SMPTE-2110标准下4K超高清IP制作系统的进展解读

中央广播电视总台首个基于SMPTE-2110无压缩标准的IP 化超高清4K-EFP 视频制作系统已搭建完成并落地使用，现在4K 超高清IP 制作系统的建设在协议标准、网络IP 数据调度和系统SDN 监管控方面又出现了新的发展和表述。

本文以总台首个基于ST-2110标准的4K-EFP 制作系统为参照，着重就目前出现的与超高清制作系统相关的技术变化和选择作一定的分析解读。

控制器是该4K-EFP 系统的管控核心，以分工方式承
担数据交换网络中IP 信号的的监、控职能。

今年与超高清制作系统相关的技术包括指导标准、IP 调度、系统SDN 监管控方面又有新的表述和进展，本文将以这套4K-EFP 制作系统为参照，着重就今年和超高清系统技术有关的变化与进展作一定的分析解读。

一 SMPTE-2110标准集和 AMWA NMOS 第三方控制标准进展
这套4K-EFP 制作系统遵循的ST-2110无压缩标准框架包括ST-2110-10（系统时钟和视音辅助数
据流的同步定时关系，PTP），ST-2110-20（无压缩视频映射方案，包括高清、超高清4K、8K 等），ST-2110-30（无压缩音频映射方案），ST-2110-40（映射辅助数据项传输协议），ST-2022-7（IP 数据包信号的无缝路由切换保护机制），以及上述各大项标准涉及的子标准。

目前ST-2110子标准新加入的表述和第三方控制标准又有了新内容，如下文所述。

1. SMPTE-2110-21:Traffic Shaping and Delivery Timing for Uncompressed Active Video（无压缩活动视频的流量整形和交付时序）
这是ST-2110-20无压缩视频IP 映射方案下的子集，说明系统中业务设备如何提高视频发流效率解决拥塞的问题。

目前在3G 视频数据带宽和含有万兆（10Gbps）光纤接口的制作网中，当多台发流设备所发数据流都处于峰值速率时，接收设备会在短时间内出现收流高峰，这对接收设备的缓存器影响很大
关键词
SMPTE-2110更新标准
信号调度方案SDN 监管控
SMPTE-2110标准下
4K 超高清IP 制作系统的进展解读
摘要
2019年下半年中央广播电视总台新搭建的完全基于ST-2110无压缩标准的全IP 化4K 超高清EFP 视频制作系统采用3840×2160/50p 图像分辨率、无压缩4×3G 2SI IP 数据封装方式、HLG-1000nit-HDR 宽动态、BT.2020宽色域、全系统支持ST-2022-7主备IP 链路保护机制、AES67兼容音频、通话接入标准、系统外来信号以TICO-SDI 格式交接。

系统中视、音、辅助数据被分成拥有独立组播地址的IP 数据包通过交换机的收发调度在制作网中传输，最后由PTP 时基信号在接收端正确重组所有节目信息。

位于物理和数据链路层的交换机、媒体终端通过光模块和线缆实现互联；不同类型的IP 地址表对设备和数据流业务分别进行规划实现节点数据互通；基于Cisco 通用交换机的网络控制器和Grass Valley 制作终端的广电● 作者 中央广播电视总台 钟辰
062
（1）NMOS IS-06:Network Controller API （网络API控制器）
IS-06标准阐述广电SDN若想控制网络路由交换设备并实现全网各类数据监管就必须与网络设备达成一个握手以获取网络技术数据的事情，通过网络控制器对它上层的广电控制器暴露一个“Northbound”API 网络应用接口为SDN提供各类网监网控服务。

通过API接口协议，广电SDN不仅能控制网络设备也能控制终端设备。

例如广电SDN通过API直接控制交换机去定义IP数据的推送路由而不是仅能通过控制终端以IGMP组播的方式收发数据。

另外还可以完成网络拓扑发现、流授权和数据带宽限定等以前只有网络控制器能做的工作（图1所示）。

（2）NMOS IS-07:Event and Tally（GPI事件和统计记录）
该标准阐述SDN管理终端资源的深度问题，它不仅针对网络设备，对周边终端还要深入到其中属于时敏型的一类功能控制，比如摄像机的Tally信息、音频旋钮电平/电位滑块信息、控制面板按键触发状
决在制作网内不同厂家设备接入交换机后彼此互联
互通并通过
容工作的问题。

