|
专业广播环境下的音视频传输技术，近些年发生了根本性变革。几十年来，SDI（串行数字接口）标准一直是电视行业的技术基石。但这套成熟的技术如今已经抵达性能上限，无法再满足现代电视演播室、国际体育赛事转播、大型音乐节直播制作等严苛业务需求。 电视行业正越来越多地采用基于 IP 的解决方案，这类方案具备更强的灵活性、可扩展性与运行效率。ST 2110 就是该领域的核心新技术，这是一套面向视频、音频及辅助数据通用 IP 传输的新标准。下文将对比 SDI 与 ST 2110 的主要差异，介绍哪些场景下 SDI 依旧适用，以及哪些业务场景切换到 ST 2110 能够获得显著优势。 SDI：数十年广播基础设施的基石SDI 标准首个版本诞生于 20 世纪 80 年代末，由电影电视工程师协会（SMPTE）制定。制定 SDI 的初衷，是行业从模拟向数字信号处理转型，需要一套通用标准，保障不同厂商摄像机、监视器、路由切换台、广播服务器、播出系统之间的设备互通，同时尽可能保障最高信号质量。 SDI 圆满达成了上述目标。它的核心优势包括高可靠性、架构简单、跨厂商兼容性好、低延迟；同时安装调试简便，大幅缩短系统部署与故障排查耗时。 SDI 系统中信号通常为单向传输，即从 A 点输送至 B 点。在更复杂的配置中，信号会经过多台有源设备，或是通过分配放大器（DA）、SDI 矩阵切换器做信号分发。这种串行传输模式，在同轴电缆或光纤这类物理介质上只承载一路视频信号（或是嵌入了音频、辅助数据的复合信号）。尽管现场会出现大量同轴线缆缠绕，也就是业内俗称的 “面条线” 布线乱象，但依然大幅降低了广播技术人员的工作难度。
历经多年迭代，SDI 衍生出多个版本，其中最重要的标准如下： SMPTE 259M（SD‑SDI，标清 SDI）1989 年推出的初代 SDI 标准，支持 720×576 标清视频传输，典型码率 270Mbps，充分满足当时电视制作的业务需求。 SMPTE 292M（HD‑SDI，高清 SDI）1998 年伴随高清电视问世，支持 720p、1080i 信号传输，码率提升至 1.485Gbps，满足高质量高清视频传输需求。 SMPTE 424M（3G‑SDI）2006 年发布，支持 50/60fps 帧率的 1080p 信号，码率 2.97Gbps。 SMPTE ST 2082（12G‑SDI）2015 年发布，应对 4K 超高清（3840×2160）传输需求，单链路即可传输 60fps 的 4K 视频，码率 11.88Gbps。 SMPTE ST 2083（24G‑SDI）2020 年推出，单根线缆传输 60fps 的 8K 超高清（7680×4320）信号，最高码率 23.76Gbps。不过 8K 传输更多还是采用四链路 12G‑SDI 方案，该技术在 24G‑SDI 问世之前就已经落地，由四路并行 12G‑SDI 信号共同承载 8K 内容；而 24G‑SDI 实现了单线缆传输 8K 信号。 SDI 固然成熟可靠，拥有高稳定性、低延迟、部署简单等优点，但它的短板也日益凸显：同轴电缆传输距离受限；8K 场景基础设施搭建复杂；远距离传输成本高昂。在追求高灵活性、高可扩展性的业务环境中，SDI 已经触碰到能力天花板，这正是基于 IP 的现代方案以及 ST 2110 标准的用武之地。
SMPTE ST 2110：视频传输的未来电视行业对高效灵活的内容分发需求持续增长，基于 IP 的媒体传输新标准 ——ST 2110 应运而生。该标准由 SMPTE 开发，2017 年正式发布，相比 SDI 实现重大技术升级。和 SDI 一样，它面向专业音视频传输，但可以直接运行在现代 IP 网络环境中。 ST 2110 可在 10Gbps 及以上速率的标准以太网网络上传输无压缩视频，为现代电视制作工作流带来更高灵活性、可扩展性与运行效率。整套标准分为四个核心部分，分别规定时序同步、视频、音频、辅助数据的技术要求。 ST 2110‑10：系统要求该部分定义各系统组件之间互操作的基础规则，核心依靠 PTP 精确时间协议完成同步，让视频、音频、辅助数据流之间实现高精度时序对齐。普通 NTP 网络时间协议同步精度仅毫秒级，而 PTP 可以达到微秒甚至纳秒级精度。直播、演播室制作等业务，要求各路媒体流严格对齐，PTP 的高精度不可或缺。 ST 2110‑20：无压缩视频传输该规范定义无压缩视频的传输方式。信号不做压缩处理，保障画质同时保持低延迟。对比 SDI、ST 2022‑6 IP 传输方案，ST 2110‑20 有一大关键优势：它只传输有效图像区域，不携带视频消隐间隔等无效信号部分。该机制可以优化带宽占用，相比传统 SDI 传输最高可节省 30% 带宽资源。 ST 2110‑30：无压缩音频传输ST 2110‑30 负责无压缩 PCM 音频传输，基于 AES67 协议开发，并且和 AES67 完全兼容。 ST 2110‑40：辅助数据传输ST 2110‑40 专门处理辅助数据（ANC 数据），包含时间码、字幕、摄像机及节目制作元数据，还有各类控制同步信息。