江蘇廣電總臺(tái)受眾測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋碩 張小邨 江蘇省廣播電視總臺(tái)

1.概述

受眾研究是大眾傳播研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)國(guó)家電視產(chǎn)業(yè)中早已得到廣泛的普及和認(rèn)同，目前最具代表性的是CBS的觀眾測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)室，每年進(jìn)行幾萬(wàn)人的節(jié)目測(cè)試，通過(guò)三十年的跟蹤記錄表明，節(jié)目測(cè)試的準(zhǔn)確度相當(dāng)高。因此，美國(guó)幾乎每一個(gè)電視網(wǎng)的節(jié)目在播出前都進(jìn)行測(cè)試，把觀眾測(cè)試當(dāng)做排除風(fēng)險(xiǎn)的必經(jīng)之道。隨著受眾分析理念的日漸普及，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的廣電媒體開(kāi)始意識(shí)到受眾分析的價(jià)值和意義。在先期進(jìn)行的調(diào)研活動(dòng)中，視、音頻節(jié)目的受眾播前測(cè)試，讓總臺(tái)真切感受到了這一手段的科學(xué)有效，而眾多的良好反饋和越來(lái)越多的測(cè)試需求，體現(xiàn)出生產(chǎn)一線對(duì)于近距離聆聽(tīng)受眾聲音的期待和熱情，這也堅(jiān)定了總臺(tái)加速建設(shè)自有受眾實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的信心和決心。江蘇廣電總臺(tái)受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是總臺(tái)在高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一流媒體集團(tuán)進(jìn)程中非常重要的舉措和重大決定，目的就是使受眾研究能夠真正步入到合理規(guī)范的軌道上來(lái)，通過(guò)受眾研究讓內(nèi)容生產(chǎn)更加規(guī)范和科學(xué)化。

2.整體設(shè)計(jì)

2.1 功能需求

總臺(tái)受眾測(cè)試室設(shè)計(jì)根據(jù)功能需求分為三個(gè)功能區(qū)域，分別為測(cè)試室、焦點(diǎn)室以及觀察室。

測(cè)試室：測(cè)試的主要場(chǎng)地主要承擔(dān)視聽(tīng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)40個(gè)測(cè)試終端現(xiàn)場(chǎng)觀看視頻并借助專(zhuān)業(yè)的撥盤(pán)設(shè)備進(jìn)行節(jié)目測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)這一目的，測(cè)試室需要搭建視音頻播放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高清、標(biāo)清節(jié)目的播放，以及音頻節(jié)目的播放，聲音效果需具備立體聲，單聲道、多聲道等多格式聲音播放能力；能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)便捷的視音頻信號(hào)調(diào)度、控制功能；為保證觀看效果，除測(cè)試室前方設(shè)計(jì)大屏幕進(jìn)行視頻展示外，所有終端需要能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)目同步播出，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的上傳及收集。此外，大屏幕還需兼?zhèn)鋾?huì)議的功能，能滿足大屏播放PPT演示和視頻播放等需求,需配備無(wú)線麥克風(fēng)。

為保證配套的問(wèn)卷調(diào)查，測(cè)試室內(nèi)的每個(gè)測(cè)試終端需要配置電腦并連接至服務(wù)器，配備耳機(jī)等必要配件。

焦點(diǎn)室：主要承擔(dān)視聽(tīng)測(cè)試結(jié)束后的深入座談功能，要求能滿足小型會(huì)議的功能，可實(shí)現(xiàn)主流視音頻節(jié)目文件的播放，以及視頻配套的立體聲，單聲道等多格式聲音播放能力；能滿足大屏播放PPT演示的需求。同時(shí)可以連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)可能發(fā)生的配套測(cè)試。

觀察室：制作團(tuán)隊(duì)設(shè)置單面鏡與測(cè)試室及焦點(diǎn)室隔離，制作團(tuán)隊(duì)可以在觀察室內(nèi)，通過(guò)單面鏡“隱身”觀看全過(guò)程，近距離聆聽(tīng)受眾意見(jiàn)。同時(shí)觀察室作為受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室控制中心，提供視音頻播放系統(tǒng)控制、測(cè)試信息收集能力。

