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，對電視播出技術(shù)的發(fā)展趨勢進行一些研究。

【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)特別是移動互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展，智能手機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、實時互動的電視播出系統(tǒng)。

一.IP化播出技術(shù)

1.IP化播出技術(shù)優(yōu)勢

隨著4K超高清電視時代的到來，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)勢為4K超高清電視播出提供了一種新的技術(shù)平臺，IP化4K超高清電視播出系統(tǒng)傳輸4K信號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、支持數(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。

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，可實現(xiàn)全IP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個萬兆端口的HD-SDI over IP流路由矩陣示意圖，相當于60×60HD-SDI矩陣，基帶HD-SDI/IP流為1.5Gb/s，每個萬兆端口可以承載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)保護機制：FEC前向糾錯、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、延時之間尋求一個平衡點。

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、二級存儲、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、流程監(jiān)控展示、流程定義、將SDI基帶信號轉(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。

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，能在線疊加臺標、字幕，支持主備聯(lián)動同步播出，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，能兼容對接基于SDN技術(shù)的IP流路由矩陣。

7.IP化播出信號監(jiān)測

IP化播出系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)視可基于SDM（軟件定義監(jiān)視）技術(shù)，隨意組合、動態(tài)設(shè)置IP化播出系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點處的視頻IP流，可組成IP化播出系統(tǒng)的視頻IP流多畫面分割實時監(jiān)測監(jiān)視墻。支持IP流視頻斷流、靜幀、黑場、彩場、彩條等視頻故障監(jiān)測以及音量過高、過低、靜音、音頻斷流等音頻故障監(jiān)測，可實現(xiàn)不同監(jiān)測布局的快速編輯，支持日志記錄、統(tǒng)計分析與查詢。

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。播出系統(tǒng)所需的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全資源均可進行虛擬化（池化）改造，可建設(shè)面向播出整備和實時播出業(yè)務(wù)的私有云，將技審、MD5校驗、遷移、整備、播出等能力模塊進行虛擬化、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，私有云平臺所提供的服務(wù)既能滿足電視播出整備和實時播出流程，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，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)拓撲架構(gòu)和虛擬化環(huán)境，彈性化構(gòu)建播出分發(fā)私有云平臺，包括云平臺基礎(chǔ)層（基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計算云、存儲云、數(shù)據(jù)庫云等）、云平臺服務(wù)層、云平臺應(yīng)用層，IP化播出系統(tǒng)運行所需的虛擬機、網(wǎng)絡(luò)、存儲、數(shù)據(jù)庫及安全等資源可由云平臺統(tǒng)一提供，除上載工作站外，存儲、交換、切換器、服務(wù)器、播控工作站、互動控制工作站均可采用虛擬化技術(shù)，通過統(tǒng)一的私有云平臺管理工具進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)展的另一個趨勢是播出控制和在播監(jiān)控從自動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、高標清上下變換、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等多個方面。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)得到實際應(yīng)用，通過AI技審技術(shù)手段，可對播出系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)目進行視頻技術(shù)指標和內(nèi)容的審查，提前發(fā)現(xiàn)問題，并及時報警。AI技審系統(tǒng)能夠?qū)崟r高清視頻SDI over IP流實施智能人臉識別和智能語音識別，也可以實現(xiàn)多倍速（高達10倍速）高清壓縮視頻文件流的智能人臉識別和智能語音識別。基于AI技術(shù)的高清上變換器可實現(xiàn)實時標清到高清視頻SDI信號的智能上變換（圖像幅型、亮度動態(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)，實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)動，對播出整備設(shè)備資源按優(yōu)先級進行動態(tài)分級，對高時效性節(jié)目的整備需求，在播出整備業(yè)務(wù)高峰時段提供獨立的整備設(shè)備，保證播出整備業(yè)務(wù)的智能化整備能力。對于多頻道、大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)惹闆r，可對播出二級存儲和播出視頻服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)狀況進行統(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)通過對播出系統(tǒng)各環(huán)節(jié)特別是末級主備鏈路畫面內(nèi)容及技術(shù)指標的對比，基于邏輯判斷可自動實現(xiàn)應(yīng)急處理功能，以有效地降低值機人員的工作量?；谥悄芑收吓袛嗉夹g(shù)的一致性比對報警系統(tǒng)，在一個可設(shè)定的延遲范圍內(nèi)，實現(xiàn)準確、快速的主備鏈路畫面一致性比對和故障自動判斷與報警提示，播出系統(tǒng)主備兩條鏈路的PGM信號分別送至一致性比對主機和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，并集成了聲光報警和應(yīng)急操作功能，針對常見的劣播情況實時進行信號技審和邏輯判斷，一旦發(fā)現(xiàn)信號不一致，第一時間發(fā)現(xiàn)故障，同時應(yīng)急切換面板蜂鳴以示異態(tài)報警，故障這一路按鍵閃爍，非故障這一路按鍵正常，值機人員手動按一下正常這一路按鈕即可切換正常這一路信號。

一致性比對報警系統(tǒng)支持HD-SDI、SD-SDI信號的實時逐幀異態(tài)檢測和差異比對，比對差異參數(shù)和異態(tài)報警閾值可配置，視頻信號比對檢測包括亮度、噪點、黑場、彩場、彩條、靜幀、臺標丟失、信號丟失等；音頻信號比對包括主備兩路信號音頻之間相似度、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現(xiàn)播出系統(tǒng)的完整業(yè)務(wù)流程，將信號播出、信號切換、包裝鍵控等功能軟件化，軟件平臺運行在通用硬件服務(wù)器上，集成了圖文字幕、臺標、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IP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、靈活擴展性、模塊化俱佳，部署方便、配置簡單。支持高標清SDI播出、IP流播出，可輸出IP流至CDN、云平臺或新媒體服務(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)議支持多個控制端同時控制，可實現(xiàn)SDI輸入信號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，保障圖文播出實時性處理任務(wù)。支持通過I/O卡實時輸入外來SDI信號進行直播或延時可調(diào)的實時播出，可在直播信號上疊加播出CG特效的圖文，所有的播出圖層可通過控制命令實時調(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，可實現(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)。兩維度三級安全備份體系，規(guī)避了傳統(tǒng)播出技術(shù)架構(gòu)的缺點。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)模式下對電視媒體時效性越來越高的要求。

（4）非線性

以多屏閉環(huán)架構(gòu)實現(xiàn)各種形式的非線性播出，以串聯(lián)觀眾的碎片時間，并實現(xiàn)互動行為實時反饋。

2.融媒體化播出技術(shù)實現(xiàn)

（1）多終端觀看體驗融合

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慣和喜好，實現(xiàn)多終端觀看體驗融合，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

要實現(xiàn)多終端觀看體驗融合，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)、全媒體匯聚密切對接的同時，全臺內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還需要與外部業(yè)務(wù)運營對接，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）技術(shù)，通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)用戶反饋交互、雙向互動和多屏互動，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，將末端觀看行為和互動反應(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/點播→聚類評論→觸發(fā)輪播→快速分享→自動簡播等鏈路環(huán)節(jié)之間實現(xiàn)相互驅(qū)動式業(yè)務(wù)流程。

六.結(jié)語

以電視臺制播技術(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、實時互動的電視播出系統(tǒng)。目前，綜合考慮技術(shù)先進性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、業(yè)務(wù)流程效率等因素，筆者認為，對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