超高清视频智能识别技术的应用

李 琳

（中国广电广州网络股份有限公司，广东 广州 510310）

0 引 言

超高清电视机的快速普及，促进了超高清视频节目源的发展。目前，广播电视网络正在大力推进超高清视频节目的普及，然而目前用户家庭中存在大量不同型号、新旧程度不明的视频播放设备。这些设备具有各自不同的硬件芯片，视频解码能力也存在高低不均的情况。在超高清播放过程中，用户终端仅能播放硬件参数规定范围内的视频节目，否则会出现节目无法播放、黑屏或卡顿等异常现象。如果用户不同终端都有高质量视频节目的播放需求，又想避免出现异常的情况，就可以利用超高清视频智能识别技术，实现在复杂场景获取最优的体验效果。

1 广播电视的超高清技术简介

超高清视频产业生态体系主要包括核心元器件、内容制播、网络传输、终端呈现、服务以及应用等。其中，核心元器件为超高清视频专用基础元器件，内容制播包含超高清视频的生产与播出，网络传输是指超高清视频的传输渠道，终端呈现涉及电视机、机顶盒等产品，服务包括集成平台、内容供给、内容分发等服务业态，应用为超高清视频与各行业融合形成的行业应用模式。对于视频用户而言，从视频录制到网络传输再到终端呈现，只有全过程都保持超高清分辨率输出，最后才能称之为超高清视频[1]。

超高清视频是继数字化、高清化之后的新一轮重大信息技术变革[2]。2018年，平昌冬奥会上实现了8K信号的转播，2021年东京奥运会则全面推广4K、8K电视节目。虽然当下不少广电运营商已经开始进行超高清转型，但仍有很多电视台的节目依然是高清甚至是标清播出，这对于整个行业的新一轮革新十分不利。由于超高清视频产业链条长、涉及领域广[3]，同时也伴随着超高清内容供应不足，前端系统搭建要求高、研发成本大，终端解码能力不均衡等诸多问题，严重制约超高清节目的推广、传输和播放。因此，超高清技术需要广电相关单位在研发和使用上有所突破，在一些关键技术方面进行创新，并且兼顾超高清电视节目播出的安全性和有效性，总结实践经验。

2 广播电视的超高清视频智能识别技术

超高清视频智能识别技术适用于广播电视多节目来源和多型号终端等的复杂场景，是一种超高清视频从识别、转码到最终实现播放的端到端的解决方案。前端系统能识别节目源的视频参数，通过对节目进行智能转码和标记，实现终端按自身解码能力请求最佳的节目内容进行播放。超高清视频智能识别技术具有实际的运用场景。一方面，内容运营商在上架时就需要遵循视频节目参数规范要求，如出现上架节目源参数不符或转码参数设置错误，会影响用户收视体验的效果，所以目前传统的超高清广播电视系统根本不能够满足场景中的技术要求。在这一过程中，广播电视系统需要能按照节目源的实际情况，识别编码器输出端或其他节目来源的视频参数，对不同节目源进行标记，确保最终能按要求呈现完美的显示效果。另一方面，用户家庭中现有的视频解码设备，难以进行超高清节目色域或高动态范围（High Dynamic Range，HDR）等参数的转换，对于视频帧值转码的效果也一般，造成运动场景容易出现卡顿情况，不仅用户端整体的收视体验差，影响运营商口碑，而且引发投诉，增加运营成本。因此，为了满足现网超高清业务的使用需求，视频解码设备不仅要能正常解码和播放原有的视频内容，还要能识别多路节目源信息，并选择最适合的内容源进行播放。

3 超高清视频智能识别技术的原理及流程

3.1 超高清视频识别码率智能判断方法

针对现有技术存在的问题，本文以超高清帧率每秒60帧（以下简称P60）和帧率每秒30帧（以下简称P30）的情况为例，提供一种超高清视频识别码率智能判断的方法，主要包括如下步骤：

（1）获取超高清节目源，标记超高清节目源视频信息。所述视频信息包括视频码率信息。视频码率包括P60码率或P30码率；

（2）若视频码率只有P60码率，则将P60码率转为P30码率，同时保留P60码率视频；如果视频码率同时包括P60码率和P30码率，则不作转码；

（3）将P60码率视频和P30码率视频注入前端视频识别系统；

（4）前端视频识别系统对视频进行P60与P30的标识记录，形成P60码率视频播放地址和P30视频播放地址，将P60码率视频播放地址和P30视频播放地址进行存储；

（5）终端机顶盒请求视频播放时，终端机顶盒提供该播放设备的参数给视频识别接口，视频识别接口根据获取到的设备参数，在请求到播放链接后，根据设备参数进行判断，对于支持P60格式的机顶盒，返回P60标识的播放地址；对于支持P30格式的机顶盒，返回P30标识的播放地址。

3.2 超高清视频智能识别系统架构

超高清视频智能识别的系统，主要包含超高清节目源数据库、转码服务前端、前端视频识别系统、视频标记存储器、视频识别接口以及智能解码设备，系统架构如图1所示。

图1 系统架构图

超高清节目源数据库提供节目源数据。节目源相关的系统，包含直播/点播内容发布前端、前端媒资系统、前端编码器以及点播推流服务。

转码服务前端对超高清节目源进行转码，将视频码率为高质量码率的视频转码为低质量码率视频，同时保留一份高质量码率视频；或者将视频码率为低质量的视频转码为高质量码率视频，同时保留低质量码率视频。