不过这方面的进展依然缓慢，这并
不是说技术难度有多大，而是商业利益成为重要的
制约因素。

目前该套
级中也会纳入
方制作设备。

二 ST-2110
IP
在4K-IP
如何使终端设备收取所需的
现阶段系统内有两种信号调度方案，即由广电控制器
控制终端设备以
流和SDN直接控制核心交换设备将
备这两种方式。

1. 系统中IP
1
广告资料索引号：QA006
065
现。

这种场景下静态推流方法的问题在于当外部有多条流推到一个系统中时就会有多个静态组播地址，使用时也需要接收方的控制器控制自己的终端设备频繁改变组播地址去引用。

若A系统是IGMP边缘调度，B系统是核心调度，A系统要B的信号就需要在B系统网络交换设备的输出端口做组播NAT把信号转换成A系统固定的接入地址（组播地址、端口号、源地址），推送信号经由光纤到A的交换设备中去，交换设备设置信号授权白名单后供A系统控制器控制终端IGMP选择使用。

这种模式的好处在于当多条信号推到A系统中时，这些流的地址都由NAT转成一路固定地址交给A，A只认这一个外来地址即可。

反之B需要A信号时那就要在A系统交换设备输出端配置静态推流策略来实现了。

若A、B系统都是核心调度方案时，彼此信号交流都通过NAT地址转换来实现，这是最方便的办法。

总之不管系统是什么调度类型，在做系统间的信号互联时还是要求系统边界能够清晰，避免系统间交叉控制介入产生权责问题。

三 ST-2110超高清制作系统中
“SDN”监管控的进展解读
1. 当前4K-EFP制作系统采用的管控模式
目前4K-EFP系统的管控部分采用DCNM网络控制与GVC广电控制分开合作的方式。

DCNM监督管理与Cisco通用交换机有关的网络数据业务活动，包括网络运行监控和NBM策略实施。

网络运行监控涉及拓扑发现、终端设备发现（设备名称、地址、节点位置、在网在线、收发类型状态、组播组信息等）、流信息（流信息摘要、流属性、流状态、实时路径显示、组播地址、带宽、交换端口、转发效率、自定义筛选、日志记录等）。

NBM策略涉及交换链路的负载均衡、终端白名单策略（设备地址接入允许、收发流组播段和数量授权等）、流策略（带宽限制、不同流的优先级等）。

广电控制器GVC的功能就是负责控制GV媒体节点发出IGMP切换指令从交换机中调取IP数据。

不过GVC的集控是只针对系统内GV设备的私有协议，第三方终端加入系统若想实现被控只能选择支持NMOS控制协议同时GVC也要支持该协议才行。

目前一些大厂商主导的4K制作系统基本都是以通用交换机为核心，以广电控制器+网络控制器+NMOS互通协议+信号边缘调度的管控模式。

现在又加入API控制接口协议允许网络控制器将它的服务与广电控制器深入对接，形成控制器+交换机的矩阵结构，加速了广电控制器与网络设备的融合控制之路。

2. 系统资源综合管控SDN模式的发展
目前广电各厂家的SDN已不满足于在业务系统中仅扮演流的控制流转的角色，通过与互联网厂商开展的深度战略开发合作，拿到更多更深层的第三方技术握手协议或服务代理授权后（私有的、开放的都有），广电SDN正朝着面向全制作系统所有资源设备ALL IN ONE的高级、综合、一体化监/管/控方向发展。

这是4K制作系统中真正的SDN，它不仅能兼容不同模式的信号路由调度职能，也能针对网络数据活动完成包括各类网络运行监测、IP流信息的实时抓取分析报警、制定实施各类安全策略的工作，还能对系统中所拥有的任何设备资源进行更深度的集控和监管包括所有不同厂商设备的识别注册、设备自身格式/配置/属性的直接对接修改、不受基带或IP限制等。

这样的SDN系统架构大体会分为代理层、服务层和用户交互层，从和各类设备通过代理对接实现协议封装与消息转换，到实现可提供的各类服务功能及它们的更新、升级、启停管理，再到用户交互的控制/监测权限，这样“大而全”的综合资源管控系统的出现必将终结目前各类型控制器在制作系统中分管一摊的局面。

可喜的是现在一些广电厂商的SDN已经朝着这个方向大步迈进并有了可以落地实施的方案等待系统检验了。

066。