超高清融媒体创新系统设计

超高清融媒体创新系统设计

徐胜伟

徐州广电传媒集团 江苏徐州 221000

摘要：本文通过徐州超高清融媒体系统建设，介绍了主要创新建设：可编程场景化自主切换的全流程制播平台；基于云原生K8S+DOCKER微服务架构的全平台智能媒资系统；以智能媒体数据中台构建“媒体+AI”的AaaS应用场景；基于分片集群打包+总线式专用安全交换协议的极速数据安全迁移平台；创新性“多码率内容库+多类型工具库”的融合业务协同架构；台内原有高清播出系统改造；全台同步和时钟系统。

关键词：制播平台 微服务 智能融媒体 迁移平台 协同架构

1 建设概况

徐州广电传媒集团超高清融媒体系统建设分为4K演播室集群、智能媒资系统、超高清非编系统、高清播出系统、融媒体系统、广播系统、供配电系统、数据中心机房等部分。为适应超高清化、智能化、网络化的发展潮流下，主要进行七部分创新技术设计。

2.1 基于4K与HD可编程场景化自主切换的全流程制播平台

全流程制播平台是集媒体采集、编辑、制作、播出、输出于一体的全流程制播系统。系统设计采用4K与HD双模式，支持根据使用场景进行全流程或在任一业务流程节点进行4K/HD自主变换，可编程配置自主切换通过编程方式配置系统，通过更改配置文件进行一键化自主切换。针对超高清和高清转换的环节，经过实验测试和实地实践，通过软硬件结合进行动态调优，建立了一套标准化的品控体系，确保4K/HD上下变换的视频质量。

图1. 场景化制播平台

4K演播室内采用下变换动态调整方法，采用4K HDR和高清SDR同时输出监看的方式，根据场景随时调整，提高调光精度， 精准控制肤色曝光， 确保SDR和HDR的质量。

平台支持从SDR标准动态范围到HDR高动态范围，支持Hybrid Log Gamma(HLG) HDR标准和基于PQ（感知量化)SMPTE ST2084 HDR标准，实现当今业界两大主流标准的全支持。超高清非编对HDR的支持，实现了4K/UHD 超高清制作从分辨率提示到宽色域、宽动态范围的全面提升。

由于4K/UHD超高清素材的多样性，各种摄像机差异化的宽色域及伽马曲线，4K/UHD超高清制作的色彩管理十分必要，但又复杂繁琐。超高清非编基于全新一代Cutlist SDK智能编解码引擎及A.R.T.5非线性编辑渲染引擎，创新的实现文件输入自动化色彩信息识别，时间线编辑色彩空间和伽马曲线自动转换，输出色彩空间和伽马基于目标自动转换的自动化色彩管理。平台支持从单声道、立体声、5.1/7.1环绕立体声多维音频混音与合成到监听的全流程支持。

全流程制播平台是一种基于4K与HD可编程场景化自主切换的平台，可以实现多种媒体内容的制播。该平台具有以下特点：

1．采用4K与HD双模式，支持4K与HD分辨率的制播，支持超高清和高清视频采集、编辑、制作、播出；

2．支持场景化自主切换，可以根据不同场景自主切换不同的模式，满足不同场景的需求；

3．可定义性强，可以根据不同的用户需求进行编程，满足不同的制播需求；

4．全流程制播，可以实现从视频采集到播出的全流程制播，可以实现从媒体采集、编辑、制播到输出的一站式服务，提高制播效率。

2.2 基于云原生K8S+DOCKER微服务架构的全平台智能媒资系统

基于云原生K8S+DOCKER微服务架构的全平台智能媒资系统，使用Kubernetes+Docker开源堆栈对智能媒资系统进行容器化，采用微服务架构以提高灵活性和可维护性，借助敏捷方法、DevOps支持持续迭代和运维自动化，并利用云平台设施实现弹性伸缩、动态调度和优化资源利用率。

