電視播出技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

徐儉

【摘要】 本文主要從IP化播出技術(shù)、虛擬化播出技術(shù)、智能化播出技術(shù)、一體化播控技術(shù)、融媒體化播出技術(shù)等方面，對(duì)電視播出技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行一些研究。

【關(guān)鍵詞】IP化播出技術(shù) 虛擬化播出技術(shù) 智能化播出技術(shù) 一體化播控技術(shù) 融媒體化播出技術(shù)

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展，智能手機(jī)視頻等各類新媒體視頻客戶端正在改變和增加受眾獲取視頻內(nèi)容的方式和途徑，加之4K超高清技術(shù)、IP化技術(shù)、虛擬化技術(shù)和融媒體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，融媒體技術(shù)平臺(tái)的內(nèi)容匯聚、融合制作、統(tǒng)一調(diào)度、多路由傳輸和多渠道發(fā)布等功能需求都對(duì)電視播出系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的基于SDI技術(shù)架構(gòu)的電視播出系統(tǒng)的弊端越來越明顯，廣電行業(yè)的專業(yè)廠商和電視臺(tái)制播技術(shù)人員都應(yīng)該抓緊研究新的電視播出技術(shù)，以求建立面向融媒體環(huán)境的靈活開放、高效敏捷、實(shí)時(shí)互動(dòng)的電視播出系統(tǒng)。

一.IP化播出技術(shù)

1.IP化播出技術(shù)優(yōu)勢(shì)

隨著4K超高清電視時(shí)代的到來，采用傳統(tǒng)的基于SDI技術(shù)架構(gòu)的電視播出系統(tǒng)承載4K超高清電視播出存在諸多弊端，基于SDI技術(shù)架構(gòu)的4K超高清電視播出系統(tǒng)的建設(shè)要么基于4K SDI/12G單根同軸電纜式基礎(chǔ)架構(gòu)、要么基于4K SDI/3G×4根同軸電纜式基礎(chǔ)架構(gòu)，這兩種基礎(chǔ)架構(gòu)只是過渡性架構(gòu)。IP化技術(shù)以其多樣的兼容性、靈活的數(shù)據(jù)交換方式等優(yōu)勢(shì)為4K超高清電視播出提供了一種新的技術(shù)平臺(tái)，IP化4K超高清電視播出系統(tǒng)傳輸4K信號(hào)僅需要一根光纖線纜，施工簡單、節(jié)省空間。為4K超高清電視播出向基于通用IT架構(gòu)、軟件定義方式和私有云化方向發(fā)展提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)路徑，且符合視頻內(nèi)容互聯(lián)、共享、多屏、隨時(shí)隨地觀看等發(fā)展方向。IP化技術(shù)還具有開放性好、可無處不在、帶寬利用率高、支持?jǐn)?shù)據(jù)復(fù)用、協(xié)議靈活、支持無連接和面向連接的應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)。

2.IP化基礎(chǔ)架構(gòu)

IP化播出系統(tǒng)采用IP化基礎(chǔ)架構(gòu)和IP化承載網(wǎng)絡(luò)，可完全取代SDI基礎(chǔ)架構(gòu)，IP化承載網(wǎng)絡(luò)可采用10G/40G/100G帶寬的以太網(wǎng)，IP化基礎(chǔ)架構(gòu)支持IP化視頻數(shù)據(jù)流（視頻IP流）輸入輸出，兼容非壓縮基帶（4K/HD-SDI/SD-SDI over IP）視頻數(shù)據(jù)流和壓縮（TS over IP）視頻數(shù)據(jù)流，可實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P交互，支持SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）控制。具備SDI與IP互轉(zhuǎn)能力，IP化基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)備更換無關(guān)于數(shù)據(jù)格式，構(gòu)建簡單，連接簡便。

3.IP流路由矩陣

IP化播出系統(tǒng)采用基于SDN技術(shù)的IP流路由矩陣，實(shí)現(xiàn)視頻IP流路由調(diào)度、交換、分發(fā)功能，圖1所示為具有20個(gè)萬兆端口的HD-SDI over IP流路由矩陣示意圖，相當(dāng)于60×60HD-SDI矩陣，基帶HD-SDI/IP流為1.5Gb/s，每個(gè)萬兆端口可以承載6路未壓縮HD-SDI/IP流路由切換。

