新媒體環(huán)境下廣播電視信號(hào)傳輸模式分析

于仁迪

（作者單位：山東省廣播電視傳輸保障中心昆崳山轉(zhuǎn)播臺(tái)）

我國(guó)廣播電視傳輸系統(tǒng)現(xiàn)正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型和網(wǎng)絡(luò)化重構(gòu)的時(shí)期，傳統(tǒng)模式的局限性日益凸顯。研究新技術(shù)引領(lǐng)下的新傳輸模式，對(duì)于把握機(jī)遇、順應(yīng)形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)廣播電視信號(hào)有效覆蓋具有重大意義，期望本文的研究?jī)?nèi)容能夠?yàn)樾袠I(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供理論和技術(shù)參考。

1 新媒體環(huán)境特征

1.1 網(wǎng)絡(luò)化

新媒體環(huán)境呈現(xiàn)高度網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的廣播電視媒體與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，實(shí)現(xiàn)了媒體的數(shù)字化和信息網(wǎng)絡(luò)化。通過使用數(shù)字編碼、光纖傳輸?shù)痊F(xiàn)代信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸與交換的互聯(lián)互通，這使得信息可以快速在終端用戶之間流通傳播?；趯拵ЬW(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來(lái)的高速率傳輸優(yōu)勢(shì)，新媒體環(huán)境下的視頻、音頻等包含大量信息的數(shù)據(jù)類型可以流暢地交付。同時(shí)，協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化也推動(dòng)了不同系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)之間的兼容互通，內(nèi)容可以跨平臺(tái)、跨終端進(jìn)行傳播使用。用戶通過有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)獲取信息內(nèi)容的渠道也更加多樣和靈活。

1.2 數(shù)字化

新媒體數(shù)字化模式特性，主要體現(xiàn)在信號(hào)采集、編輯、制作、存儲(chǔ)、傳輸?shù)热溌返臄?shù)字化處理中。傳統(tǒng)模擬信號(hào)逐步被數(shù)字編碼信號(hào)取代，使得信號(hào)在存儲(chǔ)和傳輸過程中不會(huì)堆積誤差，防止了質(zhì)量下降。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)也意味著信息可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化處理和多媒體編輯，實(shí)現(xiàn)了信源編碼、壓縮、加密以及數(shù)據(jù)格式封裝等技術(shù)手段。數(shù)字化信號(hào)形式也為實(shí)現(xiàn)互操作性與兼容性提供了基礎(chǔ)。在傳輸環(huán)節(jié)，數(shù)字信號(hào)可直接在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中交換，而無(wú)須數(shù)模轉(zhuǎn)化。數(shù)字化技術(shù)在新媒體環(huán)境推動(dòng)下得到廣泛應(yīng)用，不僅改變了信號(hào)處理與編輯形式，也為實(shí)現(xiàn)靈活高效的數(shù)字信號(hào)傳輸與交換提供了保障。

1.3 移動(dòng)化

移動(dòng)化意味著用戶獲取信息和媒體互動(dòng)的主要渠道向移動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變。面對(duì)新趨勢(shì)，傳統(tǒng)依賴有線網(wǎng)絡(luò)的廣播電視傳輸和接入模式已經(jīng)難以滿足用戶需求。這對(duì)傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)功能和傳輸模式提出了全新挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)廣播電視媒體需要進(jìn)行技術(shù)升級(jí)以保證內(nèi)容時(shí)效性和流暢度。整個(gè)系統(tǒng)必須適應(yīng)新媒體環(huán)境移動(dòng)化特征，通過更新技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)各類視頻、音頻向多種移動(dòng)終端的有效傳輸和分發(fā)，使之能夠持續(xù)快速地為移動(dòng)用戶提供精準(zhǔn)服務(wù)[1]。

