基于人工智能的数字电视播出系统设计研究

吴启旺 冯业淘

（作者单位：玉林广播电视台）

人工智能是研究、开发、利用用于模拟、延伸人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门科学技术，是计算机科学领域的重要分支，通过深入剖析智能的本质，可以依靠计算机系统模拟出与人类高度相似，能及时作出反应的智能机器，替代或取代人完成部分工作。数字电视播出系统是电视转播过程中数字信号内外交换的中枢机制，可以将数字电视信号进行稳定、高效、安全传输，并保证数字信号不会损失与失真，保障数字电视节目的高质量呈现[1]。那么，基于人工智能的数字电视播出系统如何使用人工智能实现对数字转播信号的精确控制，如何建立信号交换智能中枢，如何制订智能建设方案，如何做好架构设计及如何做好智能终端的选择都需全盘统筹，会直接影响基于人工智能数字电视播出系统的运行方式与工作能力。

1 基于人工智能的数字电视播出系统概述

基于人工智能的数字电视播出系统是人工智能技术与数字电视播出系统进行连接共享，通过建立完整的智能逻辑体系、数字逻辑系统与大数据共享机制，赋予数字电视播出系统语言识别、智能管理、数据共享、图像识别、自然语言处理与专家系统等功能，使数字电视播出系统能够根据语音信号、图像信号、生物信号对不同用户群体的兴趣特征、行为习惯进行科学分析，构建出用户画像，针对用户的收视习惯为用户自动转播电视节目，并为用户推荐数字电视产品[2]。同时，基于人工智能的数字电视播出系统能自动保存用户的电视收视习惯与电视节目检索习惯，通过对用户行为进行动态的分析与挖掘，制定出满足用户多种场景应用需求的智慧交互模式，使用户能借助语音识别、图像识别实现更精准的控制。基于人工智能的数字电视播出系统和传统的数字电视播出系统相比最大的优势是具备“自主学习能力”与“认知进化能力”，嵌入在数字电视播出系统的智能平台通过“机器学习”向“认知学习”层面发生转变，具备更强的自适应性，除了能有效兼容鸿蒙、安卓、Windows等操作系统外，还具备智能感知、智能分析、智能管理、智能反馈等功能，是一种能够自适应、自学习、自成长的智慧管理系统，可以使数字电视播出系统不仅仅停留在数字信号传输与电视节目转播层面，还具备数字信息共享中心、管理控制中心、多设备交互中心、多功能娱乐中心等的功能，能够满足电视用户越来越多元化的场景需求。

2 基于人工智能的数字电视播出系统发展趋势

2.1 从自动化向智能化方向发展

电视播出系统最早由人工控制，主要由录像机、切换开关组成，通过人工将录像带放入、播放、切换、取出，实现电视节目播放。电视节目整个播放与切换过程需要精准化控制，而人工操作方式很难精准把握电视节目的切入点，并且人工劳动强度较大，所以后期逐渐摆脱了人工播放方式，采用自动化系统实现对电视节目的精准切换[3]。但是，电视节目自动化播出系统存在需要对电视节目找点与审带，工作流程烦琐等缺点。人工智能控制系统的产生，使电视播出系统更加智能，具有智慧感知、智慧测试、智慧管理等功能，工作人员借助云计算技术将电视播出节目影像数据上传到“数字云”，不仅可以随时根据电视节目播出需求快速下载、调用，还能精准控制电视节目的播出间隔，对电视播出节目进行快速调换、智能切换，对电视节目整个播出流程进行智能控制，并对电视播出设备实现智能管理，使电视播出设备能够智能启动、智能运行与智能维护，全方位实现数字电视节目播出的智能化。

