全流程文件化的电视节目质量管控体系建设的关键技术与流程设计
（中央电视台 蔡贺）
摘要：安全播出是广播电视的生命线。网络化的节目制作播出方式已经成为我国各级电视台节目制播平台的技术演进方向，在这个过程中，如何对海量的节目文件进行自动化技术审核，确保电视节目的安全播出，是构建新一代电视台网络制播体系面临的一个巨大挑战。本文主要阐述了在新一代的电视台网络制播体系的建设过程中，如何通过应用最新的关键技术，建立面向频道播出的全流程文件化的电视节目质量管控体系，从而全面保障电视节目播出的安全可靠。 关键词：传输校验、自动技审、人工复检、头尾检测、提前播、时间线技审、视音频指纹、自动技审平台 近些年来，我国各级电视台紧紧抓住了信息网络技术同传统广播电视技术相互融合的这一难得的历史机遇，通过采用网络制播技术，相继构建了新一代的电视台网络化制作播出体系，建立了全流程基于文件的网络化电视节目生产流程，改变了电视节目的生产流程和生产关系，彻底淘汰了电视台长期以来以磁带为载体的制播方式，大幅度提升了节目的生产能力，丰富了节目的表现力。在新的网络制播体系下，电视节目生产的采集、编辑、播出和存储四个环节全部都是以数据文件来处理节目，各个环节之间都是靠网络技术来支撑运行，电视台每天都需要处理海量的节目文件，如何对这些海量的节目文件进行自动化技术审核，确保电视节目的安全播出，是构建新一代电视台网络制播体系面临的一个巨大挑战。一、传统的电视节目质量审核方式在传统的电视节目生产流程中，对电视节目的技术质量审核方式主要是以人工审看为主，各类硬件示波器为辅。这种方式无论从技术上还是审核效率来讲，已经完全不能适应新的全流程文件化的网络制播体系，主要体现在一下几个方面：- 电视台的节目制播总量不断增长，使人工审看的工作量越来越大，如果继续采用传统的人工审看方式，现有的人员编制已经无法满足快速增长的节目制播需求。
- 电视台播出节目的来源日益广泛。随着越来越多的电视节目采用制播分离的方式制作，成品备播节目由不同的后期制作系统完成，以不同的载体和不同的途径送到电视台播出。在这个过程中，备播节目在文件编码和封装格式上往往因技术参数差异而容易导致兼容性错误。
- 在全流程文件化的网络制播流程下，备播节目文件从制作到播出，需要经过不同的应用平台系统，要经过多次复制与传输，以及转码处理，经过的环节比较多，必须防止出现篡改内容或者发生传输损坏的问题。
- 随着电视节目时效性的增强，很多节目送播时间非常接近播出时间，而传统人工审看方式需要占用大量的时间，完全无法满足这种紧急送播的质量管控需求。
- 人工审看只能审看备播节目文件的画面和技术指标是否有异常，但是很难确认节目内容是否正确。
- 人工审看受到操作人员经验，责任心，注意力等多方面条件的制约，对节目质量的控制效果很容易受到各种主观因素的影响。
图1 ：全文件化播出节目文件整备系统构架
从上图所示结构中可以看到，我们将准备播出的节目文件整备流程分为两个级别，分别是二级整备流程和三级整备流程。二级整备流程：这一流程主要目的是将节目文件从各种源系统中整备到播出系统的二级存储。三级整备流程：是将节目文件从播出二级存储中迁移到对应的播出视频服务器上，这一流程我们称为三级整备流程。对二级整备流程，依据节目文件来源和流转的环节，我们可以将备播节目的来源主要分为五种类型：第一类是成品节目经媒资系统入库，再集中统一转码后整备到播出二级存储的流程。比如通过媒资整备进入播出的流程，在此流程中，台内各个制作岛将制作格式的成品节目推送到媒资系统入库，播出系统再从媒资系统将节目文件转码为播出格式的节目文件存入播出二级存储。在这类流程中，节目文件有三个环节容易出现问题。