论文摘要:本文以大洋数字媒体内容管理平台为蓝本,介绍了针对数字电视运营商对于数字电视节目准备和播出的需求而提出的创新的解决方案,在节目采集,编辑,存储和管理以及发布的整个环节,全程采用传输流处理.并在系统的各个部分,充分考虑数字电视行业特点,进行了系统级的设计和整合,并对数字电视内容管理的未来发展进行了展望。
一、引言 随着数字电视时代的来临，人们收看电视的方式发生了根本性的转变。由于频道资源的极大丰富和交互性的日益提升，用户在观看电视节目时从原来的被动接受开始转变为主动选择，拥有了更大的自主权。终端收视模式的转变必然带动整个产业链的调整，电视台的营业模式不能再像以往那样以广告作为主要收入来源，而需要将重点转移到内容运营上来。在数字电视的时代，电视台或其他节目运营商必须通过向用户提供更有价值的内容，并在这些内容的基础之上附加增值服务，才有可能获得持续增长的收入。 所谓“内容为王”，无论电视行业发展到何种阶段、采用何种技术和系统，内容始终是决定能否赢利的关键。在之前的几年中，有线数字电视、移动数字电视的运营商搭建了功能完善的播出前端平台，但市场发展一直不见起色。平台的丰满与内容的匮乏，形成强烈的对比。而对于电信、互联网等行业的运营商而言，在开展IPTV、DVB-H等视音频相关的新业务时，内容资源也是捉襟见肘。数字电视可带给观众的节目数量是传统电视的数倍，要支撑这么多的节目数量，没有大容量的节目内容库是无法想象的。另外，想开展节目点播等个性化服务，节目多样性、海量内容更是必然的要求。但是当节目的数量快速增加时，由于运营商们缺乏有效的管理平台，将面临极为头疼的混乱局面。 为此，大洋公司作为国内广电行业的领导企业，结合公司近20年来在IT及广电行业积累的经验和技术，创造性的提出了“数字媒体内容管理平台”。该平台专门针对数字电视产业中数据准备阶段的全部需求，全程基于传输流（TS流）进行处理，把节目采、编、存、管、输出全流程融合在一个系统中，可管理海量内容，向各种应用发布平台提供内容，并有效地保证资源的共享效率。“数字媒体内容管理平台”可适应各级电视台，数字电视运营商、电信运营商对视频、音频、图片、文本、超文本等多种媒体内容的处理要求，为各种应用服务提供内容的支持，在内容为王的时代，成为极大提高媒体运营水平的最佳平台。 二、数字媒体内容管理平台概述 在一套完整的端到端的数字电视系统中，大致可以分为数据准备、数据分发、数据接收三大部分，如下图所示。在数据准备部分，主要负责内容的收集、整理、编辑和存储，其目的是建立一个可以高效管理海量素材的节目库。在数据分发部分，根据节目库中编制的节目单或者用户的点播需求将节目以数据流的形式进行发布，并同时完成加密、版权保护、计费及管理等工作。在数据接收端，主要产品是机顶盒，用于节目的播放和实现与用户的交互。可以看出，数据准备是进行数据分发和数据接收的基础，用户在终端看到的所有节目，都是在数据准备系统中存储并管理的。 
数字媒体内容管理平台就是一套完整的数据准备环节的解决方案，它包括内容收集、编辑、编目、存储、输出、管理等六大功能模块，如下图所示。收集模块用于从各种来源收集和获取内容。多途径/多介质/多格式、大容量、自动化是该模块的设计重点。编辑模块是对内容进行加工的主要环节。在编辑工作站中，通过各种专业软件的组合，可以实现对画面、声音、图片、网页等各种内容的编辑处理。编目的目的是为了安全保存、快速调用。此外，通过设定内容与人员之间的关系，可以实现对内容的分级访问。存储模块用于实现一个虚拟海量存储器。它可以管理超大容量的存储设备，并按照最优化的策略来使用这些存储空间。输出模块把内容从平台中输送到后端的发布平台，它的设备表现形式比较多样化，可能是FTP服务器，也可能是共享存储器，完全根据后端发布平台的要求来决定。管理包括了人员与权限的管理、设备的管理，也体现在业务流程的控制过程之中。 
