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        超高清視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用

        2022-08-25 08:44:54
        電視技術(shù) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)碼碼率解碼

        李 琳

        (中國廣電廣州網(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、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,否則會出現(xiàn)節(jié)目無法播放、黑屏或卡頓等異?,F(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別技術(shù),實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜場景獲取最優(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、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,平昌冬奧會上實(shí)現(xiàn)了8K信號的轉(zhuǎn)播,2021年東京奧運(yùn)會則全面推廣4K、8K電視節(jié)目。雖然當(dāng)下不少廣電運(yùn)營商已經(jīng)開始進(jìn)行超高清轉(zhuǎn)型,但仍有很多電視臺的節(jié)目依然是高清甚至是標(biāo)清播出,這對于整個行業(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、涉及領(lǐng)域廣[3],同時也伴隨著超高清內(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別技術(shù)

        超高清視頻智能識別技術(shù)適用于廣播電視多節(jié)目來源和多型號終端等的復(fù)雜場景,是一種超高清視頻從識別、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)能識別節(jié)目源的視頻參數(shù),通過對節(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求最佳的節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行播放。超高清視頻智能識別技術(shù)具有實(shí)際的運(yùn)用場景。一方面,內(nèi)容運(yùn)營商在上架時就需要遵循視頻節(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)置錯誤,會影響用戶收視體驗(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,識別編碼器輸出端或其他節(jié)目來源的視頻參數(shù),對不同節(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)目色域或高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)等參數(shù)的轉(zhuǎn)換,對于視頻幀值轉(zhuǎn)碼的效果也一般,造成運(yùn)動場景容易出現(xiàn)卡頓情況,不僅用戶端整體的收視體驗(yàn)差,影響運(yùn)營商口碑,而且引發(fā)投訴,增加運(yùn)營成本。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 超高清視頻智能識別技術(shù)的原理及流程

        3.1 超高清視頻識別碼率智能判斷方法

        針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本文以超高清幀率每秒60幀(以下簡稱P60)和幀率每秒30幀(以下簡稱P30)的情況為例,提供一種超高清視頻識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,同時保留P60碼率視頻;如果視頻碼率同時包括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別系統(tǒng);

        (4)前端視頻識別系統(tǒng)對視頻進(jìn)行P60與P30的標(biāo)識記錄,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;

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

        3.2 超高清視頻智能識別系統(tǒng)架構(gòu)

        超高清視頻智能識別的系統(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、前端視頻識別系統(tǒng)、視頻標(biāo)記存儲器、視頻識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,同時保留低質(zhì)量碼率視頻。

        前端視頻識別系統(tǒng)對轉(zhuǎn)碼后的視頻進(jìn)行標(biāo)識,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)記存儲器對標(biāo)識的播放地址進(jìn)行存儲。

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

        3.3 超高清視頻智能識別系統(tǒng)的技術(shù)原理

        超高清視頻節(jié)目源數(shù)據(jù)由兩個部分組成,一部分是直播編碼器提供多路組播信號,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)布前端可識別上傳視頻內(nèi)容,對同一節(jié)目的高低碼率進(jìn)行關(guān)聯(lián)管理,并對節(jié)目鑒權(quán)規(guī)則進(jìn)行定義。

        轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端對超高清節(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,同時保留低質(zhì)量碼率視頻。

        前端視頻識別子系統(tǒng)對轉(zhuǎn)碼后的視頻進(jìn)行標(biāo)識,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)記存儲器對標(biāo)識的播放地址進(jìn)行存儲。

        視頻識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)行識別判斷,對不同硬件解碼能力的終端返回對應(yīng)的標(biāo)識的播放地址,智能終端對超高清視頻進(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)營商長期以來主要的服務(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,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)雜場景,通過對編碼器等設(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別系統(tǒng),并對注入的視頻進(jìn)行標(biāo)記記錄、存儲;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,根據(jù)終端設(shè)備的型號或芯片等硬件信息,獲取對應(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)目內(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)目內(nèi)容。

        超高清視頻智能識別技術(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,不會因?yàn)椴糠钟脩舻募彝ビ布贪鍫奚叨擞脩趔w驗(yàn),而且對于日常運(yùn)營人員來說,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)了用戶黏性和市場競爭能力,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,對于傳統(tǒng)電視來說任務(wù)實(shí)在過于艱巨。廣電運(yùn)營商也積極通過雙向平臺網(wǎng)絡(luò)改造,改變用戶只等待收看直播節(jié)目的現(xiàn)狀,同時擴(kuò)充自身視頻媒資庫資源或與第三方視頻平臺合作?,F(xiàn)在廣電系的IPTV和互聯(lián)網(wǎng)視頻在界面和運(yùn)營上已呈現(xiàn)融合的趨勢,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)營商在超高清視頻資源方面的優(yōu)勢,同時在市場競爭中無法獲得用戶對于視頻產(chǎn)品的認(rèn)可。

        超高清視頻智能識別技術(shù)通過對超高清視頻節(jié)目參數(shù)進(jìn)行識別,如果媒資庫來源只有高質(zhì)量視頻內(nèi)容,轉(zhuǎn)碼服務(wù)前端對節(jié)目源進(jìn)行轉(zhuǎn)碼,同時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),同時保留轉(zhuǎn)碼前后的視頻內(nèi)容,前端視頻識別系統(tǒng)對轉(zhuǎn)碼視頻進(jìn)行識別、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)的識別、判斷,對終端設(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)容平臺合作。各系統(tǒng)平臺的對接按照規(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

        原有的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中,舊型號設(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。采用智能識別系統(tǒng)后,終端設(shè)備能自動播放對應(yīng)的解碼節(jié)目,可統(tǒng)一顯示節(jié)目頻道表和目錄。智能識別系統(tǒng)應(yīng)用場景多,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別技術(shù)還存在一定的限制,但是可以通過智能識別技術(shù),結(jié)合其他的信號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,對于復(fù)雜場景的商用化運(yùn)營具有很好的推廣應(yīng)用前景。

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