巴黎奧運會將于2024年7月26日--8月11日在法國塞納河畔舉行。

　　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。

　　巴黎奧運會的直播信號分為電視、廣播和數(shù)字媒體三個大類，OBS作為主轉(zhuǎn)播商負(fù)責(zé)制作巴黎奧運會三個大類的公用信號。

　　在電視臺進行超高清信號制作過程中，必須要提到SMPTE ST2110(簡稱 ST 2110)。

　　ST 2110是由美國電影與電視工程師學(xué)會發(fā)布的一套通過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)，旨在確保在信號制作和分發(fā)過程中獲得高質(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)布是超高清信號制作的一個重要節(jié)點，因為這些標(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 電視臺為例，梳理基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)搭建電視臺進行超高清制作遇到的問題及解決方案。

　　2019年初，?？怂闺娨暸_與設(shè)備制造商、系統(tǒng)設(shè)計師和技術(shù)專家召開聯(lián)合會議確定了初步建設(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)進行制作和傳輸。

　　?？怂闺娨暸_在全美共擁有和運行28個媒體制作機構(gòu)，WTTG/WDCA項目是其中之一，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)計要求，所有ST 2110標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備間的信號路由通過網(wǎng)絡(luò)交換機執(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實時傳輸協(xié)議(RTP)流進行封裝和分發(fā)，并可對具有SDI輸入端的設(shè)備進行去封裝操作。

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

　　?？怂筗TTG/WDCA電視臺是美國第一個基于ST 2110技術(shù)完全從頭開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，而基于IP的設(shè)施設(shè)備使用光纖傳輸IP信號。

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

　　SDI信號路徑通常按照規(guī)劃設(shè)計圖進行布線，每個設(shè)備的輸出端連接下一個設(shè)備的輸入端，采用矩陣路由交換機、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，從而確定信號的路由和終端。

　　當(dāng)需要在信號流中添加或移除設(shè)備時，技術(shù)維護人員可以使用同類基于IP網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的工具進行系統(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)通常使用市面采購的IP網(wǎng)絡(luò)路由器實現(xiàn)路由功能，在福克斯WTTG/WDCA項目中，技術(shù)人員單獨選擇了特殊訂購的路由器。

　　定制化的路由器用以支持未來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個物理端點，支持約700個帶冗余的視頻流、800個帶冗余的音頻流和300個帶冗余的輔助數(shù)據(jù)流。

　　在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的核心，兩個主干路由器分別用紅色和藍色標(biāo)注，用于支持帶冗余的媒體流，而葉交換機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)源到端點之間的路由，從路由器控制面板或自動化系統(tǒng)接收到指令后，觸發(fā)路由交換機。

　　隨后與接收方進行通信，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

　　視頻制作設(shè)備的選擇受到兩個方面的影響。

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

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

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

　　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。

　　演播室攝像機也需要進行固件升級，從而實現(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)計完成時，主控設(shè)備方面主要有三個問題。

　　第一，由制作商提供的符合ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的主控開關(guān)很少，因此，設(shè)計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_各分支機構(gòu)的主控系統(tǒng)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，?？怂闺娨暸_在全美管理運行著28個分支制作機構(gòu)。

　　這些制作機構(gòu)的主控攝入和播出系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，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)，因此福克斯不得不購買24臺價格昂貴的處理器才能實現(xiàn)精準(zhǔn)的字幕定位。

　　07 音頻設(shè)計

　　該項目采用了基于ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的音頻制作控制臺，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行路由分發(fā)。

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

　　08 PTP 定時和同步

　　在媒體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中執(zhí)行鎖定到衛(wèi)星信號的冗余精確時間協(xié)議(PTP)主時鐘。

　　正確的PTP設(shè)計對于確保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)計團隊為電視臺使用人員制定了一個系統(tǒng)的操作培訓(xùn)計劃，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)問題。

　　隨著ST 2110系統(tǒng)投入試運行，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)人員也會進駐現(xiàn)場，提供設(shè)備操作和維護的專業(yè)指導(dǎo)。

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

　　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個多月平穩(wěn)運行。

小    結(jié)

　　01 制作方式發(fā)生轉(zhuǎn)變

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

　　分布式信號制作是與原有捆綁式制作方式相對應(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)組件綁定到單個流中，作為文件包進行路由傳輸。

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

　　單獨的媒體元素可以由專業(yè)的制作團隊和設(shè)備單獨處理，信號制作的所有媒體元素最終都匯聚在同一個目的地。

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

　　02 從SDI向ST 2110的發(fā)展趨勢

　　從2022年北京冬奧會、世界杯及?？怂闺娨暸_的案例研究來看，各國轉(zhuǎn)播商逐漸采用SMPTE ST2110標(biāo)準(zhǔn)，通過合并SDI的某些組件來簡化過渡帶來的影響。

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

　　在信號傳輸帶寬不理想的條件下，能夠?qū)⒁曨l和音頻信號壓縮到100Mbps的NDI標(biāo)準(zhǔn)仍然十分重要，因為，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，開源傳輸協(xié)議SRT也用于轉(zhuǎn)播制作的工作流。

　　根據(jù)信號制作成本、無損壓縮標(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)并不適用于通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程制作(REMI)的情況，因為基于互聯(lián)網(wǎng)進行遠程制作對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制作工作流之間進行傳輸。

　　按照目前發(fā)展趨勢來看，SMPTE ST2110標(biāo)準(zhǔn)未來可能會取代SDI，但目前仍有很多信號制作仍需要通過互聯(lián)網(wǎng)進行低延遲和低帶寬的視頻流傳輸，尤其是基于云存儲的視頻制作平臺。

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

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