2.2 架構(gòu)選型

視頻分發(fā)系統(tǒng)是受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的核心系統(tǒng)，一般采用視音頻傳輸矩陣加播放終端的傳統(tǒng)架構(gòu)，江蘇廣電總臺(tái)受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)初期也計(jì)劃采用該架構(gòu)。項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)架構(gòu)存在幾個(gè)較大的缺陷：

（1）搭建成本高，擴(kuò)展能力差

傳統(tǒng)硬件視音頻分發(fā)系統(tǒng)由視音頻矩陣為核心搭建，測(cè)試站點(diǎn)數(shù)量受限于矩陣多路輸出的能力，專(zhuān)業(yè)的多路矩陣設(shè)備價(jià)格昂貴，硬件擴(kuò)展能力有限，且隨著電視節(jié)目向4K化、HDR化發(fā)展，矩陣設(shè)備還可能需要更新?lián)Q代，系統(tǒng)整體搭建成本、擴(kuò)建成本及改造成本都很高昂。

（2）終端體驗(yàn)較差

傳統(tǒng)硬件視音頻分發(fā)系統(tǒng)很難做到單顯示器同時(shí)滿足視頻播放和問(wèn)卷答題顯示需求，導(dǎo)致受測(cè)人員需在多個(gè)顯示終端之間切換，增加了操作的復(fù)雜度。鑒于電視受眾受測(cè)人員組成中不熟悉電腦及專(zhuān)業(yè)設(shè)備操作的人員數(shù)量占比較大，復(fù)雜的操作會(huì)直接影響受測(cè)人心情，導(dǎo)致測(cè)試效果出現(xiàn)偏差。

針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)摒棄了傳統(tǒng)的硬件分發(fā)系統(tǒng)，大膽嘗試采用以IT技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，組播與遠(yuǎn)程控制技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)化軟件視音頻分發(fā)系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由視音頻分發(fā)系統(tǒng)、問(wèn)卷調(diào)查系統(tǒng)及反饋信息采集系統(tǒng)組成。其中視音頻分發(fā)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將測(cè)試節(jié)目在所有大屏、測(cè)試終端及現(xiàn)場(chǎng)音響系統(tǒng)中進(jìn)行同步播放；反饋信息采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過(guò)測(cè)試終端的撥盤(pán)設(shè)備實(shí)時(shí)收集節(jié)目播放過(guò)程中受眾的反饋；問(wèn)卷調(diào)查系統(tǒng)負(fù)責(zé)每次測(cè)試的播前播后調(diào)查問(wèn)卷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

播放系統(tǒng)采用兩塊大屏作為主要播放設(shè)備，大屏支持4K分辨率及HDR，測(cè)試室配備5.1環(huán)繞立體聲音響系統(tǒng)，能夠充分滿足電視節(jié)目制作發(fā)展的趨勢(shì)和要求。測(cè)試終端采用單臺(tái)PC，在訪問(wèn)播放控制服務(wù)器獲取播放資源的同時(shí)，可訪問(wèn)問(wèn)卷服務(wù)器獲取問(wèn)卷調(diào)查材料，測(cè)試過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換視頻播放界面和問(wèn)卷調(diào)查界面，降低受測(cè)人員操作復(fù)雜度。受測(cè)人員觀看過(guò)程中的喜愛(ài)程度由每個(gè)終端的撥盤(pán)設(shè)備收集后，傳遞至撥盤(pán)服務(wù)器。系統(tǒng)配置有線、無(wú)線雙網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)利用高穩(wěn)定性和低干擾優(yōu)勢(shì)，主要傳輸視音頻信息；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用便利，設(shè)計(jì)用于接入撥盤(pán)設(shè)備及其他便攜設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)展。由于采用IT架構(gòu)+PC終端，系統(tǒng)簡(jiǎn)單增加站點(diǎn)數(shù)量即可擴(kuò)大測(cè)試規(guī)模，擴(kuò)展成本很低，同時(shí)終端功能延伸也很便利，將來(lái)可以配置攝像頭、眼動(dòng)儀等外部設(shè)備，將受測(cè)人員表情、眼神等信息納入采集范圍，進(jìn)一步提升信息收集的渠道。

