(jìn)行路由傳輸。

　　單獨(dú)的媒體元素可以由專業(yè)的制作團(tuán)隊(duì)和設(shè)備單獨(dú)處理，信號(hào)制作的所有媒體元素最終都匯聚在同一個(gè)目的地。

　　ST 2110的制作方式可以極大提高制作公司的靈活性，同時(shí)保證信號(hào)制作畫(huà)面質(zhì)量。

　　02 從SDI向ST 2110的發(fā)展趨勢(shì)

　　從2022年北京冬奧會(huì)、世界杯及福克斯電視臺(tái)的案例研究來(lái)看，各國(guó)轉(zhuǎn)播商逐漸采用SMPTE ST2110標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)合并SDI的某些組件來(lái)簡(jiǎn)化過(guò)渡帶來(lái)的影響。

　　例如，轉(zhuǎn)播商新購(gòu)置的轉(zhuǎn)播卡車(chē)已經(jīng)開(kāi)始部署ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的攝像機(jī)和轉(zhuǎn)播設(shè)備，同時(shí)仍與基于SDI標(biāo)準(zhǔn)的老式轉(zhuǎn)播車(chē)和制作設(shè)設(shè)備合并使用。

　　在信號(hào)傳輸帶寬不理想的條件下，能夠?qū)⒁曨l和音頻信號(hào)壓縮到100Mbps的NDI標(biāo)準(zhǔn)仍然十分重要，因?yàn)?，ST 2110標(biāo)準(zhǔn)需要能夠支持10Gbps以上帶寬的IP網(wǎng)絡(luò)。

　　在SMPTE ST2110標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)源傳輸協(xié)議SRT也用于轉(zhuǎn)播制作的工作流。

　　根據(jù)信號(hào)制作成本、無(wú)損壓縮標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)施設(shè)備要求，采用ST 2110標(biāo)準(zhǔn)制作高清視頻的帶寬要求約為2-3 Gbps。

　　這意味著ST 2110標(biāo)準(zhǔn)并不適用于通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程制作(REMI)的情況，因?yàn)榛诨ヂ?lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程制作對(duì)帶寬的要求要低得多。

　　SRT協(xié)議可以將HEVC或H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)的媒體流與ST 2110制作工作流之間進(jìn)行傳輸。

　　按照目前發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，SMPTE ST2110標(biāo)準(zhǔn)未來(lái)可能會(huì)取代SDI，但目前仍有很多信號(hào)制作仍需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行低延遲和低帶寬的視頻流傳輸，尤其是基于云存儲(chǔ)的視頻制作平臺(tái)。

　　由于制作的靈活性和高效率，越來(lái)越多的轉(zhuǎn)播商都已經(jīng)向IP轉(zhuǎn)型，這種轉(zhuǎn)型為內(nèi)容創(chuàng)新打開(kāi)了更多機(jī)會(huì)的大門(mén)。

　　在接下來(lái)10年，全球的轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)和媒體公司會(huì)將SMPTE ST 2110、NDI、SRT等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合在一起，采用基于IP的制作工作流，完成國(guó)際大型體育賽事的超高清信號(hào)制作。