超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

李 琳

（中國(guó)廣電廣州網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

超高清電視機(jī)的快速普及，促進(jìn)了超高清視頻節(jié)目源的發(fā)展。目前，廣播電視網(wǎng)絡(luò)正在大力推進(jìn)超高清視頻節(jié)目的普及，然而目前用戶家庭中存在大量不同型號(hào)、新舊程度不明的視頻播放設(shè)備。這些設(shè)備具有各自不同的硬件芯片，視頻解碼能力也存在高低不均的情況。在超高清播放過程中，用戶終端僅能播放硬件參數(shù)規(guī)定范圍內(nèi)的視頻節(jié)目，否則會(huì)出現(xiàn)節(jié)目無法播放、黑屏或卡頓等異常現(xiàn)象。如果用戶不同終端都有高質(zhì)量視頻節(jié)目的播放需求，又想避免出現(xiàn)異常的情況，就可以利用超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜場(chǎng)景獲取最優(yōu)的體驗(yàn)效果。

1 廣播電視的超高清技術(shù)簡(jiǎn)介

超高清視頻產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系主要包括核心元器件、內(nèi)容制播、網(wǎng)絡(luò)傳輸、終端呈現(xiàn)、服務(wù)以及應(yīng)用等。其中，核心元器件為超高清視頻專用基礎(chǔ)元器件，內(nèi)容制播包含超高清視頻的生產(chǎn)與播出，網(wǎng)絡(luò)傳輸是指超高清視頻的傳輸渠道，終端呈現(xiàn)涉及電視機(jī)、機(jī)頂盒等產(chǎn)品，服務(wù)包括集成平臺(tái)、內(nèi)容供給、內(nèi)容分發(fā)等服務(wù)業(yè)態(tài)，應(yīng)用為超高清視頻與各行業(yè)融合形成的行業(yè)應(yīng)用模式。對(duì)于視頻用戶而言，從視頻錄制到網(wǎng)絡(luò)傳輸再到終端呈現(xiàn)，只有全過程都保持超高清分辨率輸出，最后才能稱之為超高清視頻[1]。

超高清視頻是繼數(shù)字化、高清化之后的新一輪重大信息技術(shù)變革[2]。2018年，平昌冬奧會(huì)上實(shí)現(xiàn)了8K信號(hào)的轉(zhuǎn)播，2021年東京奧運(yùn)會(huì)則全面推廣4K、8K電視節(jié)目。雖然當(dāng)下不少?gòu)V電運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始進(jìn)行超高清轉(zhuǎn)型，但仍有很多電視臺(tái)的節(jié)目依然是高清甚至是標(biāo)清播出，這對(duì)于整個(gè)行業(yè)的新一輪革新十分不利。由于超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)、涉及領(lǐng)域廣[3]，同時(shí)也伴隨著超高清內(nèi)容供應(yīng)不足，前端系統(tǒng)搭建要求高、研發(fā)成本大，終端解碼能力不均衡等諸多問題，嚴(yán)重制約超高清節(jié)目的推廣、傳輸和播放。因此，超高清技術(shù)需要廣電相關(guān)單位在研發(fā)和使用上有所突破，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新，并且兼顧超高清電視節(jié)目播出的安全性和有效性，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 廣播電視的超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)

超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)適用于廣播電視多節(jié)目來源和多型號(hào)終端等的復(fù)雜場(chǎng)景，是一種超高清視頻從識(shí)別、轉(zhuǎn)碼到最終實(shí)現(xiàn)播放的端到端的解決方案。前端系統(tǒng)能識(shí)別節(jié)目源的視頻參數(shù)，通過對(duì)節(jié)目進(jìn)行智能轉(zhuǎn)碼和標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)終端按自身解碼能力請(qǐng)求最佳的節(jié)目?jī)?nèi)容進(jìn)行播放。超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)具有實(shí)際的運(yùn)用場(chǎng)景。一方面，內(nèi)容運(yùn)營(yíng)商在上架時(shí)就需要遵循視頻節(jié)目參數(shù)規(guī)范要求，如出現(xiàn)上架節(jié)目源參數(shù)不符或轉(zhuǎn)碼參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，會(huì)影響用戶收視體驗(yàn)的效果，所以目前傳統(tǒng)的超高清廣播電視系統(tǒng)根本不能夠滿足場(chǎng)景中的技術(shù)要求。在這一過程中，廣播電視系統(tǒng)需要能按照節(jié)目源的實(shí)際情況，識(shí)別編碼器輸出端或其他節(jié)目來源的視頻參數(shù)，對(duì)不同節(jié)目源進(jìn)行標(biāo)記，確保最終能按要求呈現(xiàn)完美的顯示效果。另一方面，用戶家庭中現(xiàn)有的視頻解碼設(shè)備，難以進(jìn)行超高清節(jié)目色域或高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）等參數(shù)的轉(zhuǎn)換，對(duì)于視頻幀值轉(zhuǎn)碼的效果也一般，造成運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景容易出現(xiàn)卡頓情況，不僅用戶端整體的收視體驗(yàn)差，影響運(yùn)營(yíng)商口碑，而且引發(fā)投訴，增加運(yùn)營(yíng)成本。因此，為了滿足現(xiàn)網(wǎng)超高清業(yè)務(wù)的使用需求，視頻解碼設(shè)備不僅要能正常解碼和播放原有的視頻內(nèi)容，還要能識(shí)別多路節(jié)目源信息，并選擇最適合的內(nèi)容源進(jìn)行播放。

