基于12G-SDI的UHD制作系統現狀和未來

何寅畏 世紀?？萍瘓F視頻事業部

基于12G-SDI的UHD制作系統現狀和未來

何寅畏 世紀?？萍瘓F視頻事業部

本文對4K UHD超高清電視信號格式的現狀進行了介紹，對目前建設4K UHD超高清電視系統選擇12G-SDI格式還是SDI Over IP格式分享了自己的觀點，對廣電未來的技術架構進行了展望。

4K-UHD 12G-SDI SDI Over IP 未來技術展望

1．引言

很高興參加第六屆廣電傳媒產業論壇暨第四屆中國廣播電視紫金論壇。今天我要講的主題是12G-SDI的4K超高清的系統?；?2G-SDI接口的4K超高清系統或是基于SDI over IP接口的4K超高清系統的技術都在發展中，世紀?？圃谶@兩種系統都同時有項目在進行當中，都積累了一些經驗。

2. UHD電視信號格式現狀

先介紹一下現在的4K，也就是UHD電視信號格式的現狀。最早其實多年以前，UHD的制作格式在單機類的制作系統當中就已經有了，它的最重要傳輸方式就是Quad-Link。兩三年前實時的直播系統，如演播室、轉播車開始向UHD的格式發展，那時4K采用的4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號的Quad-Link格式已經不太適應于直播的系統，所以就發展出了4K UHD的SMPTE 2022-6 以及SMPTE 2110 SDI over IP的格式，以及SMPTE 2082-1 12G-SDI的格式，同時依舊保留了Quad-Link的格式。

Quad-Link是最早采用的4K信號格式，在早期支持4K格式的攝影機和錄制設備上一直采用此方式，目前依然是應用最廣泛的4K信號傳送格式。Quad-Link又分為2SI和SQD兩種方式，SQD:Square-Division方式采用正方形四分割方式分配4路信號，對于4路信號傳輸時延的要求較高，畫面處理延時更大。2SI: 2 sample-Interleave方式采用像素點交織方式分配4路信號，2SI信號的任意一路3G-SDI，可以作為4K信號的1080p格式。2SI方式興起之后，大部分廠商都已支持此種方式。

4K UHD的Quad-Link、SDI over IP以 及12G-SDI 這三種接口方式在現在國內的超高清系統中都有不少的應用。

SMPTE 2082-1 (2015)-12 Gb/s Signal/Data Serial Interface - Electrical是12G-SDI信號2015年的標準，目前支持該標準的廠商和設備如下，攝像機廠商：有池上、松下、GV……；切換臺廠商：有SAM、GV、RossVideo……；監視器廠商：有TVLogic、池上、國產……；矩陣廠商：有UTAH、SAM、Evertz……；周邊設備廠商：有SAM、Evertz……。實際上最早可能僅僅是兩三家非主流的廠商開始推12G-SDI接口的4K設備， 2016年的NAB以后，池上等一些大的廠商都開始有了12G-SDI接口的4K設備。

目前UHD制作系統的情況是：全球范圍內的UHD系統主要以制作系統為主（轉播車、演播室、EFP），絕大多數為規模較小的系統，以Quad-Link方式實現。CCTV將于今年建成第一輛IP 4K轉播車，采用SONY IP LIVE + Imagine Selenio + AES 67 +CISCO；騰訊視頻將建成第一輛基于TICO淺壓縮的 IP 4K轉播車，采用全線GV 產品，信號采用Tico over IP方式為主，以GV Node作為調度核心；北京世紀漢唐正在建設第一輛基于12G-SDI的4K轉播車，采用30訊道Ikegami + 2ME Kahuna 9600。

UHD制作系統采用Quad-Link方式實現，目前還比較多。但是比較大的系統，例如大型4K轉播車或者大型4K演播室，采用Quad-Link方式，4根視頻電纜傳輸4路1080P SDI信號的方式存在較多的局限性。

