TPC (TV suisse) : un car de production Ultra-HD/IP

Nous avons eu l’occasion d’aller visiter à Zurich le dernier né des cars de production de TPC, la société de production des chaînes publiques suisses SSR/SRG. Ce car a la particularité d’être le premier car de production UHD IP au format SMPTE 2110 en Europe. L’objectif était de réaliser une « preuve de concept » à finalité opérationnelle, en anticipation du nouveau bâtiment « Metechno » lui aussi tout IP prévu pour 2019. Ce car constitue ainsi une première expérience pour définir les méthodes de conception des futures régies IP et des nouveaux workflows associés.

Ce car est on-air depuis Octobre 2018, après un projet qui s’est étalé sur 2 ans (dont 9 mois de retard, majoritairement dû au retard de livraison des Gateway SDI/IP en version UHD). Le budget global a été estimé à 6 millions d’euros (hors caméras et EVS). Un travail de longue haleine a été réalisé avec l’ensemble des constructeurs pour trouver des solutions à toutes les problématiques. Dans la méthode on peut souligner le recours à une procédure de présélection des fabricants à travers un processus de « Technology Certification System », dans laquelle chaque solution (cœur de réseau, Gateway, orchestration, supervision …) a été testée en environnement réel avant de choisir les fabricants retenus pour le projet.

Architecture du car

Ce semi-remorque de 39 tonnes dispose de quatre soufflets qui sortent d’un mètre sur toute la longueur du car. Sur le flanc gauche un soufflet vidéo et un soufflet audio, sur le flanc droit un soufflet production, et face au soufflet audio gauche, le reste de la cabine audio. Le sol au centre est fixe et celui des soufflets se plie. Dans la cabine, deux zones plates séparées par une marche et une cloison amovible : la partie audio et la partie vidéo.

Le car n’exploite pas la production de chaleur des équipements et la climatisation est confiée à un système spécifique. Pour pouvoir alimenter ce car et tous ses équipements, il est nécessaire de disposer de deux lignes à 125A, les 63A ne sont pas suffisantes (consommation réelle de 60 et 80A). 

Réseau, signaux vidéo et audio

Le transport des signaux IP Broadcast se fait sur deux réseaux distincts en redondance totale l’un de l’autre (SMPTE 2022-7). Il est physiquement assuré par deux châssis switches Arista monolithiques avec des ports 10/25/40 et 100Gb/s sur lesquels sont connectés des switches Gigabit pour la partie Audio (cela fait baisser le coût par port comparativement à une carte dans le châssis central). Pour pouvoir installer ces équipements IT de datacenter de 120cm de profondeur, les portes du car ont dû être creusées pour permettre la ventilation des équipements (voir photo ci-dessous).

Le test de perte d’un switch est complètement transparent : aucun signal n’est perdu et aucune interruption n’est observée. Le temps de redémarrage d’un switch est assez long. Il est fixé à 3 minutes par Arista de façon à ce que la réapparition des signaux ne se fasse pas au compte-goutte : une fois que les connexions sont rétablies, tous les signaux sont disponibles. 

Un réseau d’administration distinct sur des switch pizza-box Arista est également déployé.

La synchronisation du temps est confiée à deux générateurs PTP Tektronix SPG800A qui génèrent également le signal BlackBurst pour les équipements SDI.

L’interfaçage avec le SDI est assuré par 46 passerelles Selenio Network Processor (SNP) d’Imagine. Chaque SNP peut générer de 16 HD à 4 UHD (HD-UHD : soit 16-0, soit 12-1, soit 8-2, soit 4-3, soit 0-4). Ces passerelles sont utilisées pour la conversion des signaux caméras (les liaisons entre le plateau et les CCU sont de classiques Triax), pour la conversion des entrées et sorties du mélangeur SONY (qui est en SDI, aucun mélangeur IP n’étant encore disponible), ainsi que pour la conversion des entrées /sorties avec l’extérieur (pour lesquelles il n’y a pas encore eu de demande de signaux en 2022-6 ou 2110). 

