電視台 IP 化大升級！直擊 Fox 旗下 WTTG/WDCA 如何砍掉重練，全面擁抱 SMPTE ST 2110
- fuh911
- 4月21日
- 讀畢需時 6 分鐘
已更新：5月26日
各位對廣電技術有興趣的朋友們！SMPTE 的《動態影像期刊》（SMPTE Motion Imaging Journal）上有個酷東西！吉姆・比恩（Jim Beahn）跟尼基萊什・庫瑪（Nikhilesh Kumar）分享了一個精彩案例：他們怎麼幫 Fox 旗下、服務華盛頓特區（Washington DC）的 WTTG/WDCA 電視台，從無到有、蓋了一個全 IP 化、採用 SMPTE ST 2110 技術的新家。
這個大計畫的目標，是在 2021 年底前，把電視台搬到馬里蘭州（Maryland）貝塞斯達（Bethesda）郊區的新址，而且要直接挑戰當時還算新潮的 SMPTE ST 2110 IP 製播架構。Fox 這邊由工程營運副總吉姆・比恩（Jim Beahn）領軍，找來了紐澤西（New Jersey）的系統整合高手 Diversified 公司，由他們的廣播工程解決方案架構師尼克・庫瑪（Nik Kumar）操刀。
一切從 NAB 大展說起
故事要從 2019 年初的美國廣播電視展（NAB）說起。那時候 Fox 團隊跟各路設備商、設計師、技術專家密集開會，評估了用 IP 傳輸媒體（Media over IP）的 SMPTE ST 2110 技術。評估結果：「就是它了！」他們決定告別傳統又笨重的序列數位介面（SDI - Serial Digital Interface），直接挑戰全 IP 化！他們不搞那種修修補補的 SDI/IP 混合架構，好處就是在「一鍵切換」到新家之前，能把新系統摸透透、測個夠。
閃亮亮的新家…長怎樣？
新家的設計理念很清楚：所有 ST 2110 設備之間的訊號路由（Signal Routing），通通交給網路交換器（Network Switches）搞定，且盡量用原生支援 ST 2110 介面的設備。那萬一碰到還沒支援的骨董設備怎麼辦？只好派出 SDI-to-IP 和 IP-to-SDI 轉換器來當翻譯官，把訊號即時封裝（Encapsulation）成 ST 2110 的即時傳輸協定（Realtime Transport Protocol，RTP）格式在網路裡跑，需要時再解封裝（De-encapsulation）給 SDI 設備吃。
為了確保播出萬無一失，他們還用了 SMPTE ST 2022-7 標準，搞了「紅色」（Red）和「藍色」（Blue）兩套一模一樣、互相當備援的 RTP 媒體網路。甚至還有個「紫色」（Purple）網路，專門處理聲音訊號。據說，這可是全球第一個從地基打起、就完全採用 ST 2110 技術蓋出來的地方電視台喔！聽起來就很厲害吧？
用 SDI 跟用 ST 2110 蓋電視台，到底差在哪？想像一下：
線材：SDI 像傳統第四台的同軸電纜（Coax Cables），又粗又佔空間；ST 2110 用的是輕巧的光纖（Fiber）。
訊號流（Signal Flow）：SDI 像是固定好的水管，一條線牽到底，中間可能要經過矩陣路由交換器（Matrix Routing Switchers）或跳線盤（Patch Bays）；ST 2110 則是所有設備都接到網路路由器（Network Router），由廣播控制器（Broadcast Controller）這個大腦來指揮交通，決定訊號往哪走。
擴充與維護：想加個新設備？SDI 可能得重新拉線、跳線，搞得人仰馬翻；ST 2110 只要在控制器按幾個鈕設定一下就好。連監控（Monitoring）、抓問題（Troubleshooting）的工具，ST 2110 都跟 IT 界的比較像，不再是廣電專屬的神秘技術啦！
系統的心臟：路由器
ST 2110 系統裡，訊號怎麼跑，誰來指揮交通？通常是用現成的 IP 網路路由器。但 WTTG/WDCA 這次玩真的，特別訂製了猛獸級的路由器，不只現在的 ST 2110 高流量負載（Payload）跑得動，連未來升級 4K 解析度（4K Resolution）都沒問題！
想想看，要處理大約 500 個實體端點（Endpoints），還有加起來超過 1800 條（！）備援的影像、聲音、資料流（Flows），沒點本事怎麼行？他們採用了常見的「骨幹（Spine）- 葉節點（Leaf）」網路拓撲（Topology）架構：兩台核心的骨幹路由器（紅、藍備援）處理主要流量，葉節點交換器（Leaf Switches）則負責匯聚（Aggregation）像聲音這種頻寬需求較低的流量。
交通指揮官：廣播控制系統
那誰來當路由器的「大腦」呢？就是這個廣播控制系統（Broadcast Control System）啦！它聽從控制面板（Router Control Panel）或自動化系統（Automation System）的指令，告訴哪個設備該跟哪個設備連線。簡單說，流程大概是：
控制系統下指令要進行切換（Trigger Switches）。
它通知目標接收端（Receiver）：「喂！準備接收新訊號囉！」
接收端向指定的傳送端（Sender）喊：「我要連你！」（發出 Join 指令）。
一旦這個「多點傳播訂閱」（Multicast Subscription）關係建立好，網路就會乖乖地透過路由協定（Networking Routing Protocols），把傳送端的訊號送過去。搞定！