第一个环节是制作岛将制作完成的节目从故事版生成制作格式的成品节目文件，在这个环节中，有可能出现打包后的文件内容与故事版预期内容发生偏差的情况，比如加帧，丢帧，黑场，彩条，素材引用错误而导致内容错乱等。第二个环节是将节目文件从制作岛存储区迁移到媒资备播区，这个环节有可能出现文件的传输损坏，或者文件丢失，比如视音频分离的节目是由一个视频和多个音频文件组成的，在传输过程中可能会出现漏传其中一个文件的情况。第三个环节是从媒资备播区将制作格式的节目文件转码为播出格式的文件后再传输到播出二级存储，这个环节容易出现源文件读取错误，转码过程产生误码，封装格式错误等。第二类是成品节目直接从制作系统推送到播出二级存储的整备流程。比如各个制作岛或者广告备播系统直接将播出格式的成品节目推送到播出系统的二级存储。主要环节包括制作岛将故事版或制作格式的成品节目文件打包生成为播出格式的节目文件，以及节目文件的迁移。在打包生成环节，容易出现打包后的文件内容与故事版预期内容发生偏差的情况，比如加帧，丢帧，黑场，素材内容错乱等，而在节目文件迁移环节，也可能出现文件的传输损坏。第三类是成品节目以介质上载的方式转码为文件，整备到播出二级存储的流程。主要环节是将介质上的基带信号通过上载通道编码为数据化的节目文件，容易出现由于介质载体、基带信号传输，或者是编码器的问题而导致生成的节目文件损坏。第四类是成品节目以文件导入的方式整备到播出二级存储的流程。这类流程可能出现的问题是拷贝过程中文件损坏或者节目文件本身存在一些技术错误。第五类是从播出数据流磁带库中将已播的历史节目文件回迁到播出二级存储的整备流程。这类流程可能出现的问题是数据流磁带损坏或者回迁过程中出现的文件损坏。对三级整备流程，最容易出现的问题是节目文件在迁移过程出现损坏或丢失。当二三级整备流程都成功完成后，在最终的播出环节，还容易出现视频服务器与节目文件的兼容性问题，导致视频服务器无法正常播放。或者已经备播的节目文件时长短于节目单中的预期播放时长而出现节目播出故障。通过上述分析，可以看到在节目整备播出过程中容易出现的各种问题。我们在播出系统的设计和建设过程中，综合考虑这些不同环节的特点，可以采用如下关键技术来构建一个面向播出的电视节目质量管控体系，从节目制作的源头开始，对每一个环节进行质量管控，确保最终电视节目播出的安全可靠。三、媒体文件质量管控体系关键技术1. 时间线技审技术是应用于非线性制作环节的一项全新的自动化技审手段，在非线性制作平台上完成节目的后期制作后，在对成品节目进行生成打包之前，可以使用时间线技审技术，对故事版的内容进行视音频指标的自动化技审，制作人员确认无误后，将自动技审结果生成为技审报告，并传递到下游系统，下游系统自动继承技审报告后进行后续的校验应用，保证后续流程在传输、复制和播放过程中，不会产生新的错误。通过采用时间线技审技术，可以使一线的节目制作人员对成品节目的效果给予直接确认，在最源头的制作环节对成品节目的技术指标进行把关和记录，避免在完成故事版打包生成等动作后，引入新的问题，如打包异常，产生夹帧、静帧、丢帧、黑场等，而时间线技审技术，可以为下游系统提供最可靠的技术审核标准。2. 视音频指纹技术是在时间线技审技术基础上应用的另一项自动化技审技术。在电视节目的生产过程中，节目制作完成并通过内容审核后，如何确保节目文件在之后的打包，传输，重编解码等诸多环节中，节目文件的内容不被篡改？传统的办法是通过采用人工审看、传输校验和自动技审等手段，但只能保证节目文件在重放时的技术指标不发生问题，同时不出现严重的画面问题，却无法保证最终播出的节目内容与制作好的成品节目每一帧内容都保持严格一致。