传统 SDI 系统中，这类辅助数据是嵌入在信号消隐无效区域内；而 ST 2110 将辅助数据作为独立流传输，简化管理，提升灵活性。 除以上核心子标准外，ST 2110 体系还包含压缩媒体传输相关规范，对核心标准做能力扩展。其中ST 2110‑22定义 IP 网络上的压缩视频传输，在画质损失很小的前提下降低带宽开销，非常适合高分辨率业务、远距离传输这类无压缩视频带宽压力过大的场景。JPEG XS 凭借极低延迟与优秀画质，成为该标准下广泛使用的压缩格式。 ST 2110 的核心优势从 ST 2110‑10/‑20/‑30/‑40 这一套核心规范，我们可以提炼出它最根本的优势：视频、音频、辅助数据可以拆分为独立流，通过单播或者组播地址分别传输。这彻底改变了媒体分发的实现思路。 在 SDI 工作流中，如果要在同一物理介质同时承载视频、音频、辅助数据，必须把全部内容嵌入整合为一路信号。这就要求信号链路中增加各类有源设备，抬高系统复杂度，也提升故障概率。ST 2022‑6 也是类似思路：它是把完整 SDI 信号（包含所有嵌入内容）封装进 IP 数据包，只生成单条单播 / 组播流。 ST 2110 以媒体基本流分离为核心理念，灵活性、可扩展性大幅提升，可以高效管理基础设施内的海量数据流与网络资源。系统不再需要复杂的 SDI 矩阵切换器、解嵌器、加嵌器，网络设计得以简化。举个例子：如果只需要把音频信号输送到音频控制室或者音频制作间，不需要完整传输视频流，直接节约带宽；同时音频专属链路可以选用带宽更低的交换机，优化网络建设成本。 内容分发也变得更加灵活。举办国际体育赛事时，不同广播电视机构可以接收携带不同语言音轨的视频源。系统能够精准控制给每家转播机构下发哪些音频组分；针对广播电台，还可以直接过滤视频分量，进一步削减带宽消耗。 ST 2110 网络拓扑：冗余脊‑叶（Spine‑Leaf）架构依托这套网络架构，ST 2110 系统拥有极强的可扩展性。新增摄像机、控制室、演播室、监看机房、播出服务器、编解码器等设备，不需要大规模改造基础设施即可完成接入。 依靠组播技术高效分发信号：同一个信号源的数据可以下发到多个接收终端，不用为每一个接收端复制一份独立数据流，显著减少线缆数量，降低工程实施难度，节约成本。 ST 2110 主流采用具备冗余能力的脊‑叶（Spine‑Leaf）拓扑。脊交换机构成网络核心；叶交换机用来对接摄像机等终端设备。基础配置一般部署 2 台核心脊交换机搭配多台边缘叶交换机。叶交换机分别连接两套独立的核心网络，业内俗称 “红网、蓝网”，这套 1+1 双网架构实现两套完全独立网络，保障系统高可靠与抗故障能力。 为最大化系统可靠性，1+1 冗余架构会配合ST 2022‑7 协议使用：完全相同的信号同时走两条相互独立的物理路径。一旦其中一条链路故障，另一条链路会持续输出信号，业务无中断。支持 ST 2022‑7 的接收设备会同时接收两路数据并持续比对；当某条路径出现丢包或者故障时，设备无缝切换到另一路完好的数据流上。 软件定义网络（SDN）ST 2110 工程部署中经常搭配软件定义网络 SDN。SDN 是一套现代网络设计运维思路，核心创新是将控制平面和数据平面解耦分开。 - 数据平面：负责网络设备间真实的数据转发、数据包传送；
- 控制平面：决定数据流的转发逻辑，管控数据的传输路径与目标。
基于该架构，管理人员可以通过软件应用实现全网集中管控。在统一控制台就可以监控整网状态、更新路由表与设备策略、查看网络负载，并且实时下发配置变更。 SDN 带来的优势：- 更高灵活性：网络更容易适配业务动态需求；
- 变更部署更快：配置更新可以即时高效生效；
- 网络可编程：支持网络功能自动化与程序调用。
以上特性，让 SDN 与基于 ST 2110 的现代电视制播系统高度适配。
什么时候继续使用成熟 SDI？什么时候切换至 ST 2110？尽管 ST 2110 优势突出，但简单可靠的 SDI 方案，未来一段时间依旧会在电视行业大量使用。对于现有广播机构来说，全面替换 SDI 基础设施投入巨大，同时还需要对技术人员重新培训，因此替换动力有限。 行业也会采用混合网关方案：通过网关设备，把新采购的支持 ST 2110 的设备接入存量 SDI 系统。但混合架构无法发挥新标准全部能力。另一个现实挑战是对工程师技术能力提出更高要求。向 IP 技术转型，行业急需复合型人才，既要懂广电制播业务，也要掌握 IP 与 IT 网络知识。能够适应这套全新技术生态的从业者，将会成为媒体广播行业的核心力量。 但对于新建项目，例如从零建设的演播室、电视台，或是业务对灵活性、可扩展性要求极高的场景，部署 ST 2110 就具备极高价值。典型应用场景包括奥运会、世界杯及其他大型足球赛事转播、演唱会、远程制作工作流、多平台内容分发业务。 毋庸置疑，ST 2110 终将在电视制作领域逐步取代传统 SDI。该技术已经在全球顶级体育赛事成功落地实践，也证明广播行业的未来必然属于 IP。云处理、ST 2110 标准，再加上 SRT 这类传输协议，会共同构建完整技术生态，逐步替代传统硬件导向的基础设施。 文章为转载内容~
| 
