ПТС и удаленное производство в новой IP-реальности

Доступность скоростной сети меняет подход к производству и провоцирует вопрос: есть ли смысл дальнейшего строительства ПТС? Следим за интересной стадией эволюции
передвижных телевизионных станций.

Благодаря развитию цифровых сетей, потоки видеоданных сегодня можно передавать на большие расстояния со скоростью, достаточной для телепроизводства. Это позволяет централизовать телепроизводство в масштабах города. Тема тут же стала популярной — ожидается, что аренда каналов связи таких сетей существенно дешевле, чем ПТС. В то же время есть и встречный вектор повышения разрешения: SD, HD, UHDTV1 и, в перспективе, UHDTV2, пока еще тормозящий процесс централизации.

Доступность скоростной сети меняет подход к производству: необходимость во многих технологических операциях, производимых ПТС, отпадает. В долгосрочной перспективе для некоторых телекомпаний применение ПТС вообще может оказаться нецелесообразным. Сейчас же мы можем наблюдать самую интересную стадию эволюции ПТС и рассуждать об их будущем.

TimeLine Television «UHD2» / Фото: SVG

• Пионерами во внедрении IP-ПТС стали английские компании-арендодатели средств телепроизводства Arena Television и Timeline Television. Они предоставляют свое оборудование и услуги крупнейшим телепроизводителям Великобритании. Жесткая взаимная конкуренция заставляет обе компании держать максимальный темп развития, оставаясь всегда на передовой развития технологий. ПТС с названием OBX была введена в эксплуатацию в апреле 2016 года.

 

ПТС Arena Television OBX. Вариант Grass Valley

OBX построена на базе 17-метрового тягача с прицепом-фургоном весом 34 тонны с трехсекционной телескопической конструкцией, позволяющей увеличить площадь внутренних помещений в рабочем положении.
Проектирование ПТС началось в 2014 году. OBX — первая из трех заявленных компанией ПТС; в августе 2016-го планировался выпуск еще одной — OBY, и уже в 2017-м году третьей — OBZ.

Как утверждают в Arena — OBX стала первым в мире полномасштабным внедрением технологии передачи данных по IP. Изначально ставилась задача реализации всех технологических маршрутов с использованием сетевой технологии IP и одновременным производством и передачей сигналов программ в форматах HD и UHD. Заявлялось, что ПТС способна одновременно передавать данные в форматах SD, HD 1080 50i, HD 1080 50p и UHDTV1. Для стандарта HD была предусмотрена возможность производства в HDR, но на момент ввода станции в эксплуатацию она была еще недоступна.

При проектировании использовалось самое современное на тот момент телевизионное оборудование Grass Valley и был запроектирован COTS-коммутатор Cisco.

Канал изображения:

• 28 камер Grass Valley LDX 86N;
• видеомикшер Grass Valley Kayenne K-Frame 4 M/E с двумя пультами;
• 4 IP-процессора реального времени GV Node;
• 54 платы процессора многооконного отображения Grass Valley KMX-4911;
• 180 IP-шлюзов Grass Valley Densité IPG-3901;
• 2 системы управления и конфигурирования маршрутизатора IP/SDI Convergent Grass Valley с лицензией SDN;
• адаптированная система контроля сигналов изображения и сети Grass Valley iControl.

Канал звука:

• звукомикшер Calrec Apollo 64;
• маршрутизатор сигналов звука Hydra-2;
• звуковые процессоры AV-iQ BLUEFIN2.
• Локальная сеть:
• ядро сети 10 и 40 Гбит/с;
• сетевой коммутатор Cisco Nexus 9000.

Передача данных в технологическом маршруте IP была реализована на основе уже существовавшего на тот момент протокола SMPTE ST 2022-6 с возможностью перехода в дальнейшем на протоколы VSF TR03/04.

Все видеоданные 4K UHD передаются по сети Ethernet 10 Гбит/с с использованием алгоритма устранения избыточности данных TICO. Для передачи был использован способ разложения кадра UHD 2Si, обеспечивающий значительные преимущества в отказоустойчивости и контроле изображения, а также в интеграции с интерфейсами quad-link.

Сама сеть имеет топологию leaf-spine — она отличается от традиционной трехуровневой равноудаленностью периферийных узлов от ядра и, как следствие, предсказуемыми задержками при передаче пакетов данных между узлами. Ядро сети реализовано коммутаторами Cisco Nexus 9000 с интерфейсами Ethernet 10 Гбит/с и, где необходимо, 40 Гбит/с.

Каналы сети используются для контроля и управления ПТС средствами телемеханической системы Lawo VSM. Выбор в ее пользу был обоснован наличием у заказчика персонала, уже знакомого с системой.