因?yàn)槭侨录軜?gòu)的系統(tǒng)，搭建及測(cè)試過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)遇到了大量難題，比如網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)導(dǎo)致測(cè)試終端視頻播放不同步、組播協(xié)議不兼容視音頻需要轉(zhuǎn)碼導(dǎo)致節(jié)目質(zhì)量下降、受測(cè)人員不熟悉電腦操作導(dǎo)致測(cè)試失敗等，為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的技術(shù)創(chuàng)新。

3.1 改進(jìn)的數(shù)據(jù)組播技術(shù)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

改進(jìn)的數(shù)據(jù)組播增強(qiáng)報(bào)文發(fā)送效率，控制網(wǎng)絡(luò)流量，減少服務(wù)器和CPU負(fù)載；優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，消除流量冗余；適應(yīng)分布式應(yīng)用，當(dāng)接收者數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量的波動(dòng)很平穩(wěn)；使得單節(jié)點(diǎn)服務(wù)器支持最高96路視頻PC終端同時(shí)在線情況下的1K、2K、4K高清視頻同步播放，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)擴(kuò)展成本。

3.2 改進(jìn)的控制單播技術(shù)

改進(jìn)的控制單播是指服務(wù)器和客戶端之間“一對(duì)一”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)只進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)不進(jìn)行復(fù)制，由于其能夠針對(duì)每個(gè)客戶及時(shí)響應(yīng)，并且控制信息包非常小，所以單播協(xié)議發(fā)揮了及時(shí)控制和反饋的效果。交換機(jī)根據(jù)其目標(biāo)地址選擇傳輸路徑，將單播數(shù)據(jù)傳送到其指定的目的地。改進(jìn)的控制單播增強(qiáng)了控制信息的及時(shí)、準(zhǔn)確送達(dá)，排除了客戶端集群之間控制信號(hào)的相互影響，使得各個(gè)終端之間的視頻、音頻同步在0.1s內(nèi)。

3.3 改進(jìn)的RTP可靠傳輸控制技術(shù)

視頻分發(fā)系統(tǒng)在UDP上運(yùn)行實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）以便使用其多路結(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)服務(wù)，這兩種協(xié)議都提供了傳輸層協(xié)議的功能。RTP可以與其它適合的底層網(wǎng)絡(luò)或傳輸協(xié)議一起使用，如果底層網(wǎng)絡(luò)提供組播方式，那么 RTP 可以使用該組播表傳輸數(shù)據(jù)到多個(gè)目的地。RTP 本身并沒(méi)有提供按時(shí)發(fā)送機(jī)制或其它服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證，它依賴于底層服務(wù)去實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。 RTP 并不保證傳送或防止無(wú)序傳送，也不確定底層網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 RTP 實(shí)行有序傳送， RTP 中的序列號(hào)允許接收方重組發(fā)送方的包序列，同時(shí)序列號(hào)也能用于決定適當(dāng)?shù)陌恢?。如果多媒體數(shù)據(jù)的分發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)對(duì)包的現(xiàn)象，視頻分發(fā)客戶端會(huì)根據(jù)包的索引號(hào)判斷出來(lái)，并且再次去視頻分發(fā)服務(wù)器請(qǐng)求丟失的數(shù)據(jù)包，這樣就避免了丟包導(dǎo)致的卡頓和花屏現(xiàn)象，更增強(qiáng)了客戶端之間的同步效果。

3.4 改進(jìn)的多功能復(fù)合編碼/解碼引擎

多功能復(fù)合編碼/解碼引擎使得視頻分發(fā)系統(tǒng)支持多種協(xié)議，比如ITU-T H.323、ITU-T H.225、ITU-T H.235、ITU-T H.245、ITU-T H.263、ITU-T H.264、MPEG4、ITU-T T.120、RFC1889/1890、RFC2453/3261/3263/3550、ITU-T G.711、ITU-T G.729等協(xié)議，支持總臺(tái)的各種多媒體文件格式，避免了各種格式之間相互轉(zhuǎn)換帶來(lái)的視音頻質(zhì)量下降。