4.IP化播出的關(guān)鍵技術(shù)

IP化播出需要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）無縫幀精度凈靜視頻切換技術(shù)。（2）數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制：FEC前向糾錯(cuò)、冗余路徑、雙網(wǎng)絡(luò)切換、網(wǎng)絡(luò)帶寬保證。（3）視頻網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)：PTP（精確時(shí)間協(xié)議）架構(gòu)。（5）IGMP協(xié)議（因特網(wǎng)組管理協(xié)議）。（6）視音頻壓縮技術(shù)：需要在壓縮率、圖像質(zhì)量、延時(shí)之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)。

5.IP化播出內(nèi)容整備

基于SDF（軟件定義流程）技術(shù)的IP化內(nèi)容整備系統(tǒng)包括視頻處理、SDI與IP互轉(zhuǎn)網(wǎng)關(guān)、IP流路由矩陣、二級(jí)存儲(chǔ)、素材管理等單元，完成待播節(jié)目視頻轉(zhuǎn)碼、素材審核、素材管理、調(diào)度分發(fā)、素材遷移存儲(chǔ)、流程監(jiān)控展示、流程定義、將SDI基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為SDI over IP流或TS over IP流數(shù)據(jù)包等功能，為IP化播出系統(tǒng)整備不同格式的待播素材，提供視頻IP流備播信號(hào)。

6.IP流播出視頻服務(wù)器

IP化播出系統(tǒng)作為IP化流媒體播出系統(tǒng)，支持文件輪播、直播流轉(zhuǎn)發(fā)、直播流多模式插播或截播，能在線疊加臺(tái)標(biāo)、字幕，支持主備聯(lián)動(dòng)同步播出，其核心設(shè)備IP流播出視頻服務(wù)器基于SDB（軟件定義播出）技術(shù)，能完成由SDI信號(hào)向基帶IP化封裝的轉(zhuǎn)變，輸出基帶SDI over IP流和壓縮域TS over IP流，能兼容對(duì)接基于SDN技術(shù)的IP流路由矩陣。

7.IP化播出信號(hào)監(jiān)測(cè)

IP化播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)監(jiān)視可基于SDM（軟件定義監(jiān)視）技術(shù)，隨意組合、動(dòng)態(tài)設(shè)置IP化播出系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的視頻IP流，可組成IP化播出系統(tǒng)的視頻IP流多畫面分割實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)視墻。支持IP流視頻斷流、靜幀、黑場(chǎng)、彩場(chǎng)、彩條等視頻故障監(jiān)測(cè)以及音量過高、過低、靜音、音頻斷流等音頻故障監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測(cè)布局的快速編輯，支持日志記錄、統(tǒng)計(jì)分析與查詢。

二.虛擬化播出技術(shù)

1.虛擬化播出技術(shù)概述

電視播出技術(shù)正在經(jīng)歷由專業(yè)化播控硬件向通用化IT硬件+軟件+虛擬化和私有云化方向發(fā)展的過程，從通用化到虛擬化到私有云化再到容器化，虛擬化播出技術(shù)的應(yīng)用范圍有越來越廣泛的趨勢(shì)。播出系統(tǒng)所需的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全資源均可進(jìn)行虛擬化（池化）改造，可建設(shè)面向播出整備和實(shí)時(shí)播出業(yè)務(wù)的私有云，將技審、MD5校驗(yàn)、遷移、整備、播出等能力模塊進(jìn)行虛擬化、容器化管理和應(yīng)用。其中，容器兼容現(xiàn)行的各類操作系統(tǒng)，容器還可按需將應(yīng)用軟件的運(yùn)行環(huán)境和關(guān)聯(lián)庫等一并打包提供給用戶。播出私有云管理軟件可選擇Hyper-V、VMware或華為、新華三等廠商的云平臺(tái)，私有云平臺(tái)所提供的服務(wù)既能滿足電視播出整備和實(shí)時(shí)播出流程，還支持新媒體內(nèi)容的多渠道、多終端發(fā)布。

