基于12G-SDI的UHD制作系统现状和未来

何寅畏 世纪睿科集团视频事业部

基于12G-SDI的UHD制作系统现状和未来

何寅畏 世纪睿科集团视频事业部

本文对4K UHD超高清电视信号格式的现状进行了介绍，对目前建设4K UHD超高清电视系统选择12G-SDI格式还是SDI Over IP格式分享了自己的观点，对广电未来的技术架构进行了展望。

4K-UHD 12G-SDI SDI Over IP 未来技术展望

1．引言

很高兴参加第六届广电传媒产业论坛暨第四届中国广播电视紫金论坛。今天我要讲的主题是12G-SDI的4K超高清的系统。基于12G-SDI接口的4K超高清系统或是基于SDI over IP接口的4K超高清系统的技术都在发展中，世纪睿科在这两种系统都同时有项目在进行当中，都积累了一些经验。

2. UHD电视信号格式现状

先介绍一下现在的4K，也就是UHD电视信号格式的现状。最早其实多年以前，UHD的制作格式在单机类的制作系统当中就已经有了，它的最重要传输方式就是Quad-Link。两三年前实时的直播系统，如演播室、转播车开始向UHD的格式发展，那时4K采用的4根视频电缆传输4路1080P SDI信号的Quad-Link格式已经不太适应于直播的系统，所以就发展出了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，同时依旧保留了Quad-Link的格式。

Quad-Link是最早采用的4K信号格式，在早期支持4K格式的摄影机和录制设备上一直采用此方式，目前依然是应用最广泛的4K信号传送格式。Quad-Link又分为2SI和SQD两种方式，SQD:Square-Division方式采用正方形四分割方式分配4路信号，对于4路信号传输时延的要求较高，画面处理延时更大。2SI: 2 sample-Interleave方式采用像素点交织方式分配4路信号，2SI信号的任意一路3G-SDI，可以作为4K信号的1080p格式。2SI方式兴起之后，大部分厂商都已支持此种方式。

4K UHD的Quad-Link、SDI over IP以 及12G-SDI 这三种接口方式在现在国内的超高清系统中都有不少的应用。

SMPTE 2082-1 (2015)-12 Gb/s Signal/Data Serial Interface - Electrical是12G-SDI信号2015年的标准，目前支持该标准的厂商和设备如下，摄像机厂商：有池上、松下、GV……；切换台厂商：有SAM、GV、RossVideo……；监视器厂商：有TVLogic、池上、国产……；矩阵厂商：有UTAH、SAM、Evertz……；周边设备厂商：有SAM、Evertz……。实际上最早可能仅仅是两三家非主流的厂商开始推12G-SDI接口的4K设备， 2016年的NAB以后，池上等一些大的厂商都开始有了12G-SDI接口的4K设备。

目前UHD制作系统的情况是：全球范围内的UHD系统主要以制作系统为主（转播车、演播室、EFP），绝大多数为规模较小的系统，以Quad-Link方式实现。CCTV将于今年建成第一辆IP 4K转播车，采用SONY IP LIVE + Imagine Selenio + AES 67 +CISCO；腾讯视频将建成第一辆基于TICO浅压缩的 IP 4K转播车，采用全线GV 产品，信号采用Tico over IP方式为主，以GV Node作为调度核心；北京世纪汉唐正在建设第一辆基于12G-SDI的4K转播车，采用30讯道Ikegami + 2ME Kahuna 9600。

UHD制作系统采用Quad-Link方式实现，目前还比较多。但是比较大的系统，例如大型4K转播车或者大型4K演播室，采用Quad-Link方式，4根视频电缆传输4路1080P SDI信号的方式存在较多的局限性。

我们去年中标后今年刚刚交付完成的一辆CCTV的全4K转播车就采用了全IP的方式，该转播车是我们和索尼等很多公司一起合作完成的，这并不是全球第一辆4K IP的转播车，但是在国内还是第一辆全4K全IP的转播车，技术的实现意义还是很大的。几乎在我们给CCTV交付第一辆全4K全IP转播车的同时，腾讯视频也建设完成了第一辆4K IP转播车，这辆转播车信号采用Tico over IP方式，这是国内已经建成的第二辆完整的4K IP系统的转播车。

基于目前技术发展的现状，这两辆4K IP系统转播车的4K信号都采用了浅压缩，这种浅压缩虽然在技术上可较方便的实现在一个万兆网内传输一路12G带宽的4K信号，但同样也带来了传输的延时以及其信号是否能较方便的共享给其他设备等一些问题。目前世界上只有韩国有一辆12G-SDI接口的4K转播车，北京世纪汉唐制作公司目前正建设一辆30个讯道的4K转播车，是第二辆基于12G-SDI接口的4K转播车。

3．未来的电视系统，12G amp; IP？

面向未来，我们在做4K UHD系统的时候，SDI over IP和12G-SDI这两个格式该如何取舍？比较目前4K UHD几个主流方式和生命周期，首先是最传统的Quad-Link格式，还会有一个比较长的生存时间，因为它是比较简单的传输方式，同时在单机ENG方面有比较好的市场应用场景。12G-SDI也是较早的一种格式，目前我们判断它的存活时间会比较久，一方面是UHD-SDI基带的方式是目前大家最容易接受的，没有任何技术门槛，UHD-SDI基带传输的线缆目前已可传输100米左右的距离，各方面的安全性也比较有保障。上面说到的央视CCTV和腾讯视频的两辆转播车都采用了浅压缩UHD-SDI Over IP的方式，将来无压缩的IP标准发布之后，目前压缩到10G以内的浅压缩UHD-SDI Over IP的方式会很快被市场所淘汰，4K UHD视频传输未来肯定还是IP的传输方式。