3.5 RPC技術(shù)

RPC（Remote Procedure Call）遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用，它是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)程序上請(qǐng)求服務(wù)，而不需要了解底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)議。RPC采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式，請(qǐng)求程序安裝在播放控制服務(wù)器上，而服務(wù)提供程序安裝在每一個(gè)測(cè)試終端。測(cè)試進(jìn)行時(shí)，由播放控制服務(wù)器對(duì)每一個(gè)終端的顯示界面、播放情況、同步情況進(jìn)行自動(dòng)化控制及監(jiān)測(cè)，極大避免了人員誤操作等原因造成的測(cè)試失敗。

3.6 視音頻同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)上傳輸多媒體數(shù)據(jù)時(shí)，由于終端對(duì)數(shù)據(jù)的處理方式以及網(wǎng)絡(luò)中的延時(shí)、抖動(dòng)，會(huì)引起視音頻流的不同步。為解決這個(gè)難題，系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，以更為敏感的音頻流為基準(zhǔn)，對(duì)視音頻進(jìn)行同步處理，并且根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)緩沖區(qū)的大小，在實(shí)時(shí)性和流暢性之間保持平衡。

（1）在網(wǎng)絡(luò)暢通時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延基本恒定，抖動(dòng)很小，發(fā)送端和接收端的視音頻幀間間隔基本保持一致，媒體數(shù)據(jù)基本沒(méi)有丟失。此時(shí)主要利用RTP包頭的時(shí)間戳來(lái)解決終端同步問(wèn)題。在發(fā)送端，針對(duì)音頻的不同采樣速率和視頻的不同幀率動(dòng)態(tài)控制時(shí)間戳的遞增速率 。接收端接收到音頻幀時(shí)，首先對(duì)其解碼，并存入動(dòng)態(tài)的循環(huán)緩沖區(qū)中，循環(huán)緩存塊節(jié)點(diǎn)數(shù)比預(yù)計(jì)最長(zhǎng)抖動(dòng)時(shí)間要大。開(kāi)始啟動(dòng)播放音頻前，首先把緩沖區(qū)充滿，然后定時(shí)提取音頻幀播放，并記錄當(dāng)前播放的時(shí)間戳。視頻幀到達(dá)時(shí)，接收端對(duì)其解碼后，將解碼數(shù)據(jù)存入循環(huán)緩沖區(qū)。

圖2 .1 接收音頻流示意圖

圖2 .2 接收視頻流示意圖

為了避免高速視頻畫(huà)面出現(xiàn)的塊效應(yīng)，本系統(tǒng)采用事件驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)播放視頻流。當(dāng)緩沖區(qū)接收到一個(gè)視頻數(shù)據(jù)包時(shí)，把該幀的時(shí)間戳TV與當(dāng)前待播放的音頻數(shù)據(jù)的時(shí)間戳TA進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)測(cè)試，120ms是一個(gè)較為合適的視音頻幀不同步門(mén)限值。對(duì)一幀視頻數(shù)據(jù)的處理結(jié)果分為以下三種：若TA-120ms TA+120ms，視頻幀超前，等待下一次定時(shí)讀取音頻幀時(shí)再處理。

（2）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差時(shí)，視音頻流不能按原定的傳輸速率傳送，否則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失嚴(yán)重的情況，這時(shí)需要采用RTCP來(lái)進(jìn)行反饋控制。即利用RTCP的發(fā)送報(bào)告SR和接收?qǐng)?bào)告RR包監(jiān)測(cè)QOS。接收端將RR包發(fā)送給源端，該報(bào)告包含用來(lái)估算分組丟失和分組延遲抖動(dòng)等必要信息。源端根據(jù)這些信息控制媒體數(shù)據(jù)的發(fā)送量，及時(shí)有效地解決同步問(wèn)題。根據(jù)評(píng)估RR包的參數(shù)，得到長(zhǎng)時(shí)指標(biāo)丟包率和短時(shí)指標(biāo)間隔抖動(dòng)。當(dāng)丟包率和抖動(dòng)達(dá)到一定閾值時(shí)，音頻方面選擇不同的AMR-WB傳輸速率，來(lái)降低音頻傳輸碼率，提高傳輸效率和系統(tǒng)容量，為視頻傳輸減少帶寬負(fù)擔(dān)。