视音频指纹技术是在进行时间线技审的同时，对每一帧画面的视音频内容进行计算并提取特征码，最后将特征码都保存到自动技审结果中，随同成品节目文件传递给下游系统，在最终的频道播出环节，重新计算和提取备播节目内容的特征码，并与在制作系统产生的特征码进行逐帧对比校验，可以准确的校验出最终播出环节的节目内容是否发生了改变。由于该特征码占用的存储空间非常小，完全可以作为节目文件的元数据信息进行保存和传递，基本不会对下游系统的数据库和存储空间产生太大影响。应用了视音频指纹技术后，可以大大提高电视节目的内容安全性。3. 传输校验技术传输校验可以采用目前在IT领域应用比较广泛和成熟的MD5校验技术，依靠MD5校验算法在文件传输前后分别生成校验码并进行对比，可以保障媒体文件在任何传输环节不会发生损坏或者被篡改替换。MD5校验技术在节目文件整备的多个流程中都可以应用，比如从制作岛向媒资系统迁移制作格式节目文件环节，或者是制作岛和广告备播系统向播出系统直接推送播出格式的节目文件环节，以及播后节目文件归档到带库后再次回迁二级存储进行重播等所有进行文件传输的环节。值得注意的是，只有一个环节的MD5校验应用相对特殊一些，就是从媒资系统将备播节目文件转码进入播出二级存储的环节，由于备播的节目文件已经经过面向播出的统一转码，无法再依据源文件的MD5码进行校验，因此需要在对源文件进行转码的同时进行MD5校验，确保读取的源文件数据准确可靠。同时为了保证转码环节的时效性和节省媒资存储区的带宽资源，可以采用边转码边校验技术，实现一遍文件读取，就可以同时完成转码和数据校验的要求。4. 节目迁移任务优先调度技术为了在节目整备期间对各种迁移任务能够实现优先级处理，根据业务逻辑我们首先对任务优先级进行了归一化处理，任务进行归一化后，在时间连续无法切分的情况下会影响优先级的计算，我们只能在空窗期对优先级算法进行调整。以28小时制节目整备业务流程为例，一个任务一般情况下要在4小时内完成，且每日的凌晨0-4点为系统设计的空窗期，在此时段内新产生的任务不多，我们可以把此时段分为2部分，0-2点时段产生的任务，可应用如下公式：Pr =((Tp —T0)/Th +PTw +PCHw)*(2-T0)/24 + Pe且对 Pr >T26小时/Th的情况，令 Pr = T26小时/Th 。超过凌晨2点后，因前一天任务已经播放完成，忽略Pe 对优先级计算的干扰。Pr =(Tp —T0)/Th +PTw +PCHw其中前一天未完成任务的最高优先级为 ， 当天0点时间值为T0 ，条目开播时间为 Tp，归一化阀值为Th，节目类型加权为PTw，节目频道加权为PCHw。 通过整合这些关键技术，我们可以建立一个全台统一的自动化技审平台。当各个制作系统完成故事版制作后，通过调用统一自动技审平台进行时间线技审和视音频指纹的提取，当打包生成制作格式或者播出格式的成品节目文件后，再次调用统一自动技审平台对文件编码和封装的正确性进行检测。对统一自动技审平台产生的技审结果和视音频指纹信息，都可以在统一自动技审平台中进行保存或者是生成文件化的技审信息随同媒体文件一起传递到下游系统进行后续应用，并通过校验技术确保传输安全。图2：自动化技审工作站的界面截图
我们通过建立全台的统一自动技审平台，可以保证不同应用平台的制作系统输出的节目文件格式满足全台统一的技术规范要求，并将出现问题的文件控制在源头，防止问题扩散，提高全台节目文件质量管控的效率，为下游系统尤其是播出系统的安全播出提供坚实的技术基础。