3 超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)的原理及流程

3.1 超高清視頻識(shí)別碼率智能判斷方法

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本文以超高清幀率每秒60幀（以下簡(jiǎn)稱P60）和幀率每秒30幀（以下簡(jiǎn)稱P30）的情況為例，提供一種超高清視頻識(shí)別碼率智能判斷的方法，主要包括如下步驟：

（1）獲取超高清節(jié)目源，標(biāo)記超高清節(jié)目源視頻信息。所述視頻信息包括視頻碼率信息。視頻碼率包括P60碼率或P30碼率；

（2）若視頻碼率只有P60碼率，則將P60碼率轉(zhuǎn)為P30碼率，同時(shí)保留P60碼率視頻；如果視頻碼率同時(shí)包括P60碼率和P30碼率，則不作轉(zhuǎn)碼；

（3）將P60碼率視頻和P30碼率視頻注入前端視頻識(shí)別系統(tǒng)；

（4）前端視頻識(shí)別系統(tǒng)對(duì)視頻進(jìn)行P60與P30的標(biāo)識(shí)記錄，形成P60碼率視頻播放地址和P30視頻播放地址，將P60碼率視頻播放地址和P30視頻播放地址進(jìn)行存儲(chǔ)；

（5）終端機(jī)頂盒請(qǐng)求視頻播放時(shí)，終端機(jī)頂盒提供該播放設(shè)備的參數(shù)給視頻識(shí)別接口，視頻識(shí)別接口根據(jù)獲取到的設(shè)備參數(shù)，在請(qǐng)求到播放鏈接后，根據(jù)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行判斷，對(duì)于支持P60格式的機(jī)頂盒，返回P60標(biāo)識(shí)的播放地址；對(duì)于支持P30格式的機(jī)頂盒，返回P30標(biāo)識(shí)的播放地址。

3.2 超高清視頻智能識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)

超高清視頻智能識(shí)別的系統(tǒng)，主要包含超高清節(jié)目源數(shù)據(jù)庫、轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端、前端視頻識(shí)別系統(tǒng)、視頻標(biāo)記存儲(chǔ)器、視頻識(shí)別接口以及智能解碼設(shè)備，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

超高清節(jié)目源數(shù)據(jù)庫提供節(jié)目源數(shù)據(jù)。節(jié)目源相關(guān)的系統(tǒng)，包含直播/點(diǎn)播內(nèi)容發(fā)布前端、前端媒資系統(tǒng)、前端編碼器以及點(diǎn)播推流服務(wù)。

轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端對(duì)超高清節(jié)目源進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，將視頻碼率為高質(zhì)量碼率的視頻轉(zhuǎn)碼為低質(zhì)量碼率視頻，同時(shí)保留一份高質(zhì)量碼率視頻；或者將視頻碼率為低質(zhì)量的視頻轉(zhuǎn)碼為高質(zhì)量碼率視頻，同時(shí)保留低質(zhì)量碼率視頻。

前端視頻識(shí)別系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)碼后的視頻進(jìn)行標(biāo)識(shí)，形成低質(zhì)量碼率的播放地址以及高質(zhì)量碼率的播放地址。視頻標(biāo)記存儲(chǔ)器對(duì)標(biāo)識(shí)的播放地址進(jìn)行存儲(chǔ)。