图2. 智能媒资系统架构

智能媒体资产系统建立在“全平台”的概念之上，一是既要支持传统媒资的在线、近线、离线存储功能，又要具备智能化编目和检索能力，既要服务于制播网业务，又要服务于融媒体业务，既可以自用，也可以对外运营出租，所以网络架构上要实现业务网、办公网、互联网之间互通，内容上要实现各级资源的汇聚、共享，达到各级资源的共融共通，管理上通过媒资分权分域存储，提供个人库、公共库、归档库、跨机构库等不同的媒资存储需求，满足跨媒体、跨区域共享协同等各类场景。打造了“公有云+私有云”，“归档型+生产型”、“资料型+智能化”、“自用+租户”为一体的“全平台”智能媒资系统。

智能媒资系统是一种集媒体资源管理、媒体资源分发、媒体资源分析等功能于一体的系统，可以实现媒体资源的高效管理和分发，提高媒体资源的利用率和效益。该系统采用云原生K8S+DOCKER微服务架构，将系统拆分为多个微服务，每个微服务可以独立部署、扩展和升级。同时，该系统采用容器化技术，实现快速部署和运维，提高系统的可靠性和稳定性。

2.3以智能媒体数据中台构建“媒体+AI”的AaaS应用场景

智能媒体数据中台是通过对集团内部和外部的媒体数据进行汇集，以媒体知识图谱为核心，利用智能化的处理手段挖掘媒体数据价值，并为各业务系统和应用场景提供智能能力服务的平台。智能媒体数据中台提供跨业务支撑能力、全流程赋能能力、以知识图谱为核心的数据整合能力。通过人脸识别、语音识别（ASR）、语音合成（TTS）、自然语言理解（NLP）、字幕识别（OCR）、智能场景识别等人工智能技术赋能媒体内容的汇聚、生产、审核、编目、存储及运营管理等环节，全面提升业务效率。

智能媒体数据中台可以为“媒体+AI”应用场景提供数据支持和技术基础，构建AaaS（AI as a Service）应用场景，具体包括以下几个方面：

1．媒体内容分析：通过对媒体内容进行自动化分析，提取出其中的关键信息，包括主题、事件等，从而实现对媒体内容的自动分类、标签化和推荐。

2．智能推荐系统：利用智能媒体数据中台的用户行为数据、内容数据，结合机器学习算法，构建个性化推荐系统，为用户提供更加精准的内容推荐服务。

3．智能内容生成：利用智能媒体数据中台的内容数据、用户反馈数据和自然语言处理技术，构建智能内容生成系统，实现自动化内容生产和优化。

4．以上应用场景都可以通过智能媒体数据中台提供的数据和技术支持，构建AaaS应用场景，为媒体行业提供更加智能化、精准化的服务。

2.4 基于分片集群打包+总线式专用安全交换协议的极速数据安全迁移平台

在超高清生产制作时视频数据量大、传输负载重、计算耗时，使得传统的单节点、多任务的媒体处理方式难以满足高效快速处理的需求。为解决超高清高码率素材带来的媒体处理效率问题，本项目中使用基于分布式视频处理框架的渲染/转码服务，突破单―视频处理任务瓶颈，充分发挥分布式结构优势，实现视频计算平台的性能随计算资源“准线性”扩展。支持集群打包转码功能，实现单个时间线切片，多个打包服务器同步工作方式。基于总线式专用安全交换协议的安全传输效率可达6Gb/s，支持内嵌杀毒引擎、深度文件检测、MD5数字校验技术等安全机制，形成自动转码、自动迁移和任务可视化功能于一体的高性能素材迁移平台。

该平台是一种基于分片集群打包和总线式专用安全交换协议的极速数据安全迁移平台。它能够将大量媒体数据快速、安全地从一个系统迁移到另一个系统，同时保证数据的完整性、安全性和可靠性。该平台采用分片集群转码技术，将大量视频数据分成多个小块，通过多个高性能计算节点并行处理，大大提高了数据处理效率。平台还提供了丰富的数据迁移管理功能，包括数据迁移计划管理、数据迁移监控和报告生成等，方便对数据迁移过程进行全面管理和监控。