2.2 从模拟技术向智慧共享方向发展

传统的电视播出系统主要通过将录像带放入录像机播放电视节目，但录像机与播出设备在长期使用过程中，会受到温度、湿度、电子干扰、灰尘等环境因素的影响，极易导致设备出现故障[4]。随着数字技术的快速发展，数字信号高保真、高传输的优势使数字设备被应用到数字播出系统中，由数字服务器、数字交换机、数字切换台、蓝光刻录机和数字编码器组成的数字电视播出系统得到了广泛应用，这使电视节目能长时间不间断播放。人工智能技术的出现，实现了对数字电视节目播出系统的智慧化管理，在保证数字电视信号高质量、高效率传输的基础上，人工智能形成了全方位的监测体系，可以对数字电视播出系统的运行状态进行实时监测，对数字信号转码、传输、处理实现全方位的智能化管理，并针对不同收视用户群体的收视兴趣、个性化偏好向用户智能推荐节目，全面满足用户的个性化收视需求。同时，基于人工智能的数字电视播出系统具有更强的数据处理能力，能依靠大数据机制对各类音视频数据进行及时、高效处理，并能有效抓取用户的个性化数据，构建用户画像，使各类数据及时、高效共享，提升数据共享传播效率。

2.3 从网络化向多元交互方向发展

基于人工智能的数字电视播出系统能根据电视节目播出计划，对数字电视节目信号的传输、调用、切换和播出的全流程进行智慧管理。整个播出系统由数字智能网络串联起服务器、图文系统、数字工作站和数字云等各个终端，在保证各类数据能够高效传输的基础上，依靠分布式架构实现对各类数据流的多渠道分发与及时共享，使数字电视播出系统内的各个子系统能与主系统间多元交互[5]。在人工智能的控制下，数字字幕机能响应播出节目的全流程，使节目画面与字幕解读同步协调。同时，在人工智能的干预下，播出系统中各播出工作站能通过系统中的分布式架构与各个播出工作站多元交互，及时共享各类图文素材，根据实际需求快速改变播出顺序或调整播出时长，并能够对主备播出系统进行选择、对信号源进行切换，以及对电视节目中垫片与插播进行智慧管理。

3 基于人工智能的数字电视播出系统设计

基于人工智能的数字电视播出系统的设计过程主要以人工智能为核心技术框架，配套应用云计算、大数据和物联网等技术作为辅助技术层，其主要功能是通过大数据分析机制对各类信号数据进行综合处理，对收视用户兴趣进行挖掘和分析，依靠算法工具和智能传感设备实现各类信号的高效传输，对各类数字信号数据资源进行协调与智能化管理。基于人工智能的数字电视播出系统主要由数字信号接入层、数字信号传输层、智能“云”中枢及应用终端层组成，能有效实现对各个端口的协同控制，保持各个端口同步工作，保障数字电视信号的高效、稳定输出。

3.1 建立多数字信号接入层

随着人工智能技术的广泛应用，数字电视播出系统具有更强的数据整合能力与数据分析能力，能有效接收大量类型复杂的数字信号，包括光纤信号、卫星信号、数字广播信号、5G信号、4G信号及编录信号，能够将大量数字传感器、数字信号端口和智能接收工具应用到数字信号接收过程中，对收集到的数字信号进行高效、快速的整合，并进行相关的计算处理，保证数字电视信号有效共享、高效传输[6]。

3.2 构建稳定可靠的数字信号传输层

基于人工智能的数字电视播出系统的数字信号传输层是连接数字信号接入层与智能“云”中枢的桥梁，不仅能保证数字电视信号被智能“云”中枢存储、共享、管理与分布式调度，还能使数字电视信号有效传输到应用终端层，使各类智能应用终端能有效接收与共享数字信号。数字信号传输层主要由各类智能通信设备、数字光纤及多种网络传输协议组成，可靠、稳定的数字信号是数字电视播出系统智慧播出、高清播出的重要保障。随着人工智能技术愈加成熟，智慧芯片、智能数字端口、智慧网络共享协议在数字电视播出系统中的应用将更加成熟，不仅能满足虚拟现实（Virtual Reality，VR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、5G信号高带宽传播需求，还能为播出系统的智能化拓展与智慧共享提供有效支持。同时，分布式信号数据传输体系的构建、多路径融合数字信息共享方式的形成，能为数字信号电视播出系统安全运行提供更可靠的保障，有效防止单机溃点风险发生，全面提升数字信号电视播出系统的智能化管理效率。