視頻識(shí)別接口獲取終端機(jī)頂盒的設(shè)備參數(shù)，并根據(jù)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行識(shí)別判斷。對(duì)支持高質(zhì)量格式的視頻解碼設(shè)備，返回高質(zhì)量標(biāo)識(shí)的播放地址；對(duì)于支持低質(zhì)量格式的視頻解碼設(shè)備，返回低質(zhì)量標(biāo)識(shí)的播放地址。

3.3 超高清視頻智能識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)原理

超高清視頻節(jié)目源數(shù)據(jù)由兩個(gè)部分組成，一部分是直播編碼器提供多路組播信號(hào)，通過直播交換機(jī)與終端交互，頻道表和用戶授權(quán)由直播內(nèi)容發(fā)布前端統(tǒng)一管理，前端配置可識(shí)別高低碼率不同的播放地址組合；另一部分是點(diǎn)播推流服務(wù)前端與終端交互，點(diǎn)播內(nèi)容發(fā)布前端可識(shí)別上傳視頻內(nèi)容，對(duì)同一節(jié)目的高低碼率進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理，并對(duì)節(jié)目鑒權(quán)規(guī)則進(jìn)行定義。

轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端對(duì)超高清節(jié)目源進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，將視頻碼率為高質(zhì)量碼率的視頻轉(zhuǎn)碼為低質(zhì)量碼率視頻，同時(shí)保留高質(zhì)量碼率視頻，或者將視頻碼率為低質(zhì)量的視頻轉(zhuǎn)碼為高質(zhì)量碼率視頻，同時(shí)保留低質(zhì)量碼率視頻。

前端視頻識(shí)別子系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)碼后的視頻進(jìn)行標(biāo)識(shí)，形成低質(zhì)量碼率的播放地址以及高質(zhì)量碼率的播放地址，由視頻標(biāo)記存儲(chǔ)器對(duì)標(biāo)識(shí)的播放地址進(jìn)行存儲(chǔ)。

視頻識(shí)別接口獲取智能視頻解碼設(shè)備的設(shè)備參數(shù)，并根據(jù)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行識(shí)別判斷，對(duì)不同硬件解碼能力的終端返回對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)的播放地址，智能終端對(duì)超高清視頻進(jìn)行播放，實(shí)現(xiàn)全過程流程運(yùn)作。

4 超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

4.1 在直播系統(tǒng)中的應(yīng)用

在廣播電視系統(tǒng)中，直播業(yè)務(wù)是廣電運(yùn)營(yíng)商長(zhǎng)期以來主要的服務(wù)形式[4]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶對(duì)直播節(jié)目的選擇，主要是通過控制機(jī)頂盒或電視機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這種方式可以確保用戶接收電視節(jié)目的安全性和穩(wěn)定性。但隨著互聯(lián)網(wǎng)等多形態(tài)的視頻內(nèi)容爆發(fā)，用戶對(duì)于高質(zhì)量、高畫質(zhì)的節(jié)目需求不斷提升。

超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)不僅可以充分發(fā)揮廣播電視媒體的內(nèi)容優(yōu)勢(shì)，又可以考慮到用戶傳輸網(wǎng)絡(luò)和家庭解碼設(shè)備等復(fù)雜場(chǎng)景，通過對(duì)編碼器等設(shè)備輸出的組播節(jié)目源進(jìn)行視頻信息標(biāo)記，視頻信息包括8K/4K分辨率、不同碼率及其他視頻參數(shù)信息，將不同來源的視頻注入前端視頻識(shí)別系統(tǒng)，并對(duì)注入的視頻進(jìn)行標(biāo)記記錄、存儲(chǔ)；前端系統(tǒng)按照不同的直播地址形成最終的配置鏈接，終端解碼設(shè)備播放時(shí)，根據(jù)終端設(shè)備的型號(hào)或芯片等硬件信息，獲取對(duì)應(yīng)的視頻播放組播地址，高配置的解碼設(shè)備播放高質(zhì)量的視頻節(jié)目?jī)?nèi)容，低配置的解碼設(shè)備播放相適應(yīng)的低質(zhì)量的視頻節(jié)目?jī)?nèi)容。

