【摘要】 本文主要从IP化播出技术、虚拟化播出技术、智能化播出技术、一体化播控技术、融媒体化播出技术等方面，对电视播出技术的发展趋势进行一些研究。
【关键词】 IP化播出技术 虚拟化播出技术 智能化播出技术 一体化播控技术 融媒体化播出技术
近年来，随着互联网特别是移动互联网的加速发展，智能手机视频等各类新媒体视频客户端正在改变和增加受众获取视频内容的方式和途径，加之4K超高清技术、IP化技术、虚拟化技术和融媒体技术的发展与应用，融媒体技术平台的内容汇聚、融合制作、统一调度、多路由传输和多渠道发布等功能需求都对电视播出系统提出了更高的要求，传统的基于SDI技术架构的电视播出系统的弊端越来越明显，广电行业的专业厂商和电视台制播技术人员都应该抓紧研究新的电视播出技术，以求建立面向融媒体环境的灵活开放、高效敏捷、实时互动的电视播出系统。
一．IP化播出技术
1.IP化播出技术优势
随着4K超高清电视时代的到来，采用传统的基于SDI技术架构的电视播出系统承载4K超高清电视播出存在诸多弊端，基于SDI技术架构的4K超高清电视播出系统的建设要么基于4K SDI/12G单根同轴电缆式基础架构、要么基于4K SDI/3G×4根同轴电缆式基础架构，这两种基础架构只是过渡性架构。IP化技术以其多样的兼容性、灵活的数据交换方式等优势为4K超高清电视播出提供了一种新的技术平台，IP化4K超高清电视播出系统传输4K信号仅需要一根光纤线缆，施工简单、节省空间。为4K超高清电视播出向基于通用IT架构、软件定义方式和私有云化方向发展提供了一种切实可行的技术路径，且符合视频内容互联、共享、多屏、随时随地观看等发展方向。IP化技术还具有开放性好、可无处不在、带宽利用率高、支持数据复用、协议灵活、支持无连接和面向连接的应用等优势。
2.IP化基础架构
IP化播出系统采用IP化基础架构和IP化承载网络，可完全取代SDI基础架构，IP化承载网络可采用10G/40G/100G带宽的以太网，IP化基础架构支持IP化视频数据流（视频IP流）输入输出，兼容非压缩基带（4K/HD-SDI/SD-SDI over IP）视频数据流和压缩（TS over IP）视频数据流，可实现全IP交互，支持SDN（软件定义网络）控制。具备SDI与IP互转能力，IP化基础架构的设备更换无关于数据格式，构建简单，连接简便。
3.IP流路由矩阵
IP化播出系统采用基于SDN技术的IP流路由矩阵，实现视频IP流路由调度、交换、分发功能，图1所示为具有20个万兆端口的HD-SDI over IP流路由矩阵示意图，相当于60×60HD-SDI矩阵，基带HD-SDI/IP流为1.5Gb/s，每个万兆端口可以承载6路未压缩HD-SDI/IP流路由切换。
图1 IP流路由矩阵示意图
4.IP化播出的关键技术
IP化播出需要解决的关键技术主要有：（1）无缝帧精度净静视频切换技术。（2）数据保护机制：FEC前向纠错、冗余路径、双网络切换、网络带宽保证。（3）视频网络同步技术：PTP（精确时间协议）架构。（5）IGMP协议（因特网组管理协议）。（6）视音频压缩技术：需要在压缩率、图像质量、延时之间寻求一个平衡点。
图2 帧精度净静视频切换示意图
图3 IP冗余保护无缝切换示意图
5.IP化播出内容整备
基于SDF（软件定义流程）技术的IP化内容整备系统包括视频处理、SDI与IP互转网关、IP流路由矩阵、二级存储、素材管理等单元，完成待播节目视频转码、素材审核、素材管理、调度分发、素材迁移存储、流程监控展示、流程定义、将SDI基带信号转换为SDI over IP流或TS over IP流数据包等功能，为IP化播出系统整备不同格式的待播素材，提供视频IP流备播信号。
6.IP流播出视频服务器
IP化播出系统作为IP化流媒体播出系统，支持文件轮播、直播流转发、直播流多模式插播或截播，能在线叠加台标、字幕，支持主备联动同步播出，其核心设备IP流播出视频服务器基于SDB（软件定义播出）技术，能完成由SDI信号向基带IP化封装的转变，输出基带SDI over IP流和压缩域TS over IP流，能兼容对接基于SDN技术的IP流路由矩阵。
7.IP化播出信号监测