前端视频识别系统对转码后的视频进行标识，形成低质量码率的播放地址以及高质量码率的播放地址。视频标记存储器对标识的播放地址进行存储。

视频识别接口获取终端机顶盒的设备参数，并根据设备参数进行识别判断。对支持高质量格式的视频解码设备，返回高质量标识的播放地址；对于支持低质量格式的视频解码设备，返回低质量标识的播放地址。

3.3 超高清视频智能识别系统的技术原理

超高清视频节目源数据由两个部分组成，一部分是直播编码器提供多路组播信号，通过直播交换机与终端交互，频道表和用户授权由直播内容发布前端统一管理，前端配置可识别高低码率不同的播放地址组合；另一部分是点播推流服务前端与终端交互，点播内容发布前端可识别上传视频内容，对同一节目的高低码率进行关联管理，并对节目鉴权规则进行定义。

转码服务前端对超高清节目源进行转码，将视频码率为高质量码率的视频转码为低质量码率视频，同时保留高质量码率视频，或者将视频码率为低质量的视频转码为高质量码率视频，同时保留低质量码率视频。

前端视频识别子系统对转码后的视频进行标识，形成低质量码率的播放地址以及高质量码率的播放地址，由视频标记存储器对标识的播放地址进行存储。

视频识别接口获取智能视频解码设备的设备参数，并根据设备参数进行识别判断，对不同硬件解码能力的终端返回对应的标识的播放地址，智能终端对超高清视频进行播放，实现全过程流程运作。

4 超高清视频智能识别技术的应用

4.1 在直播系统中的应用

在广播电视系统中，直播业务是广电运营商长期以来主要的服务形式[4]。在实际应用过程中，用户对直播节目的选择，主要是通过控制机顶盒或电视机来实现的。这种方式可以确保用户接收电视节目的安全性和稳定性。但随着互联网等多形态的视频内容爆发，用户对于高质量、高画质的节目需求不断提升。

超高清视频智能识别技术不仅可以充分发挥广播电视媒体的内容优势，又可以考虑到用户传输网络和家庭解码设备等复杂场景，通过对编码器等设备输出的组播节目源进行视频信息标记，视频信息包括8K/4K分辨率、不同码率及其他视频参数信息，将不同来源的视频注入前端视频识别系统，并对注入的视频进行标记记录、存储；前端系统按照不同的直播地址形成最终的配置链接，终端解码设备播放时，根据终端设备的型号或芯片等硬件信息，获取对应的视频播放组播地址，高配置的解码设备播放高质量的视频节目内容，低配置的解码设备播放相适应的低质量的视频节目内容。

超高清视频智能识别技术的直播应用，特别是在重大体育赛事、重要庆典和高质量商用付费频道方面，不会因为部分用户的家庭硬件短板牺牲高端用户体验，而且对于日常运营人员来说，继续沿用原有频道表和授权规则，即可针对用户实际情况进行精细化的技术支持，一方面提升用户整体收视满意度，另一方面增强了用户黏性和市场竞争能力，为高质量视频商业模式提供了技术基础。

4.2 在点播系统中的应用

随着互联网视频的崛起，仅依靠一次销售基本电视直播套餐来收回全部成本，对于传统电视来说任务实在过于艰巨。广电运营商也积极通过双向平台网络改造，改变用户只等待收看直播节目的现状，同时扩充自身视频媒资库资源或与第三方视频平台合作。现在广电系的IPTV和互联网视频在界面和运营上已呈现融合的趋势，但点播节目来源繁杂[5-6]，用户端解码设备也存在新旧混用的情况，在一定程度上减弱了广电运营商在超高清视频资源方面的优势，同时在市场竞争中无法获得用户对于视频产品的认可。

超高清视频智能识别技术通过对超高清视频节目参数进行识别，如果媒资库来源只有高质量视频内容，转码服务前端对节目源进行转码，同时生成高低不同码率参数的视频内容，如4K或8K分辨率、P60或P30帧率、HDR或SDR等不同码率参数的视频内容，统一按照转码配置要求，转码成适合基本用户要求的低码率视频（4K P30等格式），同时保留转码前后的视频内容，前端视频识别系统对转码视频进行识别、标记，前端接口通过获取终端设备参数，根据节目源和设备参数的识别、判断，对终端设备返回标记符合的视频播放地址。

超高清视频智能识别技术的点播应用，不仅可以用于内容服务商提供的媒资内容，还可以扩展到直播回看业务，甚至与第三方内容平台合作。各系统平台的对接按照规范要求统一接口和视频参数标记，终端应用对自身硬件信息进行分析，结合前端获取的实际播放地址，进行最优方案的视频解码播放。

5 技术优势

原有的系统架构设计中，旧型号设备无法播放高质量格式的内容，节目上架频道表或目录在不同设备间也存在差异。采用智能识别系统后，终端设备能自动播放对应的解码节目，可统一显示节目频道表和目录。智能识别系统应用场景多，既适用于直播组播及单播环境，也适用于点播及第三方视频应用；节目上架选择范围更广，高低质量节目都可以满足条件，解决业务迭代造成的短板效应；满足终端更新需求发展，以后若有其他解码能力的芯片终端，技术方案也能适用。

6 结 语

本文提出超高清视频智能识别技术解决方案，目的是探索提高广播电视应用兼容性的方法。虽然超高清视频智能识别技术还存在一定的限制，但是可以通过智能识别技术，结合其他的信号和终端通用接口来有效地实现超高清智能显示的功能，从根本上提高电视多路节目最佳的播放效果，对于复杂场景的商用化运营具有很好的推广应用前景。