副控室與攝影棚：挑設備也是門學問
挑選副控室（Production Control Room）設備時，也是個挑戰。首先，當時市面上支援 ST 2110 的選擇還不算太多。其次，他們也希望盡量跟其他 Fox 兄弟台用一樣的製作自動化（Production Automation）和圖文包裝系統（Graphics Systems）。
因為專案要求導播機（Production Switcher）至少要有 60 路輸入，這表示導播機的心臟（內部頻寬，Bandwidth）得夠強。而且，還得透過韌體升級（Firmware Upgrades）加大緩衝區（Buffer Size），才能應付 IP 網路偶爾會出現的資料突發（Data Bursts）狀況。同樣地，攝影棚攝影機（Studio Cameras）也得升級韌體，才能確保符合標準（Standards Compliance）、跟整個系統好好合作（Compatibility）。
主控室（Master Control）的難題與解法
到了主控室這邊，又碰到一個大麻煩：在他們設計定案的時候，市面上幾乎找不到合格的 ST 2110 主控切換器（Master Control Switchers）！
怎麼辦？山不轉路轉！團隊乾脆放棄實體切換器，改用「虛擬切換」（Virtual Switching）的方式，靠專用的圖形處理器（Graphics Processor）來完成影像去背合成（Keying）等效果。
更頭痛的是，他們慣用的主控擷取/播出系統（Ingest/Playout Systems）那時只有 SDI I/O，沒有專案需要的 ST 2110 I/O。還有，隱藏式字幕（Closed Captioning）設備也還沒跟上 IP 化的腳步，沒有原生支援 ST 2110 的版本。結果就是… 為了讓字幕能乖乖地疊加在正確的位置，他們只好額外花大錢加了 24 台處理器（Processors）！真是個燒錢又燒腦的挑戰。
聲音處理：大道至簡
聲音（Audio）的部分就相對單純一些。他們選了一款原生支援 ST 2110 標準的音訊製作混音座（Audio Production Console）。選它的最大好處是，可以直接處理 ST 2110 的音訊串流，不用再轉成 MADI 或 Dante 這些常見但不同的音訊格式，省了不少麻煩！其他只需要處理聲音的設備（Audio-only Devices），就直接用 1 GbE（Gigabit Ethernet）網路線連到「紅色」或「藍色」網路中的音訊匯聚葉節點交換器就好。
系統的心跳：PTP 精準同步
在 ST 2110 的世界裡，時間就是一切！精確時間協定（Precision Time Protocol，PTP）扮演了「系統心跳」（Heartbeat of the System）的超關鍵角色。他們用了兩套互相當備份的 PTP 主時鐘（Grandmaster Clocks），而且還鎖定衛星訊號（Locked to Satellite Signals），確保時間絕對精準到不行。
為什麼 PTP 這麼重要？因為 ST 2110 把影像、聲音、輔助資料拆成不同的 RTP 串流在網路跑，如果沒有一個超級精準的統一時間基準，這些串流就沒辦法完美同步，到時候觀眾看到畫面跟聲音對不上（lip sync error），那可就糗大了！所以，一個好的 PTP 設計是 ST 2110 系統成功的基石。
從 SDI 老司機變 IP 新手？教育訓練不能少！
換新技術，尤其是從熟悉的 SDI 跳到全新的 IP 領域，電視台的工程師們難免心裡有點忐忑不安。為了讓大家安心擁抱 IP 化，設計與整合團隊貼心地安排了一系列「練功坊」。
先從基礎的 TCP/IP 和網路知識（Networking）打底，建立基本觀念。接著，等 ST 2110 系統慢慢架起來、開始運作後，各家設備（像是路由器控制、網路硬體等）的廠商也親自來到電視台現場，針對自家產品開課教學。連 SMPTE 自己開的「了解 SMPTE 2110」（Understanding SMPTE 2110）線上課程，也成了重要的學習資源，幫助大家快速上手。
成果驗收：妥當啦！
那… 搞了這麼多，結果如何？
答案是：非常成功！從 2022 年初開始算起，這套全新的 IP 化製播中心已經穩穩地跑了大半年，7 天 24 小時全年無休，而且持續表現一級棒！領軍的吉姆・比恩（Jim Beahn）和尼克・庫瑪（Nik Kumar）都回報說，系統運作起來跟當初設計規劃的一樣順暢。
看來，當初咬緊牙關、克服重重挑戰（Challenges），堅持從頭打造全 IP 化的決定，真是太值得了！
想挖更多寶？
看完是不是覺得意猶未盡，想知道更多幕後花絮和技術細節？快去找最新一期的《SMPTE 動態影像期刊》（SMPTE Motion Imaging Journal）來看看由吉姆・比恩和尼克・庫瑪親自撰寫的完整報導吧！
原文參考出處：https://www.smpte.org/blog/case-study-implementing-smpte-st-2110-for-a-new-ip-based-local-tv-station
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