2.私有云化播出系統(tǒng)架構(gòu)

在建設(shè)IP化播出系統(tǒng)時(shí)，可以考慮采用虛擬化播出技術(shù)，基于通用IT基礎(chǔ)設(shè)施、通用型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)和虛擬化環(huán)境，彈性化構(gòu)建播出分發(fā)私有云平臺(tái)，包括云平臺(tái)基礎(chǔ)層（基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算云、存儲(chǔ)云、數(shù)據(jù)庫云等）、云平臺(tái)服務(wù)層、云平臺(tái)應(yīng)用層，IP化播出系統(tǒng)運(yùn)行所需的虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫及安全等資源可由云平臺(tái)統(tǒng)一提供，除上載工作站外，存儲(chǔ)、交換、切換器、服務(wù)器、播控工作站、互動(dòng)控制工作站均可采用虛擬化技術(shù)，通過統(tǒng)一的私有云平臺(tái)管理工具進(jìn)行彈性化部署和管理。

三.智能化播出技術(shù)

1.AI技審技術(shù)

電視播出技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)趨勢(shì)是播出控制和在播監(jiān)控從自動(dòng)化向智能化和智慧化方向發(fā)展，智能化涵蓋技審、整備、控制、監(jiān)控、監(jiān)播、高標(biāo)清上下變換、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等多個(gè)方面。近年來，AI（人工智能）技術(shù)在播出內(nèi)容智能化技審等領(lǐng)域已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，通過AI技審技術(shù)手段，可對(duì)播出系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)目進(jìn)行視頻技術(shù)指標(biāo)和內(nèi)容的審查，提前發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)報(bào)警。AI技審系統(tǒng)能夠?qū)?shí)時(shí)高清視頻SDI over IP流實(shí)施智能人臉識(shí)別和智能語音識(shí)別，也可以實(shí)現(xiàn)多倍速（高達(dá)10倍速）高清壓縮視頻文件流的智能人臉識(shí)別和智能語音識(shí)別?；贏I技術(shù)的高清上變換器可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)標(biāo)清到高清視頻SDI信號(hào)的智能上變換（圖像幅型、亮度動(dòng)態(tài)范圍、色域范圍）。

2.智能化播出整備技術(shù)

智能化播出整備技術(shù)可在播出控制環(huán)節(jié)全流程監(jiān)視素材整備情況，將播出業(yè)務(wù)流程的監(jiān)控手段與播出整備業(yè)務(wù)緊密關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，對(duì)播出整備設(shè)備資源按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分級(jí)，對(duì)高時(shí)效性節(jié)目的整備需求，在播出整備業(yè)務(wù)高峰時(shí)段提供獨(dú)立的整備設(shè)備，保證播出整備業(yè)務(wù)的智能化整備能力。對(duì)于多頻道、大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)惹闆r，可對(duì)播出二級(jí)存儲(chǔ)和播出視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行統(tǒng)籌，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬、技審效率和遷移策略。

3.智能化故障判斷技術(shù)

智能化故障判斷技術(shù)通過對(duì)播出系統(tǒng)各環(huán)節(jié)特別是末級(jí)主備鏈路畫面內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比，基于邏輯判斷可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處理功能，以有效地降低值機(jī)人員的工作量?；谥悄芑收吓袛嗉夹g(shù)的一致性比對(duì)報(bào)警系統(tǒng)，在一個(gè)可設(shè)定的延遲范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的主備鏈路畫面一致性比對(duì)和故障自動(dòng)判斷與報(bào)警提示，播出系統(tǒng)主備兩條鏈路的PGM信號(hào)分別送至一致性比對(duì)主機(jī)和2×1應(yīng)急切換設(shè)備。應(yīng)急切換面板可以控制2×1應(yīng)急切換設(shè)備，并集成了聲光報(bào)警和應(yīng)急操作功能，針對(duì)常見的劣播情況實(shí)時(shí)進(jìn)行信號(hào)技審和邏輯判斷，一旦發(fā)現(xiàn)信號(hào)不一致，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，同時(shí)應(yīng)急切換面板蜂鳴以示異態(tài)報(bào)警，故障這一路按鍵閃爍，非故障這一路按鍵正常，值機(jī)人員手動(dòng)按一下正常這一路按鈕即可切換正常這一路信號(hào)。