Les mosaïques sont alimentées directement en IP (logiciels Imagine installés sur des serveurs HP), ainsi que les moniteurs des différents postes de travail, modèles customisés avec une carte d’entrée 2110 par l’intégrateur SonoVTS (photo ci-dessous).

La console Stagetec et sa grille Nexus (châssis DSP) communiquent avec le réseau media du car via des entrées/sorties Ravenna (ce format est compatible avec 2110-30 moyennant un paramétrage des équipements sur des valeurs conformes à la norme SMPTE). Autrement tous les équipements audio communiquent directement avec la grille privative Nexus, dans la mesure où aucun n’est équipé d’entrées/sorties IP. Parmi les autres équipements audio seul l’enregistreur Pyramix est connecté directement en IP au réseau media.

L’intercom est un système DELEC traditionnel (pour coller au reste du parc de l’environnement de production) et n’a aucune interface IP. Les liaisons avec le rack Nexus sont en MADI.

Pour les liaisons avec le plateau, les Stagebox audio sont des modèles classiques de Stagetec connectées par fibre à la grille Nexus (format propriétaire).

Une baie IP peut être déportée sur le plateau, elle est équipée d’un switch de management, de 64 entrées sorties audio et d’un convertisseur MADI Montone Direct Out.

Les signaux GPI, Tally et commandes série transitent par le réseau Mediornet de Riedel.

Mediornet permet aussi de déporter des liaisons de et vers le plateau. Ce réseau fermé et propriétaire a l’avantage de ne pas offrir de porte d’entrée sur le réseau « media » du coeur du car (et donc de constituer potentiellement une faille de sécurité) contrairement à la baie IP déportée. 

Capacité de production Ultra HD – HDR

Le car peut travailler aux formats HD (SDR et HDR) et UHD (SDR et HDR). Le HFR 100 images/seconde sous la forme d’une paire de signaux 50p est possible mais n’a pas été expérimenté. La capacité du mélangeur est de 40 signaux UHD ou 160 signaux HD. Il n’est ni possible de travailler simultanément en HD et UHD, ni judicieux de travailler en permanence en UHD et de convertir la sortie en HD car on perdrait alors une grande capacité d’entrées-sorties au niveau du mélangeur. Les signaux UHD IP sont transportés sous la forme de « Single Stream » (un seul flux par vidéo). Le réseau IP temps réel gère alors des flux vidéo non compressés de l’ordre de 10 Gbps au lieu de 2,5 Gbps en HD. 

L’opération la plus longue consiste à rappeler des configurations Ultra HD sur la quarantaine de gateways Imagine SDI <=> IP qui doivent dans ce cas être redémarrés. Le changement de format de travail prend alors une trentaine de minutes. En revanche le changement de configuration au sein d’un environnement de production HD ou UHD est de quelques secondes (rappel de preset). 

Concernant la production HDR, qu’il s’agisse de produire en 1080p ou 2160p, la philosophie retenue consiste à ne fabriquer qu’un signal HDR qui sera décliné en SDR à la sortie.

Pour garantir une excellente qualité SDR, les ingés-vision travaillent justement en SDR tandis que le poste maître est dévolu au monitoring et à l’ajustement des sorties HDR de toutes les caméras avant qu’elles alimentent le mélangeur. Visiblement cette philosophie donne pleinement satisfaction aux producteurs.

Les caméras utilisées sont des Sony HDC-4300, la conversion automatique HDR<=>SDR est confiée à un processeur Sony HDRC-4000. Mais a priori pas de benchmark des solutions concurrentes réalisé.

Cabine audio

La cabine audio est séparée du reste du car par une cloison/porte à haut niveau d’isolation acoustique.

Des panneaux absorbants mobiles peuvent être déplacés pour amortir les réflexions latérales pendant la production. Pour le reste, les cloisons et le plafond de la cabine alternent surfaces réfléchissantes (plaques de métal), diffusantes (les plaques de métal sont trouées) et absorbantes (mousse absorbante placée derrière les plaques).