IP化播出系统的监测监视可基于SDM（软件定义监视）技术，随意组合、动态设置IP化播出系统的IP网络各个节点处的视频IP流，可组成IP化播出系统的视频IP流多画面分割实时监测监视墙。支持IP流视频断流、静帧、黑场、彩场、彩条等视频故障监测以及音量过高、过低、静音、音频断流等音频故障监测，可实现不同监测布局的快速编辑，支持日志记录、统计分析与查询。
二．虚拟化播出技术
1.虚拟化播出技术概述
电视播出技术正在经历由专业化播控硬件向通用化IT硬件+软件+虚拟化和私有云化方向发展的过程，从通用化到虚拟化到私有云化再到容器化，虚拟化播出技术的应用范围有越来越广泛的趋势。播出系统所需的计算、存储、网络、安全资源均可进行虚拟化（池化）改造，可建设面向播出整备和实时播出业务的私有云，将技审、MD5校验、迁移、整备、播出等能力模块进行虚拟化、容器化管理和应用。其中，容器兼容现行的各类操作系统，容器还可按需将应用软件的运行环境和关联库等一并打包提供给用户。播出私有云管理软件可选择Hyper-V、VMware或华为、新华三等厂商的云平台，私有云平台所提供的服务既能满足电视播出整备和实时播出流程，还支持新媒体内容的多渠道、多终端发布。
2.私有云化播出系统架构
在建设IP化播出系统时，可以考虑采用虚拟化播出技术，基于通用IT基础设施、通用型网络拓扑架构和虚拟化环境，弹性化构建播出分发私有云平台，包括云平台基础层（基础网络、计算云、存储云、数据库云等）、云平台服务层、云平台应用层，IP化播出系统运行所需的虚拟机、网络、存储、数据库及安全等资源可由云平台统一提供，除上载工作站外，存储、交换、切换器、服务器、播控工作站、互动控制工作站均可采用虚拟化技术，通过统一的私有云平台管理工具进行弹性化部署和管理。
图4 IP化播出系统拓扑结构示意图
三．智能化播出技术
1.AI技审技术
电视播出技术发展的另一个趋势是播出控制和在播监控从自动化向智能化和智慧化方向发展，智能化涵盖技审、整备、控制、监控、监播、高标清上下变换、发现问题、解决问题等多个方面。近年来，AI（人工智能）技术在播出内容智能化技审等领域已经得到实际应用，通过AI技审技术手段，可对播出系统内的节目进行视频技术指标和内容的审查，提前发现问题，并及时报警。AI技审系统能够对实时高清视频SDI over IP流实施智能人脸识别和智能语音识别，也可以实现多倍速（高达10倍速）高清压缩视频文件流的智能人脸识别和智能语音识别。基于AI技术的高清上变换器可实现实时标清到高清视频SDI信号的智能上变换（图像幅型、亮度动态范围、色域范围）。
2.智能化播出整备技术
智能化播出整备技术可在播出控制环节全流程监视素材整备情况，将播出业务流程的监控手段与播出整备业务紧密关联，实现动态联动，对播出整备设备资源按优先级进行动态分级，对高时效性节目的整备需求，在播出整备业务高峰时段提供独立的整备设备，保证播出整备业务的智能化整备能力。对于多频道、大数据量传输等情况，可对播出二级存储和播出视频服务器的网络状况进行统筹，优化网络传输带宽、技审效率和迁移策略。
3.智能化故障判断技术
智能化故障判断技术通过对播出系统各环节特别是末级主备链路画面内容及技术指标的对比，基于逻辑判断可自动实现应急处理功能，以有效地降低值机人员的工作量。基于智能化故障判断技术的一致性比对报警系统，在一个可设定的延迟范围内，实现准确、快速的主备链路画面一致性比对和故障自动判断与报警提示，播出系统主备两条链路的PGM信号分别送至一致性比对主机和2×1应急切换设备。应急切换面板可以控制2×1应急切换设备，并集成了声光报警和应急操作功能，针对常见的劣播情况实时进行信号技审和逻辑判断，一旦发现信号不一致，第一时间发现故障，同时应急切换面板蜂鸣以示异态报警，故障这一路按键闪烁，非故障这一路按键正常，值机人员手动按一下正常这一路按钮即可切换正常这一路信号。
一致性比对报警系统支持HD-SDI、SD-SDI信号的实时逐帧异态检测和差异比对，比对差异参数和异态报警阈值可配置，视频信号比对检测包括亮度、噪点、黑场、彩场、彩条、静帧、台标丢失、信号丢失等；音频信号比对包括主备两路信号音频之间相似度、立体声左右声道电平过低（或过高）或差异过大、静音。支持日志自动保存，以便于事后分析。