2 傳統(tǒng)信號(hào)傳輸模式分析

2.1 模擬信號(hào)傳輸

長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)使用的是模擬信號(hào)形式。信號(hào)源信息經(jīng)采集和編輯處理形成模擬電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)頻/調(diào)幅后直接在有線或無(wú)線信道中傳輸分發(fā)。這類系統(tǒng)中，信號(hào)采集環(huán)節(jié)多為模擬掃描或人工合成。信號(hào)在傳輸和交換過程中易受干擾和衰減影響，存在質(zhì)量劣化問題。另外，模擬信號(hào)也不易實(shí)現(xiàn)信號(hào)再生放大、頻帶壓縮等處理。這類系統(tǒng)中安裝的用戶終端往往只能接收某一特定信號(hào)類型，且對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性和質(zhì)量要求高。因此，模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)面臨編碼效率低、抗干擾能力差、系統(tǒng)匹配性較弱等問題。這已無(wú)法滿足新興數(shù)字化多媒體業(yè)務(wù)在圖像和音效品質(zhì)方面對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求，也不適應(yīng)大容量信號(hào)的交換傳輸需求。

2.2 有線電視網(wǎng)絡(luò)

有線電視網(wǎng)運(yùn)用同軸電纜或光纖作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)的集中傳送，是傳統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)典型的有線傳輸方式。這種工作在特高頻信道的樹形或環(huán)形有線電視傳輸網(wǎng)，可為限定地域內(nèi)的用戶提供多套電視頻道信號(hào)。由于它以有線方式傳輸，基本上不受無(wú)線信道外界干擾的影響，信號(hào)傳輸質(zhì)量較為穩(wěn)定可靠。但是這類網(wǎng)絡(luò)存在傳輸距離有限、信號(hào)易出現(xiàn)損耗衰減、系統(tǒng)抗干擾能力較差、用戶可選擇的節(jié)目數(shù)量有限等問題。特別是家庭用戶的終端普遍為簡(jiǎn)單的電視接收機(jī)或集成接收機(jī)解碼器，只能從固定信道中選擇性接收節(jié)目?jī)?nèi)容，無(wú)法實(shí)現(xiàn)交互或點(diǎn)播功能。這樣的有線電視網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備已經(jīng)很難滿足新媒體環(huán)境下用戶日益增長(zhǎng)的交互、點(diǎn)播、高清傳輸?shù)确?wù)需求[2]。

3 面向新媒體的廣播電視信號(hào)傳輸模式

3.1 IP化傳輸

3.1.1 IP分組傳輸

IP分組傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流的統(tǒng)一傳輸，將音視頻信號(hào)進(jìn)行分組和封裝后與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一承載。在這種傳輸方式下，信號(hào)以可變長(zhǎng)分組形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，分組頭部帶有目的地址并根據(jù)事先規(guī)劃好的路由路徑轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)須保證時(shí)序與質(zhì)量。這樣可以實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源和類型的業(yè)務(wù)流傳輸互通和網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)配置。相比傳統(tǒng)電路交換機(jī)制，IP分組傳輸技術(shù)突破了其限制，支持寬帶、交互和服務(wù)融合的新型信號(hào)傳輸模式。這對(duì)推動(dòng)和應(yīng)對(duì)面向新媒體環(huán)境的廣播電視系統(tǒng)IP化提供了重要支撐。

3.1.2 多協(xié)議復(fù)用

多協(xié)議復(fù)用是指在IP承載層上傳輸包含多種信號(hào)的復(fù)合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流。通過識(shí)別分組頭信息中的協(xié)議類型字段，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以分別提取出復(fù)合業(yè)務(wù)流中不同的音視頻信號(hào)分組，然后根據(jù)其對(duì)應(yīng)的解復(fù)用規(guī)則進(jìn)行處理。這樣就可以在一個(gè)IP信道上實(shí)現(xiàn)多種壓縮編碼制式和封裝協(xié)議的復(fù)用傳送，如MPEG-2 TS、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol, RTP）、超文本傳輸協(xié)議（HyperText Transfer Protocol, HTTP）、流媒體等都可以復(fù)用在同一IP網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)中。與傳統(tǒng)的模擬電視系統(tǒng)要求信號(hào)到信號(hào)傳輸不同，多協(xié)議復(fù)用技術(shù)豐富了信號(hào)類型，滿足了新媒體環(huán)境下用戶對(duì)音視頻服務(wù)多樣化的需求。

