对于不同的应用环境选择不同的通信方式，主要考虑带宽、安全性、实时性等关键点。

通信还会涉及端口（port）的概念。端口可以认为是设备与外界通信交流的出口，分为物理端口和逻辑端口。物理端口又称接口，是可见端口，如COM端口、USB、RJ45等都是物理端口。逻辑端口（又称虚拟端口）指计算机内部或交换机路由器内的端口，不可见，由软件定义，如常见的FTP 21端口、TOMCAT 8080端口等。

网络传输协议大致也可以分为两类。一类是以TCP为代表的，在收发数据之前必须先和接收方建立连接，也就是握手机制，而且有检错和重发机制。另一类是以UDP为代表的，收发数据不需要握手，自然也就没有检错和重发。如NAS（Network Attached Storage，网络附加存储）这样的应用，对数据要求严格，必须采用类似TCP协议。而像广电常见的应用，如ST2110、SRT都是基于UDP协议机制的。

西藏广播电视台二号演播室是全台使用率最高的节目录制空间，在高清改造时，为了拓展实用性增加了虚拟演播室设备。虚拟演播室的关键环节是要把摄像机的传感器数据实时传给图形渲染引擎，然后进行图像处理合成。数据的实时传输首要考虑低延迟，其次是接口的形式。传感器数据传输，业内用FREE-D格式，不需要握手信号。图形渲染器可以用COM端口或者UDP协议网口接收数据。因此，选用了COM端口为虚拟演播室传感器提供通信，而没有选用UDP传输，是因为需要IP地址参与，现有的FREE-D发送设备不支持向IP地址发送数据。

用COM端口接收数据有两种方式，单端输入与差分输入。单端输入指接口只有一个信号传输端和一个地端，称作非平衡传输，最常见的是RS232接口。差分输入是指有两根线传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反，称作平衡传输，常见的是RS422与RS485。由于演播室较大，传输距离长，确定使用差分输入的方式。

FREE-D协议的一个数据包由30个字节组成，格式为：第一字节标明数据类型，代表公告这个包是FREE-D数据包；第二字节是摄像机的编号；第三到第五字节是摄像机的横向摇动角度；第六到第八字节是摄像机的俯仰角度；第九到第十一字节是镜头的推拉的标定数据；第十二到十四字节是镜头的聚焦标定数据；第十五到十七字节是摄像机高度可以认为是空间坐标的z轴数据；第十八到第二十一字节是摄像机的x轴数据；第二十二到第二十五字节是摄像机的y轴数据；第二十六到第二十七字节为置零位；第二十八到第二十九字节为用户自定义数据；最后一个是数据奇偶校验位。按照这个协议规则30个字节为一个数据包，每秒发送25帧或者50帧，匹配物理摄像机和渲染引擎中的虚拟摄像机的位置。

用COM端口差分的方式传输数据有三方面的优势。第一是收发两点不需要时钟同步，也就是异步传输。异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔多少是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位的时间间隔是固定的。这样两端约定好了数据包的格式和波特率，用一根或者两根数据线就可以完成串行的通信。第二是抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时被加载到两根信号线上，而其差值为0，即噪声对信号的逻辑意义不产生影响。第三能有效抑制电磁干扰。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间耦合电磁场的幅值也相等，同时它们的信号极性相反，其电磁场相互抵消，因此对外界的电磁干扰也小。

二号虚拟演播室摄像机传感器现在每天使用COM端口差分方式进行传输数据的时间平均在6小时以上，工作稳定。

此次高清制播系统建设主要针对播出系统，涉及西藏卫视频道、藏语卫视频道、影视文化（地面）频道三个频道，其节目播出时长不少于65个小时，因此安全播出压力非常大。现实的情况是制作人员有的习惯于纯非线模式，然后提交文件，有的习惯于依赖录像机工作。而播出人员对于纯服务器播出或多或少会有疑虑，就是计算机会出现死机的情况，哪怕是小概率事件。

台技术部门最后确定的播出方案是，以文件播出服务器为主，备份播出配置录像机，播出通道有一台SDI的播出倒换设备保证播出安全。录像机有遥控、手动两个工作模式。在播出系统需要有效地控制录像机，显然以遥控模式为主。录像机的遥控端口与计算机的COM端口其实是一回事，在播出系统的表单中，临近播出一个节目文件时，需要控制一台录像机备播的同时，还要知道这台录像机的状态，比如是否为加载状态、内容放在哪里，这就需要COM端口采用双工模式，即双向传输。这个方案中用的是RS232非平衡通信，在遥控线里有两条有效通信线，作为双向通信的线路。协议是录像机厂家自定义的格式。实践证明该方案工作稳定。

2016年，西藏广播电视台西新五期项目改造后，全台媒资系统、播前整备系统、新闻节目制作网、苹果高清制作网、电视剧译制配音网，影视文化频道节目制作网已经全部实现了高标清格式节目编辑制作。七年之后高清播出系统落地，如图1所示，该方案中设置一个大的存储池，用于各个制作节点与播出系统间的数据交换，这是典型的NAS方案。经过距离与带宽的计算，以及维护、成本等因素的考量，选用EIA/TIA双绞线用于网络传输。

图1 西藏广播电视台新闻节目制作网升级改造项目系统拓扑图

EIA/TIA标准的双绞线提供了缠绕长度不同的4组。双绞线是因在塑料绝缘外皮里面包裹的信号线每两根为一对相互缠绕而得名，其传输方式是典型的差分传输。之所以采用两根信号线相互缠绕的方式是因为，如果是两根平行线传输，从一个方向来的电磁干扰信号会有一点延时差，接收端不能很好的抵消；当线路缠绕起来时，理论上相当于一根线，接收端就可以有效消除干扰信号。另外，一根网线有多组导线，信号传输时还有线间互感的可能，如果每组绞线长度一致会发生干扰的情况，所以可以看到双绞线中的4组导线缠绕密度是不一样的情况。为了在信号传输中更好地抗干扰，双绞线电缆内可包裹金属编织网的屏蔽层，称为屏蔽双绞线（STP）。STP线缆的工作原理是将干扰信号吸引到屏蔽层，然后引入接地线缆中。

以上主要阐述了西藏广播电视台高清改造中涉及的基本通信技术。从中不难看出，对于数据量小的传输应用，COM端口可以完成；对于数据大要求高的传输应用需要各种针对性的协议和硬件。

任何先进的通信技术应用都是基于底层的通信原理，其核心就是怎样把电信号安全、准确地传输到目的地。应用层不管怎样变化，都需要基于底层的基本的电气特性，比如差分抗干扰、加强屏蔽等。因此，笔者希望大家在关注高新技术的同时也要重视基础原理的学习。  

选自 《演艺科技》2023年第三期 张雁峰，李 华，王保来《浅析西藏广播电视台高清制播系统中的数据通信技术》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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