La console n’est pas très large, deux ingénieurs du son maximum peuvent travailler dessus, rendant difficile le positionnement de l’un des deux au point d’écoute idéal.

Le monitoring est assuré par un système 5.1 Neumann compact à hauteur d’oreilles. Le monitoring 3D est évoqué, mais sans objectif de concrétisation à court terme.

Un poste de travail secondaire est placé à l’arrière de la cabine. Il accueille notamment un écran/clavier mobile (qui peut se retourner vers la console principale) pour paramétrer le réseau d’ordres. Depuis ce poste secondaire on peut également piloter les machines audio (lecteurs, enregistreurs, console analogique de secours).

La réflexion concernant la production Audio Orienté Objets est engagée chez TPC, de concert entre ingés-son du car UHD et des futures régies IP. Plutôt que l’audio 3D – TPC produit déjà de l’ambiance immersive 5.1 sur la majorité des programmes qui s’y prêtent – c’est le support du multilingue qui motive cette réflexion. TPC produit régulièrement des programmes en direct dans les 4 langues officielles suisses, une des raisons pour laquelle une régie audio « bis » est régulièrement mise en œuvre dans le camion d’accompagnement. Cette régie partage ses ressources en IP via le réseau privatif Nexus de la console Stagetec. Cette configuration permet à cette régie bis d’offrir un mixage alternatif au mixage principal, ou bien de travailler à l’insertion des commentaires dans les quatre langues associées au mixage principal multicanal (son international) produit dans la régie son principale.

Exploitation

Le pilotage des équipements se fait grâce au système VSM de chez Lawo. VSM contrôle le SDNO d’Imagine qui fait l’orchestration des signaux vidéo et audio (réseau Arista et passerelles SNP).  C’est VSM qui permet aussi d’associer entre eux différents flux audio et vidéo et de les router par groupe (tâche essentielle puisqu’avec 2110 les signaux audio sont transportés séparément des signaux vidéo).

Le car est équipé de panels de commandes VSM physiques mais dans la pratique ils sont très peu utilisés et les exploitants leur préfèrent les interfaces logicielles présentes sur les postes de travail. 

Un poste de contrôle traditionnel SDI est présent au poste équipements pour le contrôle des signaux SDI en entrée sortie de Gateway.

La vérification du bon fonctionnement des équipements se fait avec le logiciel Dataminer de Skyline (supervision globale de l’ensemble du système). Cet outil s’avère un peu sur-dimensionné pour l’usage qui en est fait dans le car (il est aussi très onéreux), mais s’il demande un gros travail de configuration, il donne en revanche pleine satisfaction. Aux dires des ingénieurs que nous avons rencontrés, ce type d’outil est indispensable dans un tel environnement.

 

Les problématiques

En conclusion, les utilisateurs avaient pas mal de craintes liées à l’utilisation d’un cœur réseau à la place d’une infrastructure traditionnelle, mais en réalité il s’avère que les problèmes rencontrés ne viennent pas du réseau et que celui-ci n’a jamais fait défaut. En revanche, un certain nombre de problématiques doivent être traitées. 

D’abord, un travail important est à faire sur les délais, qui sont plus élevés que dans une infrastructure SDI (jusqu’à 300 ms). Cela nécessite progressivement de revoir les méthodes d’alignement au sein du car. En revanche, du fait de l’architecture réseau choisie (non-blocking, tous les flux sont en permanence actifs) les latences sont fixes et déterministes. 