視頻方面，根據(jù)不同值調(diào)整視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送量，即在發(fā)送端對(duì)視頻的質(zhì)量和連續(xù)性能進(jìn)行平衡，選擇性丟幀：當(dāng)丟包率和抖動(dòng)很高，即信道速率很低時(shí)，通過(guò)降低視頻幀率，使每一幀能夠具有較好的質(zhì)量，使用戶在較低的速率條件下，仍然可以得到較好的圖像質(zhì)量；當(dāng)丟包率和抖動(dòng)保持在中等水平，即信道速率中速時(shí)，在保持一定的視頻質(zhì)量條件下，增強(qiáng)視頻的連續(xù)性；當(dāng)丟包率和抖動(dòng)回到較好的水平，即信道速率較高時(shí)，繼續(xù)提高視頻質(zhì)量達(dá)到優(yōu)秀程度后，提高視頻幀率達(dá)到更好的視頻質(zhì)量。

3.7 丟包補(bǔ)償智能控制技術(shù)。

為了滿足受眾測(cè)試系統(tǒng)音視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求， UDP協(xié)議可快速一次性地傳輸數(shù)據(jù)。但是它只保證數(shù)據(jù)包的傳輸滿足實(shí)時(shí)性，并不保證所有數(shù)據(jù)包都能有序并且全部到達(dá)接收端，可能會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而造成數(shù)據(jù)包丟失的狀況，當(dāng)丟包達(dá)到一定程度時(shí)，同樣會(huì)影響音視頻的播放以及同步。系統(tǒng)采用了交織技術(shù)和插值技術(shù)進(jìn)行丟包恢復(fù)和丟包隱藏，進(jìn)一步提升了音視頻同步質(zhì)量和用戶的感受。

4. 測(cè)試流程

根據(jù)系統(tǒng)特性及功能，江蘇廣電總臺(tái)設(shè)計(jì)的測(cè)試流程如圖3所示。

圖3 測(cè)試流程示意圖

圖4 問(wèn)卷歡迎界面

圖5 問(wèn)卷填寫(xiě)界面

圖6 節(jié)目反饋信息示例

測(cè)試開(kāi)始前，工作人員設(shè)計(jì)本次測(cè)試內(nèi)容并將相關(guān)的問(wèn)卷錄入系統(tǒng)。受測(cè)人員入場(chǎng)后，由主持人介紹測(cè)試步驟和操作方法，隨后受測(cè)人員進(jìn)入問(wèn)卷系統(tǒng)接受播前問(wèn)卷調(diào)查，完成后觀看測(cè)試節(jié)目并進(jìn)行撥盤(pán)反饋，最后填寫(xiě)播后問(wèn)卷，部分受邀人員進(jìn)入焦點(diǎn)室進(jìn)行深入訪談，最終工作人員將所有的反饋信息進(jìn)行分析后提供給節(jié)目部門(mén)，供節(jié)目部門(mén)參考。

測(cè)試實(shí)驗(yàn)室建成后，江蘇衛(wèi)視所有的節(jié)目均進(jìn)行了播前用戶測(cè)試，大量的節(jié)目進(jìn)行了針對(duì)性的修改，有的節(jié)目甚至徹底重新制作，大大提升了所推出節(jié)目的質(zhì)量和評(píng)價(jià)。

5. 結(jié)束語(yǔ)

受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室能夠充分結(jié)合線上、線下調(diào)研手段，將受眾研究融入播前、播中各個(gè)環(huán)節(jié)，在輿情分析、新聞?wù){(diào)查、研發(fā)制作、影視劇生產(chǎn)與采購(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。未來(lái)，還可以針對(duì)內(nèi)容質(zhì)量進(jìn)行調(diào)研，形成受眾評(píng)價(jià)指數(shù)等指標(biāo)，與收視/聽(tīng)率、點(diǎn)播率等評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)形成互補(bǔ)，讓評(píng)價(jià)考核體系更加完善。江蘇廣電總臺(tái)受眾測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的建成，必將幫助總臺(tái)提升節(jié)目質(zhì)量，不斷制作出更多更好更貼近受眾的優(yōu)秀節(jié)目。