四、媒体文件质量管控体系关键流程设计1. 前端自动技审主要是在节目生产和整备的前端环节，即制作系统生成的成品节目这个环节，对成品节目文件进行文件编码与封装格式的正确性检查。大型电视台中的各个制作系统一般都是由不同厂家不同时期的非线性编辑平台来构建的，各个厂家的编辑平台在对文件编解码的处理上会有差异，这些差异就有可能导致最终播出环节的视频服务器出现兼容性问题而无法正确播放。因此在全流程网络制播环境下，我们必须对制作和播出环节的节目文件的编解码与封装格式提出统一的技术规范要求，前端的自动技审环节要依此对节目文件的封装格式、编解码结构以及视音频技术指标进行自动检测。图3：前端制作域加入自动技审后的相关工作流程
2. 播出自动技审对于在台内制作系统生产的，没有经过任何二次编解码处理而直接进入播出系统的符合播出格式的节目备播文件，比如广告备播系统以播出格式直送播出系统的节目，我们只需要通过MD5校验技术就可以保证播出系统内节目文件的可靠性。但是对于通过二次转码方式进入播出系统的节目文件，或者是通过文件导入和介质上载等方式进入播出系统的节目文件，为了确保在播出环节所有节目的安全可靠，则必须在进入播出系统后对节目文件重新进行自动技审。播出系统内的自动技审，可以按照三种方式来考虑。一是边转码边技审的方式，适用于通过转码方式进入播出系统的节目，这种方式的好处是转码和技审是并行的，因此可以大大缩短节目整备的时间，提高节目整体整备效率。缺点是只适用于转码整备的流程，并且不能对文件封装和编码格式进行检测，但是若转码软件和自动技审软件都是同一个厂商的应用平台，就可以考虑采用这种方式，因为可以认为同一厂商的应用平台不会因为标准规范不统一而出现封装格式或编码格式错误的问题。二是边上载边技审的方式，适用于通过介质上载方式进入播出系统的节目文件，也可以提高节目整体整备效率，但是只能只用于上载方式整备的节目，同时不能对文件封装和编码格式进行检测。三是使用独立的技审工作站对已经进入播出系统的节目文件进行自动技审，这种技审方式适用于各种整备方式进入播出系统的节目文件，并且可以对视音频内容，文件封装格式，编码结构等三层内容进行完整的检查，但是由于自动技审过程是独立进行的，因此会增加节目整备的时间，这三种播出内技审方式的选择，可以根据节目播出的具体要求来决定，比如对于整备效率要求较高的节目频道，可以在转码和上载环节采用边转码边技审或者边上载边技审的方式，而对于整备效率要求相对较低，但是对节目文件的可靠性要求更高的节目频道，则可以采用独立技审工作站的方式。在完成播出自动技审后，可以向全台统一技审平台查询是否存在对应的技审报告，如果存在可以将播出自动技审生成的技审报告和统一自动技审平台中生成的技审报告进行对比，如果两个技审报告完全一致，则可以认为播出自动技审通过，进入播出的节目文件没有任何问题，如果两个技审报告不一致，则说明在进入播出的节目文件在整备过程中产生了新的问题，需要在后续的人工复检环节中，人工确认节目文件是否可用。如果播出自动技审完成后，统一自动技审平台不存在对应的技审报告，则直接根据播出自动技审结果判断自动技审是否通过，对自动技审不通过的节目文件，需要在后续的人工复检环节，人工再确认节目文件是否可用。图4：播出内部的自动技审流程
3. 人工复检
人工复检的主要目的是针对播出自动技审环节出现问题的媒体文件，按照技审报告进行逐一审看，最终确认节目文件是否可播。人工复检工作需要值班员在专门的人工复检软件上手工进行，软件可以过滤出所有自动技审出现问题的节目文件，值班员选择对问题节目进行人工复检后，软件根据技审报告展现相应的错误信息，值班员要逐一进行审看和确认，判定节目文件是否可以通过人工复检。同时系统中还应该有配套的策略，只有对自动技审通过或者人工复检通过的节目，才能发起后续的三级整备流程，这样可以防止问题素材被整备到视频服务器，最终造成播出事故。图5：人工复检功能模块软件截图
4. 头尾检测
