云邊端技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用

王世娜

（中央廣播電視總臺(tái)技術(shù)局總控三部，北京 100040）

1 云邊端技術(shù)的定義與特性

云邊端技術(shù)是指將云計(jì)算、邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建起一種新型的計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理和分析。得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)的不斷融合，這個(gè)以云網(wǎng)一體為基礎(chǔ)、以邊緣計(jì)算為特征的新一代內(nèi)容生產(chǎn)架構(gòu)體系使得算力更靠近用戶、更靠近數(shù)據(jù)，在技術(shù)層面為媒體行業(yè)實(shí)現(xiàn)改革提供了可能[1]。

云邊端技術(shù)具有低延遲和高可靠性的特點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析等任務(wù)在邊緣設(shè)備上完成，不需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理，在靠近數(shù)據(jù)源端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能大大減少系統(tǒng)延時(shí)，縮短服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，提高數(shù)據(jù)處理的效率。同時(shí)，云端的網(wǎng)絡(luò)連接受各種因素影響，并不是一直可靠，但是末端應(yīng)用需要一直運(yùn)作，遇到這種情況，云邊端技術(shù)的優(yōu)勢(shì)驟然顯現(xiàn)。由此可見，在邊緣設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與冗余，可以提高系統(tǒng)的可靠性，從而確保數(shù)據(jù)的安全、可用。

云邊端技術(shù)具有靈活性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要選擇合適的邊緣設(shè)備部署，也可以按需部署邊緣設(shè)備的數(shù)量。邊緣設(shè)備上的計(jì)算和存儲(chǔ)資源可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整、分配以及靈活的擴(kuò)展。云邊端技術(shù)在有效提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性的同時(shí)，降低了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

云邊端技術(shù)具有安全性和隱私保護(hù)的特點(diǎn)。在邊緣設(shè)備上完成數(shù)據(jù)的處理和分析，算力跟著數(shù)據(jù)走，可以避免將敏感數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理，降低了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，邊緣設(shè)備上的安全機(jī)制和隱私保護(hù)措施可以有效地保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全和隱私。

云邊端技術(shù)具有高效能和節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。邊緣設(shè)備分擔(dān)數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)，不需要將全部數(shù)據(jù)上傳到云端，只需要傳輸有價(jià)值的數(shù)據(jù)，可以降低云端的計(jì)算負(fù)載，提高云計(jì)算資源的利用率。邊緣設(shè)備采用低功耗的硬件設(shè)計(jì)和優(yōu)化的算法，可以有效降低系統(tǒng)的能耗，減少對(duì)環(huán)境的影響。

2 云邊端技術(shù)對(duì)廣播電視行業(yè)的影響

云邊端技術(shù)的興起，為廣播電視行業(yè)帶來了一系列的變革。相比傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)，云邊端技術(shù)在多個(gè)方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，給傳統(tǒng)的廣播電視技術(shù)帶來了不小的沖擊。

云邊端技術(shù)的引入，顯著地提升了廣播電視傳輸質(zhì)量。傳統(tǒng)的廣播電視受到信號(hào)傳輸、接收設(shè)備的限制，容易受到天氣等因素的影響，從而導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定或是根本無法接收信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)擁塞等因素也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量較差，使得畫面模糊、卡頓等問題頻發(fā)。網(wǎng)絡(luò)中常見的視頻加載失敗、崩潰等問題，一般都是因?yàn)榱髁慷冈?，服?wù)器并發(fā)量過大所致。通過云邊端技術(shù)的應(yīng)用，將云計(jì)算、邊緣計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播電視信號(hào)的實(shí)時(shí)處理和優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、穩(wěn)定的信號(hào)傳輸，從而提供更加清晰、流暢的視頻和更加逼真、立體的聲音效果，使用戶能夠更好地享受高清、流暢的廣播電視節(jié)目[2]。