四．一体化播控技术
一体化播控技术是适应电视播出系统IT化、IP化发展的高度集成化播控技术，主要由一体化播出视频服务器、播控工作站、上载（素材导入）工作站、节目编单工作站、数据库服务器、2×1倒换开关等构成，可节省周边设备，由一体化播控软件实现播出系统的完整业务流程，将信号播出、信号切换、包装键控等功能软件化，软件平台运行在通用硬件服务器上，集成了图文字幕、台标、切换、键混、帧同步、上下变换等功能，接口支持IP及SDI等多种模式，内部处理完全IP化，支持融媒体化、IP化、虚拟化、云化、4K播出等应用，兼容性、稳定性、灵活扩展性、模块化俱佳，部署方便、配置简单。支持高标清SDI播出、IP流播出，可输出IP流至CDN、云平台或新媒体服务器，支持多种编码格式，融合播出软件与频道包装，图文字幕可模板化播出。简单的网络控制方式和控制协议支持多个控制端同时控制，可实现SDI输入信号与文件之间无缝切换播出。
一体化播控技术支持多种视音频压缩编码格式、视音频文件封装格式和图片格式，支持多种输入输出格式。一体化播控技术充分利用多核并行处理能力协同完成播出任务，采用GPU硬件实现关键算法加速，大幅度降低CPU的处理压力，保障图文播出实时性处理任务。支持通过I/O卡实时输入外来SDI信号进行直播或延时可调的实时播出，可在直播信号上叠加播出CG特效的图文，所有的播出图层可通过控制命令实时调整特效。
五．融媒体化播出技术
融媒体化播出技术面向融媒体环境，支持多信源汇聚、多媒体制作、多渠道发布、受众与生产者互动，可实现多屏聚变效应和多屏共振效应。
1.融媒体化播出技术架构
（1）IP化
基于IP化的融媒体化播出技术架构能够消解传统媒体与新兴媒体之间的通信边界，促进传统媒体与新兴媒体加速融合发展。结构简单，调整改造方便，改变了发布域的技术性能结构。两维度三级安全备份体系，规避了传统播出技术架构的缺点。基于IP化的融媒体化播出技术架构有利于发布端与受众之间搭建播出信息闭环和播出内容闭环，打破信息渠道沟通障碍，消减沟通成本。
（2）双闭环信息反馈
播出信息闭环：将播出内容变成受众想看的内容。播出内容闭环：将受众喜欢看的内容让更多人看到。
（3）高效敏捷
通过播出前端和制作端之间的密切结合，提升工作效率，满足互联网模式下对电视媒体时效性越来越高的要求。
（4）非线性
以多屏闭环架构实现各种形式的非线性播出，以串联观众的碎片时间，并实现互动行为实时反馈。
2.融媒体化播出技术实现
图5 融媒体化播出技术功能模块示意图
（1）多终端观看体验融合
播出业务必须从内容到形式上全面适配受众观看习惯和喜好，实现多终端观看体验融合，以产生多屏聚变效应和多屏共振效应。
（2）播出发布与前期生产链融合
要实现多终端观看体验融合，首先要杜绝传统播出发布与新媒体发布之间的发散性内容失联，需要将生产发布链中的业务前移，在融合播出、融合生产、全媒体汇聚密切对接的同时，全台内部网络系统还需要与外部业务运营对接，以打破业务孤岛格局，使播出环节成为融合生产发布生态链中的重要一环。
（3）受众与播出端内容信息融合
要在受众和生产者之间架起内容和信息融合的桥梁，可采用SDX（软件定义互动）技术，通过IP网络实现用户反馈交互、双向互动和多屏互动，在生产环节和播出环节形成闭环，才能拉近受众与节目的距离。除了应形成播出内容的闭环，实现内容反馈、边采边播、快速生产和灵活发布；还应形成播出信息的闭环，利用多屏的上行链路优势，将末端观看行为和互动反应以最快的速度反馈到生产环节，指导内容的再生产发布，并在直播/点播→聚类评论→触发轮播→快速分享→自动简播等链路环节之间实现相互驱动式业务流程。
六．结语
以电视台制播技术人员的视角研究新的电视播出技术，目的是寻求建立面向融媒体环境的灵活开放、高效敏捷、实时互动的电视播出系统。目前，综合考虑技术先进性、系统稳定性、业务流程效率等因素，笔者认为，对于主频道的备播出系统、副频道的主备播出系统和总控路由矩阵调度系统的新建和改造，可考虑采用IP化播出技术、虚拟化播出技术、智能化播出技术、一体化播控技术和融媒体化播出技术，而对于主频道的主播出系统的新建和改造，最好还是采用传统“文件化素材+基带SDI基础架构”的播出技术。