三级整备是播出节目文件整备的最后一个环节，会将文件从播出二级存储迁移到视频服务器存储区，由于不同品牌的视频服务器对于指定类型的文件具有自身的Native格式，即媒体文件迁移到播出服务器以后会被拆分为一组只能够被服务器自身解析的内部文件，因此无法使用MD5校验技术来检验文件传输后的完整性。即使节目文件可以保证正确完整的传输到了视频服务器，但是由于节目文件的来源非常广泛，是由不同的软硬件平台生成的，即使我们制定了统一的媒体文件封装编码格式规范，但仍存在备播的媒体文件同视频服务器的兼容风险。除此之外，最后传输到视频服务器的节目文件时长是否完全符合播出节目单上的播出编排时长，我们也需要采取技术手段来确认，否则当出现节目文件时长短于播出编排时长的情况，就会出现播出事故。为了解决上述问题，我们可以采用“头尾检测”的方法来保障播出整备最后一个环节的安全性。头尾检测是指播出控制系统根据播出编排节目单，过滤出所有等待视频服务器播出的节目，进行排重后，以播出时间为优先级，控制视频服务器的播放通道进行节目文件头尾正常播放和中间快进播放，并根据服务器的反馈判断已备播的节目文件是否能正确播出。使用了头尾检测的方法后，如果节目文件出现同视频服务器不兼容的问题，或者节目文件的时长小于节目单编排播放时长，我们就可以通过视频服务器的反馈获知，并且系统自动发出声光报警。值班员通过报警信息可以及时获知错误状态，及时进行人工干预处理。图6：头尾检测工作流程
5. 提前播“提前播”是在“头尾检测”的基础上进一步完善的一种自动化技审方法，头尾检测方法虽然对节目文件的格式、兼容性以及时长未达标等情况可以实现自动检测，但是对于画面内容的差错却无法检测，比如当画面出现马赛克、花屏，或者画面内容与原始节目内容不一致等情况均无法检测到。而提前播就是基于播出节目单的基础上，进行待审节目筛选后，控制空闲的视频服务器对节目文件进行1：1时长的播放，并将视频服务器的输出信号接入到提前播技审工作站的视频输入端口，提前播技审工作站可以对输入的信号实时提取视音频指纹，并与前端继承下来的视音频指纹进行逐帧对比，这样当任意一帧画面内容和制作端的画面内容不一致时，都可以及时检测到，并通过系统进行声光报警。头尾检测和提前播各有优缺点，头尾检测的优点是审核时间少，占用服务器的播放通道较少，可以多个频道共用一个播放通道进行头尾检测，整体硬件成本较低，缺点则是无法检测画面内容的异常；而提前播的优点是可以准确检测任何一帧画面内容的异常，缺点则是只能占用1：1的时间来审核，占用时间较长，占用的视频服务器通道数量也较多，并且必须在电视台前端建立全台统一技审平台，实现视音频指纹提取等相关技术，实现的成本和难度都比较大。图7：提前播的工作流程
五、电视节目质量管控体系的总体架构与流程基于上述关键技术和流程设计，我们可以构建一个完整的面向频道播出的全流程文件化的电视节目质量管控体系，该体系的总体技术架构如下图所示：图8：面向频道播出的全流程文件化的电视节目质量管控体系总体技术架构
图9：播出整备过程中整体的业务流程
通过建立全流程文件化的电视节目质量管控体系，可以实现从节目制作源头开始的每一个环节严格控制媒体文件的质量，将问题尽可能的控制在上游环节，减少了问题的影响范围和处理时间，从根本上解决了媒体文件传输损坏或者被篡改的可能性，可以最大限度的保障播出安全。 再先进的技术，再完备的系统设计，也需要依靠人来操作，我们还需要不断加强值班员对新技术、新流程、新业务的培训，同时要制定科学有效的管理规范，加强管理，从管理和技术两个方面共同努力，确保电视台在新的网络制播体系下的安全播出。 编辑：中国新闻技术工作者联合会
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