云邊端技術(shù)的應(yīng)用為廣播電視節(jié)目的觀眾提供了更加個(gè)性化的服務(wù)以及交互式體驗(yàn)。傳統(tǒng)的廣播電視節(jié)目一般通過編排節(jié)目單來滿足觀眾的需求，用戶不能選擇節(jié)目?jī)?nèi)容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于廣播電視節(jié)目的需求在不斷增加，很難通過單一的推薦方式來滿足所有觀眾的需求。通過云邊端技術(shù)，觀眾可以主動(dòng)在廣播電視終端上設(shè)置個(gè)人喜好，也可以由系統(tǒng)根據(jù)觀眾的興趣愛好、觀看歷史等信息，自動(dòng)為其推薦符合口味的節(jié)目，提供更加個(gè)性化的觀看體驗(yàn)。傳統(tǒng)的廣播電視節(jié)目只能被動(dòng)觀看，無法進(jìn)行互動(dòng)。而云邊端技術(shù)可以通過用戶界面和交互功能，使用戶參與到節(jié)目中，進(jìn)行投票、評(píng)論、分享等，從而增加了用戶的參與感，提高了用戶忠誠(chéng)度[3]。

云邊端技術(shù)的應(yīng)用為廣播電視節(jié)目的制作和傳播提供了更加方便快捷的途徑。媒體融合的時(shí)代已經(jīng)來臨，移動(dòng)化融媒體直播正在改變傳統(tǒng)廣播電視的工作方式。傳統(tǒng)的廣播電視直播主要由實(shí)體切換臺(tái)、調(diào)音臺(tái)、背包及編碼器等設(shè)備組成，在實(shí)際使用中普遍面臨搭建時(shí)效性低、系統(tǒng)拓展性差、制作環(huán)境要求高等問題。通過云邊端技術(shù)，制作人員可以直接將節(jié)目素材上傳至云邊端，使直播不受場(chǎng)地限制，直播設(shè)備輕量化、移動(dòng)化，還能利用邊緣設(shè)備實(shí)現(xiàn)跨地域協(xié)同制作[4]。

3 云邊端技術(shù)在廣播電視中的應(yīng)用

3.1 在超高清廣播電視傳輸中的應(yīng)用

全國(guó)廣播電視行業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020 年，我國(guó)有線電視高清和超高清用戶突破1 億。從高清到超高清，視頻碼流、數(shù)據(jù)量等方面呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，這樣便對(duì)超高清采集、編輯、制作及分發(fā)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。然而，傳統(tǒng)的節(jié)目生產(chǎn)模式不可避免地存在節(jié)目制作效率低、系統(tǒng)間交互復(fù)雜、系統(tǒng)拓展性差等局限。云邊端技術(shù)可以提高制作效率，打通采編播全流程，降低系統(tǒng)交互復(fù)雜程度，將部分工作轉(zhuǎn)移到邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，避免云端處理造成的高流量消耗、延遲大等問題[5]。

中央廣播電視總臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱總臺(tái)）在2022 年北京冬奧會(huì)8K 制播實(shí)踐中落地實(shí)現(xiàn)全新超高清制播工藝，利用邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信號(hào)收錄、節(jié)目制作、演播室播出全流程跨域協(xié)同制播，實(shí)現(xiàn)多編碼信號(hào)收錄、超高清節(jié)目制播以及新媒體直播報(bào)道，為用戶提供全媒體報(bào)道支撐。依托云邊端技術(shù)，在末端的制作區(qū)對(duì)節(jié)目信號(hào)進(jìn)行錄制，采用超高清收錄系統(tǒng)進(jìn)行視頻采集，通過剪輯、配音、包裝等一系列圖像和視頻的預(yù)處理，以JPEG-XS 編碼格式封裝。在邊緣節(jié)點(diǎn)，由多個(gè)分布式邊緣節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，完成信息輸入、文件存儲(chǔ)及素材入庫(kù)等操作。在云端，通過基于JPEG-XS 編碼封裝的一體化編播，支持集群播出，完成集群打包、集群轉(zhuǎn)碼等流程管控，保證超高清節(jié)目播出的安全性、可靠性。

3.2 在智能化媒體生產(chǎn)中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，人工智能（Artificial Intelligence，AI）能夠?qū)崿F(xiàn)與媒體制作流程深度融合，通過智能輔助服務(wù)，有效地提高節(jié)目制作效率。云邊端技術(shù)與AI 技術(shù)相結(jié)合的邊緣AI 可以在沒有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下處理數(shù)據(jù)，可以在無須流式傳輸或不在云端進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)創(chuàng)建等操作，從而達(dá)到最小的延遲，高速度地處理數(shù)據(jù)。媒體生產(chǎn)與AI 輔助服務(wù)相結(jié)合，利用人臉識(shí)別、語音識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別（Optical Character Recognition，OCR）及轉(zhuǎn)場(chǎng)識(shí)別等面向媒體生產(chǎn)的專業(yè)算法，結(jié)合平臺(tái)中的各類工具集，提供智能化媒體生產(chǎn)能力。