La gestion du lip sync est également assez complexe. Elle n’est pas opérée automatiquement par les équipements 2110 et il faut tout refaire à la main comme dans une infra SDI. Dans le projet futur du bâtiment, la demande a été faite que le lip sync soit géré par l’orchestrateur…

Du côté de l’orchestration, l’infrastructure du car est également loin d’être idéale du fait de la non-disponibilité d’un certain nombre de fonctions de contrôle au moment de l’intégration. À titre d’exemple, aujourd’hui si on ajoute un nouvel équipement dans le car, il faut l’intégrer au SDNO via un driver spécifique. Il n’y a aucun équipement proposant un interfaçage en NMOS IS04 ni IS05 dans le car, cela est identifié comme un manque important. Dans le même registre, l’adressage des équipements IP est manuel, ainsi que l’ensemble des flux multicast, ce qui représente une quantité de travail non négligeable et une gestion rigoureuse des plans d’adressage (plus de 500 000 adresses multicast dans le car !). L’équipe confirme que si c’était à refaire, elle privilégierait un adressage automatique et l’intégration d’un maximum de fonctionnalités dans la couche d’orchestration.  

Du côté de la synchronisation l’architecture choisie ne s’est pas révélée idéale à l’usage. En effet, la redondance entre les deux générateurs de PTP est assurée par l’algorithme BMCA (Best Master Clock Algorithm). Or celui-ci fait basculer le système sur l’horloge secours dès que la moindre alarme est remontée, même si le signal de synchro est toujours valide (il peut s’agir par exemple de la perte d’un signal GPS parmi 4…). Le change-over du BlackBurst, lui, n’est pas piloté par le changement de master PTP, ce qui entraîne des dérives du BB vis à vis du PTP, les deux n’étant plus asservis à la même source. Pour limiter les problèmes, les équipes de TPC ont choisi de modifier les règles de priorité d’horloge de façon à ce que la bascule ne se fasse que lorsque l’un des signaux est réellement en défaut. Pour un nouveau projet, ils conseilleraient de disposer des générateurs de BB asservis au PTP au plus près des équipements nécessitant un BB (et donc pas d’architecture de BB centrale distribuée via un Change-Over), de façon à ce qu’en cas de bascule Principal/Secours, l’impact sur les équipements référencés en BB soit le plus minime possible.

L’utilisation des gros modèles « Data-Center » concernant les switches Arista du réseau média résulte d’un choix initié au lancement du projet. Ces modèles offrent une souplesse inutile (les interface sont modulaires), prennent beaucoup de place et consomment beaucoup de courant (process et refroidissement). Pour le même niveau de prestation, des alternatives plus légères et plus sobres existent aujourd’hui.

Malgré ces quelques points qui demandent encore un peu d’expérience, le bilan du car s’avère positif. L’infrastructure amène beaucoup de souplesse (en terme de monitoring notamment). Certaines fonctionnalités nouvelles ont été appréhendées (par exemple la possibilité de contrôler 2 caméras avec un seul RCP). En définitive les équipes ont beaucoup appris et continuent à apprendre beaucoup, en passant du temps à configurer pour prendre en main le système et gagner progressivement en fluidité des workflows.  Les réalisateurs n’ont pas remonté de difficultés associées à l’utilisation d’une infrastructure IP et y trouvent plus de flexibilité. Du côté de la formation des équipes, il est nécessaire d’avoir des super-utilisateurs formés dans le détail aux technologies réseau, ainsi qu’au moins deux experts « hybrides » IP et audio/vidéo. Du côté des opérateurs classiques, une formation de premier niveau au réseau est suffisante. Le car a déjà pu tourner des événements sportifs en UHD SDR, des concerts en UHD HDR, le reste des productions ont été faites en HD 1080i25/SDR. 

 Cet article a été rédigé par Ali Boudjaoui, Edmond Debar, Claire Mérienne-Santoni et Matthieu Parmentier

 

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2 réponses à TPC (TV suisse) : un car de production Ultra-HD/IP

  1. dlandelle dit :

    Merci pour cet article.
    J’ai quitté le milieu broadcast depuis un moment, j’imaginais un workflow plus logiciel, et je constate qu’il reste encore beaucoup de matériel avec une interopérabilité réseau.
    Le full-software est-il en ligne de mire ?

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