ПТС и удаленное производство в новой IP-реальности

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 ПТС TimeLine Television UHD2. Вариант Sony-SAM-Axon.

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.

Коммутатор Nexus Cloud Scale серии 9200 / Фото: Cisco
 

В результате каналы ПТС обрели следующий вид

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.

Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000 / Фото: Cisco

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.

Звукорежиссерская / Фото: Arena

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.

Владелец и директор Timeline Television Дэниел МакДоннел / Фото: Timeline

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.

TimeLine Television «UHD2» / Фото: Timeline

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»

Sony 4300 / Фото: Sony

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.

Звукорежиссерская / Фото: Timeline

«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»

Фото: SVG

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.
 

Обложка: Media Business Insight Limited