我們去年中標后今年剛剛交付完成的一輛CCTV的全4K轉播車就采用了全IP的方式，該轉播車是我們和索尼等很多公司一起合作完成的，這并不是全球第一輛4K IP的轉播車，但是在國內還是第一輛全4K全IP的轉播車，技術的實現意義還是很大的。幾乎在我們給CCTV交付第一輛全4K全IP轉播車的同時，騰訊視頻也建設完成了第一輛4K IP轉播車，這輛轉播車信號采用Tico over IP方式，這是國內已經建成的第二輛完整的4K IP系統的轉播車。

基于目前技術發展的現狀，這兩輛4K IP系統轉播車的4K信號都采用了淺壓縮，這種淺壓縮雖然在技術上可較方便的實現在一個萬兆網內傳輸一路12G帶寬的4K信號，但同樣也帶來了傳輸的延時以及其信號是否能較方便的共享給其他設備等一些問題。目前世界上只有韓國有一輛12G-SDI接口的4K轉播車，北京世紀漢唐制作公司目前正建設一輛30個訊道的4K轉播車，是第二輛基于12G-SDI接口的4K轉播車。

3．未來的電視系統，12G amp; IP？

面向未來，我們在做4K UHD系統的時候，SDI over IP和12G-SDI這兩個格式該如何取舍？比較目前4K UHD幾個主流方式和生命周期，首先是最傳統的Quad-Link格式，還會有一個比較長的生存時間，因為它是比較簡單的傳輸方式，同時在單機ENG方面有比較好的市場應用場景。12G-SDI也是較早的一種格式，目前我們判斷它的存活時間會比較久，一方面是UHD-SDI基帶的方式是目前大家最容易接受的，沒有任何技術門檻，UHD-SDI基帶傳輸的線纜目前已可傳輸100米左右的距離，各方面的安全性也比較有保障。上面說到的央視CCTV和騰訊視頻的兩輛轉播車都采用了淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式，將來無壓縮的IP標準發布之后，目前壓縮到10G以內的淺壓縮UHD-SDI Over IP的方式會很快被市場所淘汰，4K UHD視頻傳輸未來肯定還是IP的傳輸方式。

VoIP的方式是未來的方向，廣電未來的技術架構肯定是基于IP。未來大型數據中心會成為全臺各類業務的核心系統，總控系統乃至整個制作中心都將是大型數據中心的方式，數據中心的建設會對未來的總控系統以及全臺的核心系統有很大的幫助；未來全臺系統的電視信號、視頻文件、數據庫、業務流程等均在同一個系統內；采用虛擬化布署與私有云架構，不再有大量專業廣電設備存在；系統的改動和升級將會十分簡單，硬件通用設備的升級或堆疊將不影響業務，業務流程的改動僅僅通過軟件策略調整即可實現。

我們在建設技術系統時要區分不同的系統分別采用不同的技術策略。對于制作系統，每一個演播室或轉播車，都可以看做是一個制作孤島，因此系統內部的格式或者流程，并不必須與全臺統一，只需要在接口統一即可。即全臺可以是一個無壓縮的IP格式，而轉播車可以采用淺壓縮UHD-SDI Over IP的格式，小型演播室可以采用Quad-Link格式或是12G-SDI的格式，各個制作系統都可以順利的進行自身的節目制作，各制作系統內部的格式和全臺的格式沒有必要一定要統一，否則我們將永遠在等待IP技術發展到最終階段，才能去建設所有的UHD技術系統。

圖1是我們預測在短期之內能看到的全臺技術架構，雖然比較簡單，但表述比較清晰。

未來全臺的總控、調度甚至播出一類的核心系統，應是一個IP核心調度系統，部署在一個虛擬的云上或者是部署在一個數據中心里面，采用SMPTE 2110 SDI over IP的格式。全臺除這個IP核心調度系統以外，所有演播室、EFP、轉播車等制作系統可以采用各自的格式。我們現在要建設的4K系統不用擔心IP的標準是不是已完備，IP的技術是不是已發展成熟，是不是一定要在轉播車或演播室內運用虛擬化的技術。如果現在需要建設一個4K系統，采用任何一種成熟的技術，只要是可行的，在不影響質量的前提下都可以放心地采用。

