华为新一代面向4K/8K的Media Fabric解决方案白皮书Media FabricMedia FabricMedia Fabric4K/8K超高清时代到来，推动制播系统向IP化演进 SDI制播系统制约超高清内容生产，成为产业发展瓶颈广电行业视频业务发展迅速，高清、超高清、各种新兴视频业务不断涌现，预示着4K/8K超高清时代已经来临。据统计，2017年全球4K电视发货7500万台，占电视总发货量的35%。Ovum报告显示，全球4K付费电视用户数量在未来几年都呈现逐年上涨趋势，2020年有望达到3000万用户。电视台内部内容生产过程包括三大环节，前端完成摄像机输入信号、外来信号以及本地收录节目的接入，中间经过演播室、转播车、总控和收录域的SDI交换矩阵进行视频传输，后端实现4K信号处理、多画面显示。SDI交换矩阵作为超高清内容生产的关键环节，由于其存在维护困难、容量小难扩展和技术封闭等问题，严重制约了产业发展。电视台内部大多采用SDI矩阵对台内视频流进行调度和分发。SDI矩阵在标清和高清视频业务发展阶段发挥了重要作用。然而，视频业务在不断演进，SDI技术却发展缓慢，无法满足4K/8K业务对大带宽、灵活性以及成本的发展诉求。4K需要的3G-SDI电缆数量是HD的4倍，3G-SDI传送距离<=60m，需额外部署光端机，维护困难采用SDI建设4K制播系统，成本成倍增长2017年年底，行业权威标准组织SMPTE正式发布了IP化标准ST2022和ST2110，标志着SDI制播正在加速向IP制播迁移。与此同时，业内主流设备供应商都陆续推出了各自的IP化产品，传统的网络厂商也积极推出了适配电视台内部制播网的IP化产品和解决方案。1080P 4K 8K VR全球4K付费电视用户发展趋势5000498192124430221266203013952417012602018 Q2 2019 2020 2021 20220全球 中国IP已成为超高清视频业务发展的关键使能技术电缆多、维护困难3G-SDI/12G-SDI带宽低，难以匹配4K/8K业务需求SDI技术和标准发展缓慢，成本高容量小、难扩展制播网和分发网技术不统一，架构复杂，难以应用虚拟化、云化、AI等先进的ICT技术来提升节目内 容的生产制作效率技术封闭、制播效率低外来信号4K摄像系统3G-SDI x 43G-SDI x 44K切换台4K多画面4K信号处理SDI交换矩阵摄像机本地收录节目4K摄像系统总控演播室收录4K摄像系统4K记录器01 02为提升节目制作效率和用户体验，传统电视台也在积极探索向融合新媒体转型。转型过程中，电视台充分借鉴OTT行业的成功经验，应用云计算、大数据、AI、5G等最新ICT技术对传统电视业务进行改造。为引进新ICT技术，电视台首先需要借助IP技术进行系统架构简化，实现传统电视业务和新媒体节目内容的统一制作与分发，提供更新、更震撼的视听体验。顺应广电行业转型发展趋势，解锁传统SDI交换矩阵对广电新业务快速发展的制约，积极拥抱已然到来的4K/8K超高清时代，制播网IP化改造已成为行业发展的必然选择。Media FabricMedia Fabric电视台向融合新媒体转型，需要积极拥抱新ICT技术 新一代面向4K/8K的Media Fabric解决方案为推动超高清产业发展，让更多用户有机会感受超高清业务的震撼体验，华为推出了新一代面向4K/8K的Media Fabric解决方案，成功突破超高清制播技术瓶颈。方案可适配电视台内部的不同制作场景，包括转播车、演播室、播出域、收录和总控。依据不同场景下业务规模的大小，灵活选用NE系列路由器组成双机主备或者Spine-Leaf结构的IP交换矩阵，帮助客户构建制播网IP化解决方案。华为Media Fabric解决方案采用创新的算法和灵活可编程的网络处理器技术，提供基于IP交换矩阵的净切换和智能识别4K/8K流帧边界，可实现大规模音视频业务高可靠调度，从而为后端播出提供广播级的高质量4K/8K视频内容；基于Spine/Leaf的Fabric灵活极简架构，支撑制播系统灵活扩容和超高清平滑演进。高质量制播方案遵循ST2022-6和ST2110、ST2059多种标准格式，基于IP交换矩阵实现视频流净切换，配套PTP实现精准时钟同步。高可靠制播采用在运营商市场成熟应用超20年的华为核心路由器设备，具备芯片级、设备级、网络级的三级高可靠保障，符合媒资行业ST2022-7标准要求。极简制播设备支持GE/10GE/25GE/40GE/50GE/100GE全系列接口，可实现全系列视频码流任意接入。支持与第三方媒体控制器对接集成，可以对端到端IP网络资源进行统一调度和管理, 实现可视化运维。开放生态具备开放的北向接口，支持与多厂商媒资控制器的灵活集成对接。此外，作为传统IP设备提供商，积极与视频行业标准组织、产业联盟以及主流广电厂商开放合作。Media Fabric解决方案具有如下特点：突破超高清制播技术瓶颈，推动超高清产业发展，让更多用户都能感受到超高清的震撼体验云计算 大数据 5G AI03 04转播车演播室播出收录总控SDN控制器SpineLeafMedia Fabric解决方案通过NP芯片+创新算法实现IP交换矩阵净切换，完美保障每一帧视频质量。