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【摘要】为实现节目播出质量的高标准要求，本文提出的4K全景HD演播室集群化系统设计与IP化测试应用是针对现阶段融媒体的应用与新技术的推广，能够有效解决有线电视演播厅设计与播出的一系列问题，经过系统设计基础应用和实践运行测试，可以看出本文提出的方案能够有效提高演播系统的工作效率和播出质量，强化了系统运行的稳定性;减轻了技术人员对于系统维护的工作量，为未来智能化、自动化、无人化发展提供了技术平台，具有一定的借鉴意义。
【关键词】融媒体;4K;全景HD演播室;集群化设计
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.20.023
融媒体时代来临伴随着新型技术的推广应用、随着4K超高清技术、AR/VR虚拟现实技术以及智能化、无人化技术更多应用于广播电视行业，随之而来的是对于电视节目播出质量和标准的不断提高。基于此，如何充分利用4K超高清技术打造IP化架构、集群化设计的全景HD演播室值得深入研究和探讨。4K技术能够配合画面显示鲜果的HDR（大动态变化范围），画面质量呈现度好，且色彩丰富、像素饱满，并通过IP化架构打造底层信息传输平台，集群化设计响应智能化技术，充分利用4K带来的技术冲击和视觉效果大幅提升用户实际体验。
1. 集群化系统设计思路
系统设计基础应建立在实际场地面积一定的前提下，最经济、性价比最高的系统设计思路为基准。因此，作为全媒体演播厅的实际备品，4K全景HD演播室需要满足“同景复用、机断灵活、长效稳定”的要求，同时适应多类型节目的实际录制。构建基于网络协议，满足信号通过IP化测试标准，摄制高清的影像、图文以及音频数字资料、背包回传数据或封装信号灯均可以实时不间断通过网络传输接入协议下4K全景HD演播室的超高清节目制作系统，以完成高标准节目制作与录制，并同步推流直播。
现阶段基于4K技术的演播室，能够在数据端进行海量数据存储，实时多路高清信号实时同步回传，并采用多路+多信道模式进行视频、图像等编制功能以及实时化精确数据分发与创建，可以为IP化测试做好相关技术准备，即实现从数据采集云端——集群化基础构架——MEC虚拟终端全模式处理过程，如图1所示。
1.1 数据采集云端
基于弹性网络架构模式，充分运用网络虚拟机的基础上，数据采集云端规划“私有云”扩展模式与“本地云”基本模式，增强了系统运行整体对于数据采集端的安全性和稳定性，在确保数据采集过程高效、精准的前提下，通过优化组织结构与网络协议对接，科学简化框架结构，调整数据流转程序与方法，不仅能及时稳定采集数据，处理信息，并且可以高效、高速实现数据信号的传输和存储，在数据云海量存储能力的保证下稳步提供可持续、可编辑的海量数据。
网络虚拟机技术能够实时同步到数据采集云端的设计过程中，建立多个有效服务节点可充分利用多路数据回传机制，设立在“本地云”数据中心以满足本地数据实时调用，也可以归属到“私有云”以实现安全数据处理，既可保障电视台的数据中心体系的完整性，也可对接“私有云”作为实时提供本地视频制作数据源使用。因此，云端建设能够提高数据信号的制作、内容优化分发以及安全性保证，在推动云端处理技术的基础上构建全网系的融媒体平台，利用“一网多链”、“多路协同”等多功能智慧化服务将系统设计应用于实际建设中。
1.2 集群化基础构架
集群化基础构架重点打造基于IP测试技术，能够高效对接底层框架构建基于协议的数据信息源采集、数据信号传输与监测以及节目制作与安全播出等全流程，重点是针对如何能够针对性解决现阶段技术准入门槛、设备工艺标准，重点解决系统运行实时性、稳定性等技术问题，能够高效融入4K全景HD演播室集群化系统设计过程中。