圖1 廣電未來的全臺技術架構

4．問題與答案

第一個問題是人們擔心12G-SDI說到底是一個過渡技術。但我認為，從來就沒有一勞永逸的技術，任何的技術手段都是前后兩代技術之間的過渡技術，需要考量的是不同技術的生命周期是否足夠。從生命期來看，12G-SDI技術在IP虛擬化完全實現之前，是非常實用的傳輸手段，會比目前的其他傳輸手段有更長的生命期。SDI串行數字信號技術，是久經考驗的成熟手段，無論是信號的檢測，故障的判斷，還是信號的傳輸，都有很多經驗可以參考，有很完備的技術團隊去實現，SDI串行數字信號技術也將在未來一段時間繼續受到歡迎。

而我們目前看得到的IP技術，雖然前景很廣闊，但是實際上我們還沒有經過真正的實戰。我們和索尼等很多公司一起合作完成的CCTV全IP 4K轉播車，在最近兩個月后會有很多的使用，在這兩個月的使用當中我相信會有很多的反饋，比如說在IDC機房的設備在直播車上安裝之后會不會有新的問題的發生；轉播車長期運轉之后，所有的接口和精密設備在轉播車內是不是還可以安裝的完全穩固；一旦出現任何的故障或者說信號的問題，前方傳統的視頻團隊是不是有足夠的經驗判斷，現在IP系統當中故障的問題點發生在什么地方，如何去處理它。這實際還需要有兩三年的經驗積累，才能去判斷一個系統是不是穩定。

第二個問題也是很多人擔心的，就是12G-SDI的傳輸，因為它的帶寬已經是原來1080P的帶寬的四倍，那么它的傳輸品質和距離是否會限制系統設計？目前CANARE和BELDEN兩大線纜產品均已發布12G-SDI的相關產品，其中CANARE已經推出跳線排等接插件。從目前生產廠家和第三方的測試結果來看，12G-SDI單根線纜的傳輸距離在100M左右，與1.5GHz的1080i信號相當。由于頻率過高，確實在接插件方面的品質要求會更為嚴格，接插環節帶來的反射損耗也會比低頻段信號更大，在設計系統時，系統布線不宜過多采用接口板雙通。

第三個問題是如何判斷系統適用12G還是IP技術。我認為，從實用性和易用性來說，傳統技術顯然有更大優勢；從技術亮點和團隊儲備來看，IP會更吸引眼球；判斷系統適用12G還是IP技術的最大的依據是系統的建設目的和意義，是為了實用超高清轉播制作，還是為了嘗試新技術對未來進行技術儲備。

從實用出發，如果建設4K系統是用于4K超高清轉播或綜藝直播，我認為12G-SDI會是一個簡單易行的選擇。但是如果從長遠考慮，從未來IP方面的技術儲備出發，IP技術建設會有更大的意義。當然12G-SDI和SDI over IP兩者都還有很多未知數，比如說12G-SDI還有待各設備工廠開發更多的產品。從目前來看，攝像機、切換臺，包括慢動作的EVS服務器還有周邊設備等，都已經有廠家推出了12G-SDI的接口，但目前每一個環節都沒有三到五家的產品均可以支持這樣的接口，所以從總體來看，12G-SDI的接口4K超高清設備的選擇余地還不大。

IP方面的最大不確定性是相關的標準，SMPTE 2110 SDI over IP是我們看得到的最遠的現在定下來的標準，但是在這個標準之后，還有很多需要定義的事情，甚至未來8K采用什么樣的方式，這些都是我們現在看不到的一些IP方面的未來的技術。我們即便現在做了準備，可能也不一定會對未來適用。IP的技術一方面有很多地方需要做儲備，另一方面，有很多IP技術的儲備我們也是未知數，并不知道這些儲備是不是真正有意義。

以上是我們對目前4K超高清技術及制作系統的一些認識和經驗的總結，希望能給同行有所借鑒和啟迪。