2.5 创新性“多码率内容库+多类型工具库”的融合业务协同架构

“多码率内容库+多类型工具库”的融合业务协同架构是一种能够实现多种类型媒体内容的管理、存储、传输和处理的业务协同架构。它将多码率内容库和多类型工具库融合在一起，实现了多种类型的业务协同。该架构的核心是通过将多种类型的工具库和多码率内容库相结合，实现了对不同类型的业务协同的支持。在该架构下，不同类型的媒体内容可以通过多个码率进行编码，以适应不同的网络环境和终端设备。同时，媒体处理工具库可以为用户提供多种媒体处理功能。比如，使用高性能工作站可以制作高质量的4K视频，而使用普通工作站则可以制作高清节目或套编4K输出，使用B/S简编工具可以制作流媒体视频或套编输出精品短视频，从而实现采编、生产和发布的真正融合。

融媒体统一内容库会根据汇聚内容自动转码生成相应多码率文件，分别用于不同业务场景的内容生产，支持和不同厂商的各类编辑工具(premiere、edius、fcp、ps）进行接口对接，将第三方非编、包装工具无缝接入平台，打破对非编工具的限制，支持人员和素材的统一管理。同一文件的4K文件可以通过高性能站点进行精品视频的制作，高清文件可以通过普通工作站进行高清节目的制作或套编回滚4K输出，低码文件可以通过用于B/S简编工具进行新媒体制作或套编回滚精品短视频输出，实现真正的融合采编、融合生产、融合发布。

2.6 高清播出系统改造

高清播出系统改造实现了核心设备更新换代，创新改造流程、创新使用字幕机一路填充信号叠加切换台DSK键控功能只需一个通道输出即可实现字幕播出功能，最大化有效利用切换台通道用于播出，解决播出信源通道不足的问题。

图3. 高清系统改造方案

2.7全台同步和时钟系统

同步系统为全台同步系统，是主、备核心同步机各输出模拟BB作为同步信号源 ，分配给各子系统，通过调整同步设备的输出相位，实现全台信号的同步。冗余北斗、GPS双模时钟系统，为播出系统、各个电视演播室、电台直播机房、音频工作站系统、矩阵系统、数字广播、NTP 校时系统、监测系统、调频同步系统及全台子钟提供时钟信号源。

3 小结

建设智能化4K超高清融媒体制播平台是徐州广电媒体融合发展转型之路。通过该平台的建设，可以让徐州广电在面对互联网自媒体的挑战时能够更从容应对，紧跟时代脉搏，为徐州广电的未来实现跨越式发展奠定坚实的基础。

1. 4K超高清演播室群配合虚拟演播室技术的建成和应用会为徐州的客户提供多种多样的录制解决方案，大幅度提升视频制作质量。

2.充分利用目前徐州广电积累的头部视频媒体资源，通过人脸识别、语音识别、自然语言理解、字幕识别、标签识别等多项AI算法，将客户的视频资料进行贴标管理，客户可以自由存取，广电按年和数据空间收取服务费用，是平台变现重要的商业化手段。

3.强力助推徐州广电融合转型，为打造主流媒体的互联网主阵地打牢平台基础，同时也为全国城市台媒体融合转型和新媒体发展方向探索路径。

参考文献：

[1]王瑄. 4KIP超高清转播车系统创新探索[J]. 电视技术,2023(6): 47-50.

[2]武恒宝. 睢宁县融媒体中心高清播出系统的设计与维护[J]. 广播与电视技术,2023(2): 34-38.

[3]刘俊雄. 电视台超高清4K融媒体演播室视音频系统及集成部分设计研究[J]. 电视技术,2022(4): 208-210.