采取虚拟化与IP化技术對接，建设基于的应用型结构，以网络虚拟服务器、大型云端交换机以及相关路由设备进行超大规模网络自由路径规划的设计与实施，从设计、应用与实践方面彻底颠覆以往基础建设与系统应用拓展模式组建超大型虚拟网络与IP显示网络，改变技术架构的同时能够实现超过6000路的4K全景数据信号承载。
1.3 MEC虚拟终端
MEC虚拟终端是建立在底层框架建设完备、系统工作机制顺畅的基础上，通过建设以LOC为平台，以智慧云为媒介，对4K全景演播厅的内部数据信息进行处理、监测与管控等多流程多领域模式应用，主要包括：①信息流转。通过安装采集、分析与自适应监测设备，充分运用智能化手段实时对播出各环节的信号进行采样，对数据源进行比对分析，同时自动监测用户终端与云端的数据，并按照预设监测频率实现同步，及时准确的把分析样本与结论传输至显示终端;②业务整合。相较于以往基础业务人工处置环节，虚拟终端能够高效实现数据整合、基层业务运营管控、数据网络移动物联、用户需求增值服务，依据监测系统的预警、反馈信息以及数据情况，进行人为解决问题，对接需求、处理异常等信息。以位置信息作为数据存储的索引，将节目硬件信息和固件版本信息进行映射，依托云平台响应的“leo”标准并作出反馈，确保系统运行的安全稳定。
1.4 LTE数据安全与资源分配
数据加密技术的充分运用是系统建设的前提基础，主要利用是SSH+MYSQL技术背景的数据池与远程数据终端技术，采取网页式的平台以及JSP的开发环境，Docker化多结构部署，在云端处理中均采取数字加密方式进行存储，能够在不同的数据平台之间扩展与兼容，实现结构化、系统化与目标化的数据查询、分析与比对的功能，基于多方安全计算、隐私保护以及区块链等技术，实现数据资源的“可用不可见”，解决数据协同计算过程中的数据安全和隐私保护问题，进而提高数据使用效率和存储空间，更加安全可靠。 2. 系统运行核心技术分析
2.1 NDI网络协议
对于4K全景HD演播室的整个音视频系统搭建，是以为核心进行信号传输与数据对接（基于局域网进行资源分享的开放式协议：）。其技术内容主要包括：①对源数据文件进行二次重组，并重新压缩与解码;②能够实施无损、低延时的数据传输。值得注意的是，通常情况下数据源信号通过NDI重组后数据精确性更高、辨识度更强以及能够更好对接未来5G信息通信传输的标准要求。
NDI网络协议的充分运营突出了现阶段电视节目制作过程中对标准化的高要求，优化生产流程，简化基础模式，通过构建全新的网络生态，将基础层与应用层进行有效合并，简化系统设计的领域与内容，如图2所示，突出了信号采集、传输、分析、调用的实时性、稳定性，确保演播室建设中的高度集成化、标准化与功能的可扩展性对接，操作使用更加简单和灵活，让数据信号能够简捷高效在IP空间内传输。
2.2 IP技术测试
“本地云+私有云”云端数据中心采取的是业内公认的技术标准以及最高等級的的标准技术认证，其中PUE=1.19，可以看出系统设计的容错率和标准要远高于传统的云处理平台。
4K全景HD演播厅大数据采集，可通过数据爬虫可以实时不间断采集各种来源的结构化/非结构化海量数据。其中目前主流的基于SQOOP和ETL的企业级数据采集方式意实现HDFS和NOSQ的数据同步。基于化技术的网络底层设计，云端中心的数据依托于网络服务器、云端交换机数据进行数据交互和共享分发，基础数据量建设大于，能够满足数模转化、制式转换TOC以及相关数据LEAF的技术支撑。
参考文献：
[1]郭东海.基于5G技术的4K/8K超高清直播系统建设方案[J].广播电视信息.2021，28（08）：43-47.
[2]何学铭.4K超高清全景演播室系统的设计与应用[J].西部广播电视.2021，42（04）：204-206.
[3]何伟成等.4K集群演播室的视频系统设计与创新应用[C].全国互联网与音视频广播发展研讨会（NWC）暨中国数字广播电视与网络发展年会.2020：209-217.
[4]赵兴刚.超高清（4K）中心演播室系统设计与实践[J].广播与电视技术.2020，47（08）：18-22.