Технологическая цепочка передачи сигнала 

В реализованной технологической цепочке используется компрессия видео и звука. Так, например, звуковая программа формируется в Dolby E и Dolby Atmos. Использование компрессий требует отдельных мер для синхронизации звука с изображением. GV Node здесь выполняет очень важную функцию ─ обеспечивает переключение в интервале вертикального гасящего синхроимпульса с минимальной задержкой буферизации.

Помимо внутренних соединений, проектировщик оценил возможности коммутации с внешними устройствами и снабдил ПТС большим количеством IP-шлюзов. Дело в том, что большинство спутниковых станций связи принимают немодулированный некодированный сигнал, а те, которые способны передавать UHD, используют для передачи разделение изображения на четыре прямоугольника, что означает необходимость применения преобразователя.

Несмотря на декларируемое «все в IP», в OBX была применена система Hydra2, которая использует собственный транспортный протокол, минимизирующий задержку распространения данных.

Тем не менее заместитель директора по производственным вопросам Arena Television Даф Риз уверен — использование технологии IP неизбежно для всех ПТС UHDTV1, ведь их нельзя построить, используя счетверенные интерфейсы SDI.

Кроме того, Риз оценил удобство сущностного подхода, использованного в SMPTE ST 2110. В интервью 2017-го года для IBC365 он отметил: «Это тот момент, когда IP являет всю свою мощь. Мы оперируем отдельно циркулирующими в системе сущностями, и ты можешь выбрать нужную. Это делает систему невероятно мощной. С настоящего момента мы будем строить только на базе 2110».

ПТС TimeLine Television UHD2. Вариант Sony-SAM-Axon

ПТС UHD2 впервые была продемонстрирована на выставке IBC в 2017 году.

UHD2 также построена на базе 17-метрового тягача с прицепом-фургоном, имеющего трехсекционную телескопическую конструкцию.

Еcли при проектировании OBX в 2014 году Arena Television сконцентрировалась на переходе на IP на всех этапах производства, то в UHD2 TimeLine Television ставила задачу использовать на всех этапах производства некомпрессированный сигнал.

Предыдущие ПТС строились полностью на основе стандарта 2022-6. UHD2 была выпущена на 12-18 месяцев позже OBX, в начале 2017-го года, как раз когда ожидалось введение SMPTE 2110, поэтому было решено сразу взять за основу стандарт-предшественник SMTE ST 2110 — VSF TR-03. Владелец и директор Timeline Television Дэн МакДоннел считал, что это позволит работать с видеосигналами стандартов 3G SDI и 4K, которые могут быть разделены на потоки сущностей.

В интервью IBC365 в 2017-м году менеджер IP-продукции SAM Фил Майерс говорил: «Когда началось строительство OBX, в ходу были интерфейсы 10 Гбит/с, а 25- и 40-гигабитовые оставались роскошью. Теперь сетевых коммутаторов стало больше, и нам не нужно использовать компрессию»

В результате проектирования каналы ПТС обрели следующий вид.

Канал изображения:

• 32 камеры Sony HDC-4300 (2/3” UHD 4K);
• 2 видеомикшера SAM Kahuna 6ME IP;
• оборудование обработки сигналов Axon;
• процессоры многооконного отображения IP SAM;
• оборудование преобразования сигналов SAM IP;
• 12 телевизионных серверов 1080i, 1080p или UHD;
• система контроля Axon Cerebrum.

Канал звука:

• звукомикшер Calrec Apollo 56;
• маршрутизатор сигналов звука Hydra-2;
• звуковые процессоры AV-iQ BLUEFIN2.
• Локальная сеть:
• ядро сети 100 Гбит/с;
• сетевой коммутатор Arista 7504 (4608×4608).

Установленные в ПТС два видеомикшера SAM Kahuna 9600 позволяют работать с некомпрессированным UHD 4K и HD, с источниками IP и SDI, выпускать программу в HDR и SDR одновременно, а также с пониженным до HD разрешением.

Сигналы камер преобразуются в IP и направляются в оба видеомикшера по каналам связи локальной сети.

Примененный здесь сетевой коммутатор Arista 7504 в 3G-домене соответствует матричному коммутатору размерностью 4000×4000, а в UHD 4K-домене — 2000×2000. Скорость передачи данных каждого интерфейса составляет 100 Гбит/с, при этом все они неблокирующие. Ключевой момент — на каждый порт может быть скоммутирован каждый отдельный источник.

Как обеспечена отказоустойчивость сети в UHD2, к сожалению, осталось за кадром всех интервью экспертов и всех обзоров. Предположительно отказоустойчивость обеспечивается средствами самого сетевого коммутатора, включающими резервирование  а1:N, а также средствами протокола SMPTE 2110.