3.2 OTT傳輸

3.2.1 App分發(fā)

OTT（Over The Top）傳輸是新媒體環(huán)境下興起的一種內(nèi)容分發(fā)模式，其突破了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)僅可通過運(yùn)營(yíng)商專網(wǎng)的限制，基于公共互聯(lián)網(wǎng)直接面向終端用戶。在該傳輸模式下，消費(fèi)者可以通過各類開放應(yīng)用程序（Application, App）獲取豐富的音視頻內(nèi)容。App分發(fā)使服務(wù)提供方無(wú)須依賴底層網(wǎng)絡(luò)即可將商品直接在應(yīng)用層提供給最終用戶。如果需要訂閱特定內(nèi)容，用戶只需下載相關(guān)App并在其應(yīng)用界面進(jìn)行選購(gòu)。這類OTT傳輸模式中，App為內(nèi)容消費(fèi)者提供了重要功能，集內(nèi)容目錄、推薦、播放、支付等于一體，使得用戶可以通過非常簡(jiǎn)便的渠道訪問內(nèi)容。App分發(fā)技術(shù)推動(dòng)了內(nèi)容分發(fā)向OTT傳輸模式的演進(jìn)，豐富了新媒體環(huán)境下的用戶體驗(yàn)。

3.2.2 CDN緩存

CDN（Content Delivery Network）即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，是面向新媒體環(huán)境的OTT傳輸系統(tǒng)中重要的緩存和分發(fā)技術(shù)。它通過在網(wǎng)絡(luò)中部署大量分布式緩存服務(wù)器，使內(nèi)容分發(fā)更加貼近用戶，利用本地緩存節(jié)省主干網(wǎng)絡(luò)帶寬，減少播放延遲。CDN系統(tǒng)可以依據(jù)用戶訪問和流量分布，調(diào)度緩存節(jié)點(diǎn)，對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行就近響應(yīng)。此外，CDN的緩存服務(wù)器之間還會(huì)按需實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分享和互備，這對(duì)處理視頻直播或點(diǎn)播的大流量訪問請(qǐng)求也很關(guān)鍵。相比直接從源站調(diào)用，CDN的接入提高了音視頻交付的效率與可靠性。其快速響應(yīng)和容錯(cuò)能力，使新媒體環(huán)境下的用戶獲得更加流暢的體驗(yàn)[3]。CDN內(nèi)容分發(fā)流程詳見圖1。

圖1 CDN內(nèi)容分發(fā)流程圖

3.3 混合網(wǎng)傳輸

3.3.1 固網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)融合

面向新媒體環(huán)境，實(shí)現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合已然成為廣播電視信號(hào)傳輸?shù)闹匾l(fā)展趨勢(shì)。固定網(wǎng)絡(luò)即光纖到戶等有線寬帶接入方式，可提供大容量、低時(shí)延的傳輸服務(wù)；與此相輔相成的是，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則使服務(wù)接入實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。將兩者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行融合，既可以提供質(zhì)量有保障的寬帶接入傳輸，也可以使終端用戶享受到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的移動(dòng)靈活性。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上看，固定和無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合主要借助IP化實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)核心和匯聚層上進(jìn)行流量管理、業(yè)務(wù)控制和資源優(yōu)化配置；在接入層上連接進(jìn)入用戶站點(diǎn)的各類固定或無(wú)線終端。這樣，對(duì)上層應(yīng)用和服務(wù)來(lái)說(shuō)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)邏輯IP網(wǎng)絡(luò)，為音視頻內(nèi)容的傳輸和交互提供基礎(chǔ)保障。