净切换技术实现了切换画面无损，达到即切即得的切换效果。画面无损：普通报文切换的过程中存在黑场、静帧等问题，而净切换算法由于实现了整帧切换，可保证每一帧视频画面的无损切换。即切即得：网络处理器强大的芯片处理能力可以在芯片接收到切换指令后40ms内完成净切换，有效保障了客户最佳操作体验。同时，净切换技术遵循ST2022-6、ST2110标准协议，支持对SD/HD/UHD等多种格式的音视频流切换，可支撑各类标准音视频内容的制播。制播系统要求严格的时钟同步。针对标清和高清视频流，传统SDI制播系统采用黑场信号（BB）、三电平（TLS）进行精确时钟同步，实现帧对齐，保证画面稳定和唇音同步。制播网IP化后，如何保障IP制播系统与全台其他系统的时钟同步成为了关键挑战。为此，视频行业标准组织SMPTE专门推出了ST2059时钟标准。Media FabricMedia Fabric关键技术：净切换 关键技术：PTP精准时钟同步净切换算法：本方案中通过PTP技术实现精准时钟同步，该技术具备如下优点：精度高: 同步时钟精度小于1s；部署灵活: 遵循ST2059标准要求，支持BC/TC/OC三种时钟部署模式；安全可靠: 可以部署主备时钟，基于BMC算法实现时钟切换保护。05 06整帧切换取代传统报文切换基于IP交换矩阵实现，与前后端设备解耦，无需双倍带宽自学习， 适配多种音视频格式网络处理器芯片：深度报文解析，支持识别帧边界灵活可编程，支持各种音视频标准，兼容主流厂商产品超高性能，业界首个16nm 1T芯片，支持大量无压缩4K流调度Sync Signal GeneratorSDI Matrix摄像机切换台Timing信号处理多画面TC GeneratorPTP GMIP Fabric摄像机切换台TimingSMPTE 2059信号处理多画面交换矩阵IP化后，将面临如下挑战：IP交换矩阵基于IP逻辑链路进行视频流切换，跨部门连接以及台外互联时就会出现地址冲突问题。IP交换矩阵需要保持网络物理拓扑和逻辑拓扑稳定，消除大量4K/8K视频调度时遇到的性能瓶颈问题。华为Media Fabric解决方案提供开放北向接口，支持NETCONF, Telemetry和SNMP等标准协议，可通过标准接口文档与第三方控制器进行灵活集成对接，共同实现视频流的调度、运维等。同时，配套设备遵循ST2022, ST2110, ST2059等标准协议, 与广电厂商各种音视频终端设备具备良好的互通性，确保IP化后网络设备能平滑融入广电媒资的生态系统。华为公司同关键客户、主流广电供应商和行业标准组织/联盟展开广泛积极的合作、创新，共同推进4K/8K超高清产业发展。SDI交换矩阵管理的是物理连接，视频流的切换基于物理连接进行，不会发生地址冲突问题。与湖南卫视、央视等关键客户进行联合创新。其中，已与湖南台完成了第一期联合验证，并在2018年IBC联合发布了制播网IP化方案。与业界主流广电厂商（包括海外的GV、SONY、Imagine、Nevion，国内的格非科技、新奥特正奇、中科大洋等）都建立了合作伙伴关系，致力于为客户提供端到端最佳集成方案。与标准组织和产业联盟展开协作，为超高清标准的持续发展和市场推广作出积极贡献。Media FabricMedia Fabric关键技术：内置组播NAT 开放协作，共同促进4K/8K超高清产业发展07 08第三方SDN媒体控制器摄像机 网关 切换台 时钟发生器 视频播放器SDI交换矩阵: 管理物理连接演播室外部信号收录和播出总控基于此，Media Fabric解决方案中加入了内置组播NAT技术，保证IP交换矩阵与传统SDI交换矩阵一样具有简单的连接。组播NAT是基于强大的网络处理器实现的，可以做到按需进行地址转换，部署方便而且灵活，无需调整网络拓扑和路由。分布式NAT，灵活部署，容量大，没有性能瓶颈。内置组播NAT，无需额外部署NAT设备，节省投资。 IP交换矩阵：管理IP逻辑链路演播室外部信号收录和播出总控内置NATIP链路NETCONF/Telemetry/SNMP为匹配客户不同场景下的业务需求，华为配套Media Fabric解决方案推出了不同款型的路由器。Media Fabric基于华为NE系列路由器打造Media Fabric解决方案09Spine第三方SDN媒体控制器Media Fabric LeafNE40E-X8A NE40E-X16A CX6608 CX6620超大容量：CX6600支持4T线卡，8T线卡（2019年发布） 高密接口：CX6600支持40*100GE, 8*400GE 线卡，NE40E支持20*100GE线卡5U高, 220mm深, 1Tbps容量灵活插卡, 10GE/25GE/40GE/50GE/100GE1U高, 600mm深, 2Tbps容量固定接口, 10GE/25GE/50GE/100GENE40E-F1A-14H24QNE40E-M8A