Управление коммутатором осуществляется системой SAM. В интервью изданию SVG Europe в июне 2017-го года МакДоннел отметил: «Вообще-то, мы не совсем управляем коммутатором. <…> Мы управляем конечными точками, а это означает, что, если сервер EVS захочет управлять камерой один, то необходимо дать ему команду подписаться на IP-адрес этой камеры. Контроллер SAM знает все многоадресные IP-адреса всех приемников и передатчиков. Переключения происходят со скоростью света, или со скоростью пакетов, таким образом задержка между запросом на коммутацию и самим событием коммутации исключена»

Процессор многооконного отображения SAM оснащен 48 входами, 12 выходами. Все входные сигналы проходят через два интерфейса Ethernet 100 Гбит/с.

На терминационной панели ПТС 160 интерфейсов SDI. Преобразование SDI-IP выполняется с помощью плат SAM Mix Card, маршрутизирующих данные в интерфейсы Ethernet 25 Гбит/с. Каждая плата может коммутировать 8 входных сигналов на 8 выходных потоков в IP. В один блочный каркас можно поместить 10 плат, что фактически эквивалентно телевизионному матричному коммутатору 80×80.

«В традиционной ПТС у нас был бы коммутатор 1000×1000, то есть 2000 кабелей, проложенных к одной ячейке из каждого отсека ПТС. Ничего подобного у нас нет, все оборудование подключено оптоволоконным кабелем к центральному коммутатору. Таким образом мы избавились от огромного количества кабелей, проложенных к одному шкафу», — поясняет МакДоннел.

Также он объяснил выбор камер Sony 4300, не имеющих интерфейса IP. Дело в том, что план развития Sony предполагал внедрение интерфейса SMPTE 2110 25 Гбит/с уже в 2018 году. Когда это случится, в Timeline полагали, что они смогут передавать сигнал от камер в маршрутизатор по IP используя один или два кабеля. «Тогда мы сможем удалить некоторые платы преобразователей из ПТС, что можно будет сделать довольно просто, благодаря устройству и отсутствию центральной точки»

Выбор оборудования преобразования сигналов Axon компания Timeline объяснила тем, что первоначальную схему предложила BT, а Axon Cerebrum была важной ее частью. Наличие телемеханической системы, полностью разработанной в Великобритании, важно, поскольку может быть обеспечена совместимость с оборудованием и системами других производителей. В то же время Axon в своем пресс-релизе объясняет выбор Cerebrum тем, что Timeline использует это решение повсеместно: в своем телецентре в Великобритании, а также в ПТС и мобильных комплектах.

Звукомикшер Calrec Apollo 56 в сеть IP включен через интерфейс MADI. Если для OBX использование проприетарного протокола Hydra2 в техпроцессе производства звуковой программы еще было оправдано неготовностью протоколов, то использование того же решения в UHD2 уже говорит о некоторой задержке внедрения средств обработки звука на основе IP, хотя в случае с UHD2 цели перенести все в IP и не было.

 

«Мы применили очень гибкий подход, который позволит нам расти и расширяться по мере развития технологий. Еще одно большое преимущество — масштабируемость. Если мы прибыли на место и хотим добавить еще 5 режиссерских аппаратных, это не составит никакого труда. Всего лишь вопрос подключения к коммутатору оптоволоконных 100-гигабитовых шнуров. В IP нет критических элементов, матричных коммутаторов», — заметил МакДоннел.

Если коротко

Удаленное телепроизводство

Даф Риз в интервью IBC365 в 2017 году был достаточно скептичен по поводу удаленного производства: «Об этом ведется много разговоров, но когда мы освещаем мероприятия, вроде Glastonburry или Springwatch, оно кажется пока еще нереальным».

Архитектор сетевых технологий IP-медиа EBU Уилльям Вермост, напротив, предсказывал резкий рост удаленного телепроизводства. В интервью IBC365 он сказал: «Когда мы делали проект комплекса прямой передачи в эфир по IP на VRT, мы думали, что самое большое преимущество IP —отсутствие необходимости в ПТС. Вы выезжаете с маленьким рэковым шкафом и небольшим количеством камер, но чтобы отправить изображение в телецентр, вам необходима оптоволоконная линия, а, возможно, даже придется прибегнуть к компрессии. Это существенное изменение в управлении производством, на самом деле. Есть свои плюсы и минусы, но это все-таки изменение. Большинство стадионов уже подключены оптикой, следовательно, есть прекрасная возможность обойтись без ПТС. Бельгийский телекоммуникационный оператор Proximus производит две футбольные игры параллельно с помощью небольшой ПТС и одной видеорежиссерской аппаратной. Они подключаются к сети стадиона и передают изображение обратно»

Но есть ли смысл дальнейшего строительства ПТС?

Практика показывает, что инфраструктура пока еще не готова к отказу от ПТС и переходу на удаленное производство даже в сравнительно небольших, но очень развитых странах Европы. В России, с ее масштабами, ПТС будут востребованы до тех пор, пока сетевые технологии не позволят передавать в масштабах страны потоки со скоростями, достаточными для процесса производства, и при этом дешевле стоимости владения ПТС. То есть всегда.

 

 

Источник