数字媒体内容管理平台最突出的特点就是从输入到存储到输出全程采用了TS流。TS是传输流的英文简称，顾名思义是指主要面向传输应用的MPEG2系统规定的一种流格式。为解决传输时误码率高，时间不易同步等问题，采用了定长为188字节的传输包以及PID、PAT等索引字段。整个传输流结构语法设计是都是为了方便传输应用，而这与编辑环节基于帧精度的剪切要求存在相当的差异，当然更不用提复杂的特技和字幕处理。因此很长一段时间，在最终编码传输之前，MPEG2的应用都是基于PS节目流的。可是随着数字媒体应用环境的变化，特别是DTA(Digital Turn Around)应用的普及化，整个平台的输入端大量都是TS的，输出也大都是TS，中间环节自然而然也希望全部基于同一种格式，这将会给平台使用者带来非常大的方便。经过多年的刻苦攻关，目前大洋数字媒体内容管理平台已经可以全程传输流处理，而且在性能表现上不做任何妥协，也就是说，甚至可以实现基于传输流的实时三维特技处理。这样，使用传输流贯穿整个节目生产的全过程，简化了系统结构，减少了转码环节，保证了画面质量，提高了工作效率。 三、数字媒体内容管理平台各模块功能特点 1、内容收集 内容收集模块是整个内容管理平台的输入模块，它负责将各种不同来源的信号、数据、文件等进行采集和导入，以TS文件的形式进入内容管理平台保存和处理。由于节目运营商获取内容的来源多种多样，可以通过卫星接收、磁带上载、DVD导入、宽带传送等各种方式从内容供应商获取节目，而且节目的存储格式存储介质多种多样，这就要求内容管理平台具有强大的兼容性，支持多种节目输入的方式。 目前数字媒体内容管理平台支持的输入方式包括，模拟、数字信号直接采集，TS over ASI采集，TS over UDP采集，DVD、CD、P2、DVCAM及其它文件的直接导入。 模拟、数字信号采集是最传统的方式，主要用于完成大量的现有以录像带形式保存资料的数字化。内容收集模块可以对放像机进行遥控，将基带视音频信号通过复合、分量或SDI等接口输入系统，同时直接对其进行基于纯软件的编码压缩处理，生成TS文件。可以支持直接采集、打点采集、编单采集等多种方式。生成的TS文件码率、GOP结构等均可以由用户自定义。 由于目前通过卫星进行电视节目的远程传输已经非常普遍，而卫星中传输的数据就是TS流。通常通过解调器会输出一路或多路ASI信号，每路ASI信号中复用了6到8路节目。在内容收集模块中提供了相应的工作站直接负责ASI信号的采集。每台工作站具有4个ASI信号的输入接口，可以同时输入32路节目。在采集时可以根据不同的PID选择节目，并直接将数据该节目的数据包抓取下来，生成SPTS文件。在这个过程中，由于是直接对数据进行操作，不涉及编解码处理，可以保证原始的画面质量不受影响，而且支持多路TS数据的同时采集。这样生成的TS流将保留原始TS流的码率，但有些是否需要在采集时对码率进行统一，内容收集模块也支持在TS采集的同时进行码率转换的工作。由于在TS流中通常会包含很多SI信息，在进行数据采集的同时系统也会自动将这些SI信息提取出来，作为素材的元数据进行保存。在进行收录任务单的编排时，系统还可以从TS流中分析EIT信息生成电子节目单，用户可以非常直观的知道未来一段时间内有哪些节目即将播出，并直接从中选择节目进行自动收录。 目前有很多复用设备支持TS over UDP的数据输出，这样只要通过以太网就可以进行TS数据的接收，减少了布线的复杂度，具有更大的灵活性。在内容收集模块中，也完全支持这种工作模式，可以通过单播或组播方式接收TS数据，并对其进行直接的数据采集或者同时进行码率变换等工作。 对于数字电视节目运营来说，一个非常典型的业务模式就是提供电影、电视剧的点播服务。很多的电影、电视剧都是以DVD的形式出版发行的，如何快速的将其纳入内容管理平台进行存储就是一个很大的问题。传统的播放采集的方法即费时费力，又对画面质量有损失。内容收集模块中的文件导入功能就对此提供了非常好的解决方案，它可以直接读取DVD盘片中的PS文件，用户可以在进行画面快速浏览的同时进行精确到帧的打点操作，并选择声音和字幕后，系统将自动完成PS到TS的转换工作，而且这一过程是超实时的。