[5]袁甲富.全IP4K超高清演播室集群的系统设计及思考[J].现代电视技术.2020，（08）：80-83.
作者简介：曾拓源，工程师，党员，主要负责广播电视技术规划设计、运行维护、安全播出、融媒体业务融合发展技术规划及探索等工作。
【关键词】融媒体;4K;全景HD演播室;集群化设计
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.20.023
融媒体时代来临伴随着新型技术的推广应用、随着4K超高清技术、AR/VR虚拟现实技术以及智能化、无人化技术更多应用于广播电视行业，随之而来的是对于电视节目播出质量和标准的不断提高。基于此，如何充分利用4K超高清技术打造IP化架构、集群化设计的全景HD演播室值得深入研究和探讨。4K技术能够配合画面显示鲜果的HDR（大动态变化范围），画面质量呈现度好，且色彩丰富、像素饱满，并通过IP化架构打造底层信息传输平台，集群化设计响应智能化技术，充分利用4K带来的技术冲击和视觉效果大幅提升用户实际体验。
1. 集群化系统设计思路
系统设计基础应建立在实际场地面积一定的前提下，最经济、性价比最高的系统设计思路为基准。因此，作为全媒体演播厅的实际备品，4K全景HD演播室需要满足“同景复用、机断灵活、长效稳定”的要求，同时适应多类型节目的实际录制。构建基于网络协议，满足信号通过IP化测试标准，摄制高清的影像、图文以及音频数字资料、背包回传数据或封装信号灯均可以实时不间断通过网络传输接入协议下4K全景HD演播室的超高清节目制作系统，以完成高标准节目制作与录制，并同步推流直播。
现阶段基于4K技术的演播室，能够在数据端进行海量数据存储，实时多路高清信号实时同步回传，并采用多路+多信道模式进行视频、图像等编制功能以及实时化精确数据分发与创建，可以为IP化测试做好相关技术准备，即实现从数据采集云端——集群化基础构架——MEC虚拟终端全模式处理过程，如图1所示。
1.1 数据采集云端
基于弹性网络架构模式，充分运用网络虚拟机的基础上，数据采集云端规划“私有云”扩展模式与“本地云”基本模式，增强了系统运行整体对于数据采集端的安全性和稳定性，在确保数据采集过程高效、精准的前提下，通过优化组织结构与网络协议对接，科学简化框架结构，调整数据流转程序与方法，不仅能及时稳定采集数据，处理信息，并且可以高效、高速实现数据信号的传输和存储，在数据云海量存储能力的保证下稳步提供可持续、可编辑的海量数据。
网络虚拟机技术能够实时同步到数据采集云端的设计过程中，建立多个有效服务节点可充分利用多路数据回传机制，设立在“本地云”数据中心以满足本地数据实时调用，也可以归属到“私有云”以实现安全数据处理，既可保障电视台的数据中心体系的完整性，也可对接“私有云”作为实时提供本地视频制作数据源使用。因此，云端建设能够提高数据信号的制作、内容优化分发以及安全性保证，在推动云端处理技术的基础上构建全网系的融媒体平台，利用“一网多链”、“多路协同”等多功能智慧化服务将系统设计应用于实际建设中。
1.2 集群化基础构架
集群化基础构架重点打造基于IP测试技术，能够高效对接底层框架构建基于协议的数据信息源采集、数据信号传输与监测以及节目制作与安全播出等全流程，重点是针对如何能够针对性解决现阶段技术准入门槛、设备工艺标准，重点解决系统运行实时性、稳定性等技术问题，能够高效融入4K全景HD演播室集群化系统设计过程中。
采取虚拟化与IP化技术對接，建设基于的应用型结构，以网络虚拟服务器、大型云端交换机以及相关路由设备进行超大规模网络自由路径规划的设计与实施，从设计、应用与实践方面彻底颠覆以往基础建设与系统应用拓展模式组建超大型虚拟网络与IP显示网络，改变技术架构的同时能够实现超过6000路的4K全景数据信号承载。
1.3 MEC虚拟终端