VoIP的方式是未来的方向，广电未来的技术架构肯定是基于IP。未来大型数据中心会成为全台各类业务的核心系统，总控系统乃至整个制作中心都将是大型数据中心的方式，数据中心的建设会对未来的总控系统以及全台的核心系统有很大的帮助；未来全台系统的电视信号、视频文件、数据库、业务流程等均在同一个系统内；采用虚拟化布署与私有云架构，不再有大量专业广电设备存在；系统的改动和升级将会十分简单，硬件通用设备的升级或堆叠将不影响业务，业务流程的改动仅仅通过软件策略调整即可实现。

我们在建设技术系统时要区分不同的系统分别采用不同的技术策略。对于制作系统，每一个演播室或转播车，都可以看做是一个制作孤岛，因此系统内部的格式或者流程，并不必须与全台统一，只需要在接口统一即可。即全台可以是一个无压缩的IP格式，而转播车可以采用浅压缩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，各个制作系统都可以顺利的进行自身的节目制作，各制作系统内部的格式和全台的格式没有必要一定要统一，否则我们将永远在等待IP技术发展到最终阶段，才能去建设所有的UHD技术系统。

图1是我们预测在短期之内能看到的全台技术架构，虽然比较简单，但表述比较清晰。

未来全台的总控、调度甚至播出一类的核心系统，应是一个IP核心调度系统，部署在一个虚拟的云上或者是部署在一个数据中心里面，采用SMPTE 2110 SDI over IP的格式。全台除这个IP核心调度系统以外，所有演播室、EFP、转播车等制作系统可以采用各自的格式。我们现在要建设的4K系统不用担心IP的标准是不是已完备，IP的技术是不是已发展成熟，是不是一定要在转播车或演播室内运用虚拟化的技术。如果现在需要建设一个4K系统，采用任何一种成熟的技术，只要是可行的，在不影响质量的前提下都可以放心地采用。

图1 广电未来的全台技术架构

4．问题与答案

第一个问题是人们担心12G-SDI说到底是一个过渡技术。但我认为，从来就没有一劳永逸的技术，任何的技术手段都是前后两代技术之间的过渡技术，需要考量的是不同技术的生命周期是否足够。从生命期来看，12G-SDI技术在IP虚拟化完全实现之前，是非常实用的传输手段，会比目前的其他传输手段有更长的生命期。SDI串行数字信号技术，是久经考验的成熟手段，无论是信号的检测，故障的判断，还是信号的传输，都有很多经验可以参考，有很完备的技术团队去实现，SDI串行数字信号技术也将在未来一段时间继续受到欢迎。

而我们目前看得到的IP技术，虽然前景很广阔，但是实际上我们还没有经过真正的实战。我们和索尼等很多公司一起合作完成的CCTV全IP 4K转播车，在最近两个月后会有很多的使用，在这两个月的使用当中我相信会有很多的反馈，比如说在IDC机房的设备在直播车上安装之后会不会有新的问题的发生；转播车长期运转之后，所有的接口和精密设备在转播车内是不是还可以安装的完全稳固；一旦出现任何的故障或者说信号的问题，前方传统的视频团队是不是有足够的经验判断，现在IP系统当中故障的问题点发生在什么地方，如何去处理它。这实际还需要有两三年的经验积累，才能去判断一个系统是不是稳定。

第二个问题也是很多人担心的，就是12G-SDI的传输，因为它的带宽已经是原来1080P的带宽的四倍，那么它的传输品质和距离是否会限制系统设计？目前CANARE和BELDEN两大线缆产品均已发布12G-SDI的相关产品，其中CANARE已经推出跳线排等接插件。从目前生产厂家和第三方的测试结果来看，12G-SDI单根线缆的传输距离在100M左右，与1.5GHz的1080i信号相当。由于频率过高，确实在接插件方面的品质要求会更为严格，接插环节带来的反射损耗也会比低频段信号更大，在设计系统时，系统布线不宜过多采用接口板双通。

第三个问题是如何判断系统适用12G还是IP技术。我认为，从实用性和易用性来说，传统技术显然有更大优势；从技术亮点和团队储备来看，IP会更吸引眼球；判断系统适用12G还是IP技术的最大的依据是系统的建设目的和意义，是为了实用超高清转播制作，还是为了尝试新技术对未来进行技术储备。

从实用出发，如果建设4K系统是用于4K超高清转播或综艺直播，我认为12G-SDI会是一个简单易行的选择。但是如果从长远考虑，从未来IP方面的技术储备出发，IP技术建设会有更大的意义。当然12G-SDI和SDI over IP两者都还有很多未知数，比如说12G-SDI还有待各设备工厂开发更多的产品。从目前来看，摄像机、切换台，包括慢动作的EVS服务器还有周边设备等，都已经有厂家推出了12G-SDI的接口，但目前每一个环节都没有三到五家的产品均可以支持这样的接口，所以从总体来看，12G-SDI的接口4K超高清设备的选择余地还不大。

IP方面的最大不确定性是相关的标准，SMPTE 2110 SDI over IP是我们看得到的最远的现在定下来的标准，但是在这个标准之后，还有很多需要定义的事情，甚至未来8K采用什么样的方式，这些都是我们现在看不到的一些IP方面的未来的技术。我们即便现在做了准备，可能也不一定会对未来适用。IP的技术一方面有很多地方需要做储备，另一方面，有很多IP技术的储备我们也是未知数，并不知道这些储备是不是真正有意义。

以上是我们对目前4K超高清技术及制作系统的一些认识和经验的总结，希望能给同行有所借鉴和启迪。