其它的文件导入功能也与此类似，内容收集模块会自动对源文件进行转码工作，生成TS文件存储到系统中。 2、节目编辑制作 TS流在设计时主要面向传输应用，因此对带宽要求非常严格。为降低码率，TS流中大多采用了Long GOP的MPEG2 IBP压缩算法。由于MPEG2 IBP高效的压缩效率使其在节省网络带宽和存储容量上具有突出的节约成本优势，但为了进行帧精度编辑还要解决其他一些问题。 ☆ 搜索平滑度问题。我们在编辑时经常拖动时间线，快速浏览画面。由于采用IBP压缩，系统在计算I、B、P画面的复杂程度不同，从而造成用户定位不同画面所等待的时间不同，有的画面有明显停滞感。这一点需要通过优化解码算法和提高主机配置解决。目前在数字内容管理平台中采用的MPEG2解码器已经经过多次优化，具有极高的解码效率，在目前通用的主机平台上完全可以满足IBP直接编辑的要求。 ☆ 零帧编辑问题。若做到零帧编辑，需要系统可从IBP GOP组的任意一点切割，连接素材及施加特技；现在采用做法是使用多个MPEG2解码线程，通过Cut List来完成准确到帧的镜头切换。 ☆ 多次打包合成质量下降问题。由于IBP帧的P帧是双向预测帧，是对前后的B帧和后继的P帧进行解码的基准帧。P帧本身是有误差的，如果P帧的前一个基准帧也是P帧，就会造成误差传播。这样如果我们在素材的P帧切割或合成时就会造成质量下降，切点越多情况越严重。在系统中为解决此问题采用了数据快速智能合成技术。即尽可能的直接使用原始TS素材的数据，在对画面没有进行任何处理的情况下只作数据复制工作，而不进行重新编解码。而只在进行了画面叠加、特技处理的部分才对这一句不进行重新编解码运算。由于大部分对于TS流制作要求比较简单，以剪切为主，采用这种处理方式就既可以保证画面质量不受影响，又能极大幅度提高打包合成的效率，达到10倍速以上。 通过对这些TS编辑时关键问题的解决，大洋的数字媒体内容管理平台已经可以实现直接在TS流上提供各种剪切、拼接、转场、二维三维特技、字幕叠加、音频调整等所有非编功能，这样就避免了传统工作流程必须先转码为DV或MPEG I frame格式才能编辑的缺陷，保证了画面质量，提高了工作效率。实现基于直接TS流的直接编辑是实现全程传输流的核心环节。 3、编目 数字电视平台业务系统中对于节目资料的编目和整理要求相对简单，主要工作为对成品节目进行分类管理，例如进行文艺片、动作片、恐怖片等分类；又或者分为国产片、港片、日片和美片等；因而对于编目字段及编目内容要求更加贴近用户实际工作需求。通过在EPG标准中，对节目的分类方法作出了明确的规范，这是终端用户在进行节目查找时最主要的工具，因此要求编目时支持EPG的分类标准。 节目编目是一个逐步完善的过程，在TS流码流收录工作中，节目收录人员就可以进行很多不可重现的原始信息输入工作，包括TS流信号中所包含的很多相关元数据接收，这些元数据录入和导入工作都将成为整个编目流程的初始环节，并通过系统数据库将这些原始信息传递下去。 节目层二次编目环节的数据加工对象为节目本身，编辑工作完成之后，标引人员可以通过直接对TS流的浏览进行标引著录工作。在上载时节目层编目环节之后，节目层的有些信息还需要进行补充编目，用户可以不同更为全面详尽的节目描述信息，以便于未来的节目查找。 节目编目完成后，可以由专人负责进行审核，以确保编目信息的正确性。 4、素材存储 在线存储是整个存储系统的重要基础，在线盘阵中会存储包括高低码率的节目数据、流媒体数据等所有系统数据。由于系统中采用了全程TS流进行处理，考虑到TS流码率比较低，对带宽要求不高；但随着节目库规模的不断增大，对存储容量的需求将是巨大的。因此，这种情况下非常适合使用iSCSI接口的SATA磁盘阵列，整个网络结构采用纯以太网的单网结构，既降低了成本又保证了性能，并且具有良好的可扩展性。 为实现存储容量的继续扩展，还可以配置数据流磁带库作为近线存储体。