MEC虚拟终端是建立在底层框架建设完备、系统工作机制顺畅的基础上，通过建设以LOC为平台，以智慧云为媒介，对4K全景演播厅的内部数据信息进行处理、监测与管控等多流程多领域模式应用，主要包括：①信息流转。通过安装采集、分析与自适应监测设备，充分运用智能化手段实时对播出各环节的信号进行采样，对数据源进行比对分析，同时自动监测用户终端与云端的数据，并按照预设监测频率实现同步，及时准确的把分析样本与结论传输至显示终端;②业务整合。相较于以往基础业务人工处置环节，虚拟终端能够高效实现数据整合、基层业务运营管控、数据网络移动物联、用户需求增值服务，依据监测系统的预警、反馈信息以及数据情况，进行人为解决问题，对接需求、处理异常等信息。以位置信息作为数据存储的索引，将节目硬件信息和固件版本信息进行映射，依托云平台响应的“leo”标准并作出反馈，确保系统运行的安全稳定。
1.4 LTE数据安全与资源分配
数据加密技术的充分运用是系统建设的前提基础，主要利用是SSH+MYSQL技术背景的数据池与远程数据终端技术，采取网页式的平台以及JSP的开发环境，Docker化多结构部署，在云端处理中均采取数字加密方式进行存储，能够在不同的数据平台之间扩展与兼容，实现结构化、系统化与目标化的数据查询、分析与比对的功能，基于多方安全计算、隐私保护以及区块链等技术，实现数据资源的“可用不可见”，解决数据协同计算过程中的数据安全和隐私保护问题，进而提高数据使用效率和存储空间，更加安全可靠。 2. 系统运行核心技术分析
2.1 NDI网络协议
对于4K全景HD演播室的整个音视频系统搭建，是以为核心进行信号传输与数据对接（基于局域网进行资源分享的开放式协议：）。其技术内容主要包括：①对源数据文件进行二次重组，并重新压缩与解码;②能够实施无损、低延时的数据传输。值得注意的是，通常情况下数据源信号通过NDI重组后数据精确性更高、辨识度更强以及能够更好对接未来5G信息通信传输的标准要求。
NDI网络协议的充分运营突出了现阶段电视节目制作过程中对标准化的高要求，优化生产流程，简化基础模式，通过构建全新的网络生态，将基础层与应用层进行有效合并，简化系统设计的领域与内容，如图2所示，突出了信号采集、传输、分析、调用的实时性、稳定性，确保演播室建设中的高度集成化、标准化与功能的可扩展性对接，操作使用更加简单和灵活，让数据信号能够简捷高效在IP空间内传输。
2.2 IP技术测试
“本地云+私有云”云端数据中心采取的是业内公认的技术标准以及最高等級的的标准技术认证，其中PUE=1.19，可以看出系统设计的容错率和标准要远高于传统的云处理平台。
4K全景HD演播厅大数据采集，可通过数据爬虫可以实时不间断采集各种来源的结构化/非结构化海量数据。其中目前主流的基于SQOOP和ETL的企业级数据采集方式意实现HDFS和NOSQ的数据同步。基于化技术的网络底层设计，云端中心的数据依托于网络服务器、云端交换机数据进行数据交互和共享分发，基础数据量建设大于，能够满足数模转化、制式转换TOC以及相关数据LEAF的技术支撑。
参考文献：
[1]郭东海.基于5G技术的4K/8K超高清直播系统建设方案[J].广播电视信息.2021，28（08）：43-47.
[2]何学铭.4K超高清全景演播室系统的设计与应用[J].西部广播电视.2021，42（04）：204-206.
[3]何伟成等.4K集群演播室的视频系统设计与创新应用[C].全国互联网与音视频广播发展研讨会（NWC）暨中国数字广播电视与网络发展年会.2020：209-217.
[4]赵兴刚.超高清（4K）中心演播室系统设计与实践[J].广播与电视技术.2020，47（08）：18-22.
[5]袁甲富.全IP4K超高清演播室集群的系统设计及思考[J].现代电视技术.2020，（08）：80-83.
作者简介：曾拓源，工程师，党员，主要负责广播电视技术规划设计、运行维护、安全播出、融媒体业务融合发展技术规划及探索等工作。