以人臉識(shí)別為例，云端主要提取所有圖片集的人臉特征，生成面部識(shí)別對(duì)象。網(wǎng)絡(luò)邊緣完成對(duì)終端獲取的圖片進(jìn)行人臉特征值獲取，再將該值轉(zhuǎn)到云端進(jìn)行比對(duì)。終端主要完成人臉圖片的獲取和接收最終結(jié)果。整個(gè)人臉識(shí)別的結(jié)果用距離表示，表示要識(shí)別的圖片與圖片集中所有圖片的特征值比較，找出與要識(shí)別圖片距離最近的圖片（即距離值最?。?。人臉識(shí)別通過邊緣AI 實(shí)時(shí)分析面部特征，云邊端技術(shù)的使用可以讓其所搭載的人臉識(shí)別功能不再依賴云端服務(wù)器，免除圖像上傳到云端的時(shí)間，節(jié)省了大量的帶寬資源。

2022 年北京冬奧會(huì)期間，總臺(tái)采用面向多種體育賽事場(chǎng)景識(shí)別、賽事運(yùn)動(dòng)鏡頭識(shí)別及運(yùn)動(dòng)畫面的人臉識(shí)別等智能技術(shù)，以計(jì)算機(jī)視覺算法、自然語言處理和知識(shí)圖譜技術(shù)為理論基礎(chǔ)，從多個(gè)維度進(jìn)行優(yōu)化，感知冬奧會(huì)各賽事節(jié)目制播特點(diǎn)，結(jié)合冬奧各項(xiàng)賽事體育領(lǐng)域知識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)了面向體育賽事的通用智能場(chǎng)記精準(zhǔn)輸出。

3.3 在直播云服務(wù)中的應(yīng)用

直播云服務(wù)是基于邊緣能力進(jìn)一步實(shí)施的超大規(guī)模分發(fā)業(yè)務(wù)，分發(fā)過程就是存儲(chǔ)讀寫過程，在云端將一個(gè)個(gè)視頻片段數(shù)據(jù)持續(xù)地往邊緣存儲(chǔ)中更新寫入，在末端不停地把用戶需要的數(shù)據(jù)讀出來，滿足個(gè)性化、海量化視頻數(shù)據(jù)的需求。在邊云上行方向，通過運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)打通與中心云之間的鏈路，將系統(tǒng)內(nèi)視音頻素材同步至中心云，實(shí)現(xiàn)直播信號(hào)高質(zhì)量的采編上行；在云邊下行方向，通過輕量化計(jì)算終端接入，并使用專線訪問節(jié)點(diǎn)內(nèi)的視音頻素材，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地生產(chǎn)超高清節(jié)目的編輯制作需求，實(shí)現(xiàn)直播流的超大規(guī)模彈性分發(fā)。

2021 年，騰訊云與總臺(tái)共創(chuàng)沉浸式“云考古”體驗(yàn)，用戶打開手機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)屏幕搖桿，就能像玩游戲一樣在坑內(nèi)游覽。栩栩如生的場(chǎng)景，無須高端配置、無須下載，打開一個(gè)鏈接就能流暢體驗(yàn)。在此過程中，云邊端技術(shù)在解決視頻播放卡頓、網(wǎng)頁打開速度不佳方面立下汗馬功勞。將節(jié)點(diǎn)分布式部署在邊緣云，充分部署，再將節(jié)點(diǎn)部署到用戶附近，配合穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，提升訪問效果，減少大節(jié)點(diǎn)的單點(diǎn)故障，為用戶打造流暢的視頻觀看體驗(yàn)。

4 結(jié)語

云邊端技術(shù)對(duì)廣播電視行業(yè)產(chǎn)生了積極的影響。在廣播電視傳輸質(zhì)量方面，云邊端技術(shù)能夠提供更穩(wěn)定、高質(zhì)量的傳輸，保證用戶觀看體驗(yàn)的連續(xù)性和流暢性。在內(nèi)容發(fā)布和用戶體驗(yàn)方面，云邊端技術(shù)能夠提供個(gè)性化的推薦服務(wù)，滿足用戶的需求，增強(qiáng)用戶的滿意度。因此，云邊端技術(shù)對(duì)廣播電視行業(yè)有著重要的影響，能夠提升廣播電視行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。