3.3 建立以人工智能、大数据、云计算为中心的智能“云”中枢

云计算技术具有较强的数据存储能力与数字处理能力，能有效满足多类数字信号传输和共享的需求，通过对不同来源、不同种类数字信号的搜集与综合处理为制订电视节目播出计划提供参考，并能有效搜集与存储电视节目收视用户的行为偏好、兴趣习惯等个性化特征数据，根据收视用户个性化偏好为用户提供大量其感兴趣的数字电视节目，为其提供良好的数字服务。智能“云”中枢对电视播出系统的智慧管理，能同电视播出系统云和各个子系统云进行有效的数据交互，并及时作出信号反馈，保障数据有效交互。智能“云”中枢主要依靠人工智能、大数据、云计算技术对各类数据资源进行搜集、整合、分类和管理，以及对各个层面的数据资源进行智能化分析与共享处理，能从多个维度实现数据资源的优化配置。基于人工智能的数字电视播出系统智能“云”中枢能对播出系统的整体运行情况进行有效监测，工作人员能依靠智能图谱反映播出系统的数字信号接收情况、数字视频播出质量、数据流传输情况、数字信号变化情况及各类数据存储情况，时刻把握数字电视播出系统的运行动态，保障系统的高效运行。同时，基于人工智能的数字电视播出系统中的智能“云”中枢，还具有智能存储、智慧共享、系统设备预警播报、数字资源分配调度、播出终端应用显示、系统容错纠错、网络安全保护、智能防火墙和数字信号接收等功能，能最大限度保证数字电视播出系统高效运转。

3.4 打造安全可靠的应用终端层

构建基于人工智能数字电视播出系统的最终目的是为各类应用终端提供稳定的数字信号，保障各类应用终端具有良好的使用效果。基于人工智能的数字电视播出系统应用终端层可以分为智慧控制、信号传输、信号发射、上载、技审、播出及全流程管控等部分，各个应用端口功能实现与相关实现方案都由智能“云”中枢提供。人工智能技术在数字电视节目播出全流程都得到了应用，大数据、云计算和物联网技术也在数字电视节目播放的各个环节得到了应用，且智能化、体系化的系统具有更强的兼容性，能根据不同数字电视业务转播与播放需求，接入不同的智能终端建立大规模智能数字集群实现不同功能的集合，缩短数字电视业务的准备时间，减少工作环节，降低成本。基于人工智能的数字电视播出系统还能应用不同的网络端口更高效开展数字新媒体业务，众多有新意、有内容、有内涵、有创新的新媒体数字电视节目可依靠人工智能进行剪辑加工，借助数字智能系统投放到众多互联网平台中进行播放，创造更多收益。基于人工智能的数字电视播放系统是基于5G底层网络架构与智能数据共享系统搭建形成的，能对数字信号转播各个节点进行重点监控，保障数字电视播出系统的高效运行。依靠智能“云”中枢的高效管理和对各类信息数据流的精细化控制，数字电视播出系统下属的各个子系统能有效地进行数据交互与数字信号传输，对各类节目素材进行智慧收录、智慧上传、智慧管理、智慧下载、智能转码、智慧迁移及共享播出，在全面保证数字信号高效稳定传输的基础上，实现图文信息、节目单信息、广告数字信息的共享与流转，全面提升共享效率。

4 结语

在数字智能技术的引领下，构建基于人工智能的数字电视播出系统是满足智慧广电发展战略内在需求的重要举措，也是推动智慧广播电视系统发展的重要方法。基于人工智能的数字电视播出系统应更安全、更高效，不仅要具备数字智能化特征，还需有较强的数据分析能力、数字管理能力、智能拓展能力、数据处理能力与数字存储能力，能有效兼容各类子系统，具有多元交互功能，能在各种业务系统间实现交换共享，并具有多种网络接入形式与数字交互功能，支持多种数字信号传输。智能“云”中枢是基于人工智能数字电视播出系统的核心架构，具有较强的兼容性与智慧特征，能对多种数字信号与数据源进行智能处理。需要注意的是，在建立基于人工智能的数字电视播出系统过程中，必须坚持创新原则，不仅要重视技术创新，也要重视管理创新，将智能技术与智能管理理念进行同步融合，从而全面满足数字电视播出系统智慧化建设需求。