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技术综合
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IP交换矩阵分析研究

国家广播电视总局广播电视规划院｜覃毅力 邸杨骅 刘文翰 王倩男 刘汉源

一.概述 块、输出接口模块、调度交换模块、控 议如NMOS等实现自动发现、自动注册和
追求更好的节目声音和图像质量、 制模块以及时钟同步模块。 受管理控制功能。一般情况下，IP交换矩
音画效果，更高的制作效率、更快的节 输入/输出接口模块承接了交换矩阵 阵至少应支持SDN集中管控方式或协议交
目发布速度以及更广的覆盖率是广播电 对外的连接，汇聚台内外IP信号的输入 换模式中的一种调度交换方式，通过进台
视工作者的理想。随着融媒体和超高清 输出，需适应现有技术并适配未来业务 路由流表或IP网络交换协议自动建立信号
的发展，极大加快了广播电视中心制作 的应用，应具备不同的接口，兼顾具备 调度路由，完成信号的调度和交换。
和播出系统从SDI电路交换系统向IP网 不同封装格式以及不同的码率的多种业 时钟同步模块是IP交换矩阵中保证
络交换系统迁移的速度。国家广播电视 务需求，支持高清、4K超高清、8K超高 信号同步的关键部件，实现时钟信号锁
总局汇聚了行业专家，着手编制《广播 清以及其他的业务。标准中要求，IP交 定和分发。要求持GY/T 348—2021《专
电视IP化制播体系建设技术白皮书》， 换矩阵应支持GE电接口、GE光接口、 业广播环境下音视频设备精确时间同步
同时启动系列IP化标准的编制工作。在 10GE电接口、10GE光接口、25GE光接 协议规范》规定的PTP信号锁定，工作
2022年7月，国家广播电视总局科技司 口、40GE光接口、50GE光接口、100GE 模式支持BC或TC工作模式。
和全国广播电影电视标准化委员会通过 光接口和400GE光接口，相关接口指标
了广播电视和网络视听行业标准《IP交 应符合国际、国家以及行业的相关规范 三.IP交换矩阵组网特点
换矩阵技术要求和测量方法》审查，该 要求，以保证接口和数据的互联互通。 IP交换矩阵将主要应用于台内制作
标准明确IP交换矩阵的技术要求和相应 信号交换模块完成IP信号交换和转 系统或总控播出系统，其组网具有以下
的测量方法，不仅有利于IP制播系统的 发，是IP交换矩阵的核心模块。 该模块 特点：
设计和建设，还对促进广播电视IP化发 实现了IP换矩阵内的所有输出接口上均 一是组网规模大，支持数量庞大的
展也具有的作用。 可任意调度和切换所需的输入信号；所 信号调度和交换。在信号调度上，IP交
下文将将IP制播系统中最关键的设 有信号均可按照SMPTE ST 2022-7的模 换矩阵需要对台内各个演播室信号、卫
备IP交换矩阵进行介绍和分析。 式，通过双路由同时调度。在调度过程 星接收信号、中央广播电视总台以及其
中，应保持原输入信号不变，包括封装 他台的信号、前端回传信号、新媒体信
二.IP交换矩阵的介绍 协议、视音频信号格式和内容，同时不 号等外来信号进行调度，需要支持上百
IP交换矩阵在IP制播系统中处于核 应影响其他信号的正常使用。 甚至上千条数据流的交叉转发，如总台
心地位，作为组网中不可或缺的设备， 控制模块通过下发控制和管理指 在SDI模式下核心矩阵信号通路配置规
要求性能高，稳定性强。该设备主要是 令，实现对信号调度的控制和模块管理。 模可达576×576，若按照音频、音频以
指采用IP网络架构，通过IP报文交换的 控制模块应支持输入输出信号的地址配 及辅助数据独立封装的SMPTE 2110系
方式，实现广播电视信号从输入接口至 置，针对同一输入源的视音频及辅助数据 列标准，视频流、音频流以及辅助数据
输出接口调度和交换的设备。典型的IP 等信号可以进行组绑定及组切换调度。为 均为独立的IP流，一路节目至少包括1个
交换矩阵的功能结构应包括输入接口模 了更好地控制流量，还应支持端口限速功 视频流、1个~6个音频流和1个辅助数据
能。为保证系统的安全，交换矩阵应具备 流，在IP交换模式下，所支持的数据流
基于网络传输层五元组的输入输出接口访 要达到上千条。
控制模块
问控制列表功能，可支持按照网络传输层 二是支持多种格式的信号。目前大
输入
调度 输出
接口 五元组有效管控输入、输出信号，可设置 部分电视台已实现全高清播出，部分具
IP信号 交换 接口 IP信号
模块
模块 模块 输入信号源白名单以及黑名单，控制设备 备4K/8K超高清播出，因此IP交换矩阵
时钟同步模块 的接入。此外，为了提高网络设备的灵活 应支持1.485Gbps高清晰度电视信号、
便捷接入，IP交换矩阵还应可通过网络协 3Gbps高清晰度电视信号和超高清晰度
图1
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