一致性比對(duì)報(bào)警系統(tǒng)支持HD-SDI、SD-SDI信號(hào)的實(shí)時(shí)逐幀異態(tài)檢測(cè)和差異比對(duì)，比對(duì)差異參數(shù)和異態(tài)報(bào)警閾值可配置，視頻信號(hào)比對(duì)檢測(cè)包括亮度、噪點(diǎn)、黑場(chǎng)、彩場(chǎng)、彩條、靜幀、臺(tái)標(biāo)丟失、信號(hào)丟失等；音頻信號(hào)比對(duì)包括主備兩路信號(hào)音頻之間相似度、立體聲左右聲道電平過低（或過高）或差異過大、靜音。支持日志自動(dòng)保存，以便于事后分析。

四.一體化播控技術(shù)

一體化播控技術(shù)是適應(yīng)電視播出系統(tǒng)IT化、IP化發(fā)展的高度集成化播控技術(shù)，主要由一體化播出視頻服務(wù)器、播控工作站、上載（素材導(dǎo)入）工作站、節(jié)目編單工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、2×1倒換開關(guān)等構(gòu)成，可節(jié)省周邊設(shè)備，由一體化播控軟件實(shí)現(xiàn)播出系統(tǒng)的完整業(yè)務(wù)流程，將信號(hào)播出、信號(hào)切換、包裝鍵控等功能軟件化，軟件平臺(tái)運(yùn)行在通用硬件服務(wù)器上，集成了圖文字幕、臺(tái)標(biāo)、切換、鍵混、幀同步、上下變換等功能，接口支持IP及SDI等多種模式，內(nèi)部處理完全I(xiàn)P化，支持融媒體化、IP化、虛擬化、云化、4K播出等應(yīng)用，兼容性、穩(wěn)定性、靈活擴(kuò)展性、模塊化俱佳，部署方便、配置簡單。支持高標(biāo)清SDI播出、IP流播出，可輸出IP流至CDN、云平臺(tái)或新媒體服務(wù)器，支持多種編碼格式，融合播出軟件與頻道包裝，圖文字幕可模板化播出。簡單的網(wǎng)絡(luò)控制方式和控制協(xié)議支持多個(gè)控制端同時(shí)控制，可實(shí)現(xiàn)SDI輸入信號(hào)與文件之間無縫切換播出。

一體化播控技術(shù)支持多種視音頻壓縮編碼格式、視音頻文件封裝格式和圖片格式，支持多種輸入輸出格式。一體化播控技術(shù)充分利用多核并行處理能力協(xié)同完成播出任務(wù)，采用GPU硬件實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵算法加速，大幅度降低CPU的處理壓力，保障圖文播出實(shí)時(shí)性處理任務(wù)。支持通過I/O卡實(shí)時(shí)輸入外來SDI信號(hào)進(jìn)行直播或延時(shí)可調(diào)的實(shí)時(shí)播出，可在直播信號(hào)上疊加播出CG特效的圖文，所有的播出圖層可通過控制命令實(shí)時(shí)調(diào)整特效。

五.融媒體化播出技術(shù)

融媒體化播出技術(shù)面向融媒體環(huán)境，支持多信源匯聚、多媒體制作、多渠道發(fā)布、受眾與生產(chǎn)者互動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多屏聚變效應(yīng)和多屏共振效應(yīng)。

1.融媒體化播出技術(shù)架構(gòu)

（1）IP化

基于IP化的融媒體化播出技術(shù)架構(gòu)能夠消解傳統(tǒng)媒體與新興媒體之間的通信邊界，促進(jìn)傳統(tǒng)媒體與新興媒體加速融合發(fā)展。結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整改造方便，改變了發(fā)布域的技術(shù)性能結(jié)構(gòu)。兩維度三級(jí)安全備份體系，規(guī)避了傳統(tǒng)播出技術(shù)架構(gòu)的缺點(diǎn)。基于IP化的融媒體化播出技術(shù)架構(gòu)有利于發(fā)布端與受眾之間搭建播出信息閉環(huán)和播出內(nèi)容閉環(huán)，打破信息渠道溝通障礙，消減溝通成本。