3.3.2 跨層和跨網(wǎng)傳輸協(xié)作

在面向新媒體的廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)中，不同網(wǎng)絡(luò)層次與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間存在跨層、跨網(wǎng)協(xié)作。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)看，包含服務(wù)層、控制層、傳輸層和物理媒介層。各層間通過開放接口互聯(lián)。傳輸層面也實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)等不同基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。構(gòu)建跨層優(yōu)化機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)物理層鏈路與IP層之間、MAC（數(shù)據(jù)鏈路唯一標(biāo)識(shí)）層與網(wǎng)絡(luò)層之間的參數(shù)協(xié)同優(yōu)化。提供端到端信號(hào)流傳輸時(shí)，可利用網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)同，如衛(wèi)星電視信號(hào)分發(fā)至用戶本地，再通過光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳送。

3.4 內(nèi)容適配傳輸

3.4.1 動(dòng)態(tài)碼流適配技術(shù)

面向新媒體環(huán)境，廣播電視信號(hào)傳輸需面對(duì)用戶網(wǎng)絡(luò)條件復(fù)雜多變的情況。動(dòng)態(tài)碼流適配技術(shù)通過智能化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況和用戶終端處理能力參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋在編碼器端動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼配置，實(shí)時(shí)產(chǎn)生不同碼率、不同分辨率的媒體碼流。然后在傳輸網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)用戶實(shí)際帶寬、終端類型等條件，選擇合適比特率和格式的媒體流進(jìn)行傳送。此類碼流適配技術(shù)可以根據(jù)下行帶寬范圍調(diào)整碼流檔次，如標(biāo)清、高清、超高清等，還可基于屏幕尺寸切換不同分辨率，實(shí)現(xiàn)流暢的播放效果。動(dòng)態(tài)碼流適配機(jī)制強(qiáng)化了面向新媒體傳輸?shù)倪m配性，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的敏感信息響應(yīng)，為用戶提供可靠流暢的視聽體驗(yàn)。

3.4.2 按需分發(fā)的內(nèi)容定制

新媒體環(huán)境下的用戶對(duì)內(nèi)容的選擇興趣和互動(dòng)參與度明顯增強(qiáng)，這要求內(nèi)容生產(chǎn)和傳輸針對(duì)不同用戶群體特征，提供個(gè)性化定制服務(wù)。按需內(nèi)容分發(fā)和定制傳輸模式正是在這樣的背景下出現(xiàn)，該模式通過分析用戶偏好、行為數(shù)據(jù)，結(jié)合點(diǎn)播情況，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)用戶可能感興趣內(nèi)容，然后進(jìn)行個(gè)性化推薦。在信號(hào)傳輸部分，也可按用戶定制需求對(duì)流媒體編輯裁剪、插入廣告，使信號(hào)具有定制性。與統(tǒng)一分發(fā)傳輸模式不同，這種按需內(nèi)容定制和傳送方式，可以明顯提升用戶體驗(yàn)并增強(qiáng)互動(dòng)[4]。

4 新媒體環(huán)境下信號(hào)傳輸模式發(fā)展趨勢(shì)

4.1 5G、光纖網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)應(yīng)用

面向新媒體環(huán)境，5G和光纖網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)的應(yīng)用是廣播電視信號(hào)傳輸模式發(fā)展的重要趨勢(shì)。5G具有高帶寬、低時(shí)延的重要特性，可以提供豐富的網(wǎng)絡(luò)容量來(lái)承載高質(zhì)量的視頻業(yè)務(wù)，其對(duì)廣播電視信號(hào)傳輸也提出了更高需求。此外，光纖網(wǎng)絡(luò)也在高速發(fā)展，特別是光纖到戶成為重要技術(shù)手段。在用戶接入端使用光纖直接連接，配合5G提供固定與移動(dòng)融合的寬帶接入，可以給終端用戶提供更高速率、更實(shí)時(shí)的視聽體驗(yàn)。