满足迁移条件的高码率数据通过迁移服务器，从在线存储盘阵迁移到近线数据流磁带中存储，其元数据信息和对应低码率节目数据依然保存在在线盘阵和数据库中供查询检索以及节目索引管理使用。用户能够很容易的利用查询检索系统选择片库中的各类节目提交下载输出要求；如果该目标节目存储在在线盘阵中，系统将自动迁移输出；如果该目标节目存储在近线磁带中，迁移服务器会通过带库的机械手和数据流磁带机发生节目数据回迁动作，将该节目调回在线系统。 5、与发布系统的接口 数字媒体内容管理平台主要面向数据准备阶段的应用，应此必须通过数据输出的接口和数据发布平台进行信息交互。针对不同的数据发布应用，通常需要建立不同的接口。但归纳起来这种数据接口主要分为推送式和拖拽式两类。推送式指在内容管理平台内进行节目单的编辑制作，选择需要发布的内容提交给发布系统，这是一种主动式的发布方式，主要应用在广播环境中。拖拽式则指发布平台向内容管理平台提出节目查询请求，若内容平台中存在该节目则将此节目提供给发布平台，这是一种被动发布的方式，通常和点播应用结合紧密。 从数据层上看，数字媒体内容管理平台需要向发布平台提供的内容主要是数据文件和元数据描述信息。数据文件通常通过FTP或文件拷贝的形式提交，而节目单编排信息、节目本身的编目分类信息等可以通过XML文件封装后以文件或WebService参数的形式进行传递。 6、系统管理 数字媒体内容管理平台是一个比较复杂的系统，其中包括的功能模块众多，必须提供良好的管理手段才可以保障系统能够正常高效稳定的运行，给节目运营商带来更大的收益，因此系统管理模块的存在是必须的。系统管理模块提供的功能包括用户管理、统一身份认证、流程管理、设备管理、日志管理、统计分析等。其中对流程管理尤为重要，业务模式决定工作流程，在数字电视这一新兴产业中，很多业务模式都在不断摸索成熟过程中，新的业务模式也必将不断涌现，如何能使用一套基础平台通过灵活配置适应多种业务模式，构建不同的工作流程就成为一个非常关键的问题。在大洋公司的解决方案中，通过引入工作流引擎技术，将业务环节和流程逻辑剥离，实现工作模块化单一化，并通过工作流引擎的配置完成流程重组。这样就可以让运营商非常灵活的进行流程重组，以适应新业务模式提出的需求。 四、数字媒体内容管理发展方向 从宏观上讲，无论是“数字媒体”还是“内容管理”都是大课题，设计的方面比较庞杂，未来将会有很多的变化可能。根据我们对相关领域的了解和调研，我们感觉数字媒体内容管理会在以下几个方向继续发展。 一、 随着付费数字媒体业务的逐渐展开，数字媒体内容管理平台会和商业运营有更密切地联系。付费数字媒体的业务特点决定了它对内容管理平台有其独特的要求，比如在节目采集阶段，对于节目的版权以及播放的时间频次等信息根据商业合同有明确要求，这样就需要系统有合同管理模块进行支持。未来付费数字媒体的商业运营也会更加精细化，除了包月等粗放经营模式外，还会产生PPV,IPPV等模式，这些对数字媒体内容管理的排单发布也会产生新的要求。 二、 随着数字媒体基础技术平台的发展，数字媒体内容管理平台会同步跟进。当前正是数字媒体基础技术平台发生大变化的前夜，无论是在视音频压缩技术领域H.264或VC-1等新一代压缩编码算法，还是在数字媒体传输手段上面DVB-H或T-DMB,S-DMB等手持数字媒体业务的发展，都会要求内容管理平台进行同步跟进。 三、 随着视频博客，互联网视音频搜索引擎等基于公众互联网视频应用的不断发展，将对数字媒体内容管理平台提出革命性的挑战。在本文将要完稿的时候，一家专门做视频搜索的公司blinkx宣布，付费媒体典型代表HBO的一些网络内容已经可以通过这个搜索引擎进行搜索。此外还不太为人所知的视频博客和众所周知的IPTV等基于宽带IP平台的公众视频应用，以及目前还不知道但是未来肯定会涌现出的大量基于数字媒体的创新商业应用，都会给数字媒体内容管理带来真正革命性的挑战，同时也会是平台大发展的良机。
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