（2）雙閉環(huán)信息反饋

播出信息閉環(huán)：將播出內(nèi)容變成受眾想看的內(nèi)容。播出內(nèi)容閉環(huán)：將受眾喜歡看的內(nèi)容讓更多人看到。

（3）高效敏捷

通過播出前端和制作端之間的密切結(jié)合，提升工作效率，滿足互聯(lián)網(wǎng)模式下對(duì)電視媒體時(shí)效性越來越高的要求。

（4）非線性

以多屏閉環(huán)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種形式的非線性播出，以串聯(lián)觀眾的碎片時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)互動(dòng)行為實(shí)時(shí)反饋。

2.融媒體化播出技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）多終端觀看體驗(yàn)融合

播出業(yè)務(wù)必須從內(nèi)容到形式上全面適配受眾觀看習(xí)慣和喜好，實(shí)現(xiàn)多終端觀看體驗(yàn)融合，以產(chǎn)生多屏聚變效應(yīng)和多屏共振效應(yīng)。

（2）播出發(fā)布與前期生產(chǎn)鏈融合

要實(shí)現(xiàn)多終端觀看體驗(yàn)融合，首先要杜絕傳統(tǒng)播出發(fā)布與新媒體發(fā)布之間的發(fā)散性內(nèi)容失聯(lián)，需要將生產(chǎn)發(fā)布鏈中的業(yè)務(wù)前移，在融合播出、融合生產(chǎn)、全媒體匯聚密切對(duì)接的同時(shí)，全臺(tái)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還需要與外部業(yè)務(wù)運(yùn)營對(duì)接，以打破業(yè)務(wù)孤島格局，使播出環(huán)節(jié)成為融合生產(chǎn)發(fā)布生態(tài)鏈中的重要一環(huán)。

（3）受眾與播出端內(nèi)容信息融合

要在受眾和生產(chǎn)者之間架起內(nèi)容和信息融合的橋梁，可采用SDX（軟件定義互動(dòng)）技術(shù)，通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶反饋交互、雙向互動(dòng)和多屏互動(dòng)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)和播出環(huán)節(jié)形成閉環(huán)，才能拉近受眾與節(jié)目的距離。除了應(yīng)形成播出內(nèi)容的閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容反饋、邊采邊播、快速生產(chǎn)和靈活發(fā)布；還應(yīng)形成播出信息的閉環(huán)，利用多屏的上行鏈路優(yōu)勢(shì)，將末端觀看行為和互動(dòng)反應(yīng)以最快的速度反饋到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)內(nèi)容的再生產(chǎn)發(fā)布，并在直播/點(diǎn)播→聚類評(píng)論→觸發(fā)輪播→快速分享→自動(dòng)簡播等鏈路環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)相互驅(qū)動(dòng)式業(yè)務(wù)流程。

六.結(jié)語

以電視臺(tái)制播技術(shù)人員的視角研究新的電視播出技術(shù)，目的是尋求建立面向融媒體環(huán)境的靈活開放、高效敏捷、實(shí)時(shí)互動(dòng)的電視播出系統(tǒng)。目前，綜合考慮技術(shù)先進(jìn)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、業(yè)務(wù)流程效率等因素，筆者認(rèn)為，對(duì)于主頻道的備播出系統(tǒng)、副頻道的主備播出系統(tǒng)和總控路由矩陣調(diào)度系統(tǒng)的新建和改造，可考慮采用IP化播出技術(shù)、虛擬化播出技術(shù)、智能化播出技術(shù)、一體化播控技術(shù)和融媒體化播出技術(shù)，而對(duì)于主頻道的主播出系統(tǒng)的新建和改造，最好還是采用傳統(tǒng)“文件化素材+基帶SDI基礎(chǔ)架構(gòu)”的播出技術(shù)。B&P