4.2 流媒體直播、點(diǎn)播平臺(tái)建設(shè)

流媒體直播通過低延時(shí)編碼和傳輸技術(shù)，使現(xiàn)場(chǎng)事件可以快速并連續(xù)地傳送至終端用戶。與直播配合的還有即時(shí)評(píng)論、彈幕互動(dòng)等技術(shù)的應(yīng)用。流媒體點(diǎn)播平臺(tái)提供包括回看在內(nèi)的按需點(diǎn)播服務(wù)，用戶可以根據(jù)自己需求選擇和觀看節(jié)目。相比傳統(tǒng)按時(shí)間表播放的方式，這兩種流媒體平臺(tái)更加突出“以用戶為中心”和交互性。因此，信號(hào)傳輸系統(tǒng)需要更新，基于流模式建立支持大規(guī)模直播流、豐富點(diǎn)播源的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，并增強(qiáng)協(xié)議和編碼機(jī)制對(duì)實(shí)時(shí)性的支持，這是面向未來(lái)新媒體環(huán)境傳輸網(wǎng)絡(luò)向流媒體平臺(tái)演進(jìn)的重要趨勢(shì)。

4.3 多屏互動(dòng)、用戶生成內(nèi)容

隨著用戶終端類型的多屏化，傳輸系統(tǒng)需要兼容手機(jī)、平板、電視機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多屏場(chǎng)景下內(nèi)容的制作和傳送。同時(shí)，普通用戶也是內(nèi)容生產(chǎn)者，上傳或直播自制內(nèi)容需要系統(tǒng)具備大規(guī)模分發(fā)用戶生成內(nèi)容的能力。這兩大趨勢(shì)對(duì)信號(hào)的編碼、傳輸和交互功能提出了全新挑戰(zhàn)，系統(tǒng)需要提升信號(hào)互動(dòng)性，增強(qiáng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的低延時(shí)信令控制，擴(kuò)大上傳容量，并建立內(nèi)容安全管控和版權(quán)保護(hù)機(jī)制，才能滿足多屏環(huán)境和用戶內(nèi)容爆炸式增長(zhǎng)的新媒體形態(tài)。

4.4 數(shù)據(jù)分析驅(qū)動(dòng)的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)

面向新媒體環(huán)境，廣播電視傳輸系統(tǒng)需要收集用戶喜好、設(shè)備數(shù)據(jù)以及自身網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過建立大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和人工智能（Artificial Intelligence, AI）算法技術(shù)，對(duì)這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶群體畫像、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)性能等方面的深入挖掘與建模。例如，分析用戶的內(nèi)容瀏覽與互動(dòng)記錄，提取用戶偏好特征，或檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)瓶頸，還可以預(yù)測(cè)未來(lái)內(nèi)容流量變化趨勢(shì)，評(píng)估傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)力需求。通過這些對(duì)用戶及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的深入分析與建模，可以從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角度實(shí)現(xiàn)廣播電視傳輸系統(tǒng)的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)與升級(jí)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

面向新媒體環(huán)境，為適應(yīng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和移動(dòng)化需求，廣播電視傳輸模式正在發(fā)生重要變革。其中，IP化傳輸實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)信號(hào)打包傳送，OTT和CDN技術(shù)支持大流量分發(fā)，固定網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合形成混合網(wǎng)，以及動(dòng)態(tài)碼流適配等技術(shù)強(qiáng)化了用戶體驗(yàn)，這些都是面向新媒體環(huán)境的關(guān)鍵信號(hào)傳輸模式。與此同時(shí)，5G和光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、流媒體平臺(tái)應(yīng)用，以及利用大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)，也成為進(jìn)一步發(fā)展的重要趨勢(shì)。傳統(tǒng)傳輸模式正通過吸收各類新技術(shù)與新模式而獲得新的發(fā)展機(jī)遇，這些變革與趨勢(shì)都將持續(xù)推動(dòng)傳輸網(wǎng)絡(luò)向新媒體深度融合。