超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)的直播應(yīng)用，特別是在重大體育賽事、重要慶典和高質(zhì)量商用付費(fèi)頻道方面，不會(huì)因?yàn)椴糠钟脩舻募彝ビ布贪鍫奚叨擞脩趔w驗(yàn)，而且對(duì)于日常運(yùn)營(yíng)人員來說，繼續(xù)沿用原有頻道表和授權(quán)規(guī)則，即可針對(duì)用戶實(shí)際情況進(jìn)行精細(xì)化的技術(shù)支持，一方面提升用戶整體收視滿意度，另一方面增強(qiáng)了用戶黏性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，為高質(zhì)量視頻商業(yè)模式提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4.2 在點(diǎn)播系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著互聯(lián)網(wǎng)視頻的崛起，僅依靠一次銷售基本電視直播套餐來收回全部成本，對(duì)于傳統(tǒng)電視來說任務(wù)實(shí)在過于艱巨。廣電運(yùn)營(yíng)商也積極通過雙向平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)改造，改變用戶只等待收看直播節(jié)目的現(xiàn)狀，同時(shí)擴(kuò)充自身視頻媒資庫資源或與第三方視頻平臺(tái)合作?，F(xiàn)在廣電系的IPTV和互聯(lián)網(wǎng)視頻在界面和運(yùn)營(yíng)上已呈現(xiàn)融合的趨勢(shì)，但點(diǎn)播節(jié)目來源繁雜[5-6]，用戶端解碼設(shè)備也存在新舊混用的情況，在一定程度上減弱了廣電運(yùn)營(yíng)商在超高清視頻資源方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中無法獲得用戶對(duì)于視頻產(chǎn)品的認(rèn)可。

超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)通過對(duì)超高清視頻節(jié)目參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，如果媒資庫來源只有高質(zhì)量視頻內(nèi)容，轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端對(duì)節(jié)目源進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，同時(shí)生成高低不同碼率參數(shù)的視頻內(nèi)容，如4K或8K分辨率、P60或P30幀率、HDR或SDR等不同碼率參數(shù)的視頻內(nèi)容，統(tǒng)一按照轉(zhuǎn)碼配置要求，轉(zhuǎn)碼成適合基本用戶要求的低碼率視頻（4K P30等格式），同時(shí)保留轉(zhuǎn)碼前后的視頻內(nèi)容，前端視頻識(shí)別系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)碼視頻進(jìn)行識(shí)別、標(biāo)記，前端接口通過獲取終端設(shè)備參數(shù)，根據(jù)節(jié)目源和設(shè)備參數(shù)的識(shí)別、判斷，對(duì)終端設(shè)備返回標(biāo)記符合的視頻播放地址。

超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)的點(diǎn)播應(yīng)用，不僅可以用于內(nèi)容服務(wù)商提供的媒資內(nèi)容，還可以擴(kuò)展到直播回看業(yè)務(wù)，甚至與第三方內(nèi)容平臺(tái)合作。各系統(tǒng)平臺(tái)的對(duì)接按照規(guī)范要求統(tǒng)一接口和視頻參數(shù)標(biāo)記，終端應(yīng)用對(duì)自身硬件信息進(jìn)行分析，結(jié)合前端獲取的實(shí)際播放地址，進(jìn)行最優(yōu)方案的視頻解碼播放。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

原有的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，舊型號(hào)設(shè)備無法播放高質(zhì)量格式的內(nèi)容，節(jié)目上架頻道表或目錄在不同設(shè)備間也存在差異。采用智能識(shí)別系統(tǒng)后，終端設(shè)備能自動(dòng)播放對(duì)應(yīng)的解碼節(jié)目，可統(tǒng)一顯示節(jié)目頻道表和目錄。智能識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景多，既適用于直播組播及單播環(huán)境，也適用于點(diǎn)播及第三方視頻應(yīng)用；節(jié)目上架選擇范圍更廣，高低質(zhì)量節(jié)目都可以滿足條件，解決業(yè)務(wù)迭代造成的短板效應(yīng)；滿足終端更新需求發(fā)展，以后若有其他解碼能力的芯片終端，技術(shù)方案也能適用。

6 結(jié) 語

本文提出超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)解決方案，目的是探索提高廣播電視應(yīng)用兼容性的方法。雖然超高清視頻智能識(shí)別技術(shù)還存在一定的限制，但是可以通過智能識(shí)別技術(shù)，結(jié)合其他的信號(hào)和終端通用接口來有效地實(shí)現(xiàn)超高清智能顯示的功能，從根本上提高電視多路節(jié)目最佳的播放效果，對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景的商用化運(yùn)營(yíng)具有很好的推廣應(yīng)用前景。