新媒体环境下广播电视信号传输模式分析

于仁迪

（作者单位：山东省广播电视传输保障中心昆嵛山转播台）

我国广播电视传输系统现正处于数字化转型和网络化重构的时期，传统模式的局限性日益凸显。研究新技术引领下的新传输模式，对于把握机遇、顺应形势，实现广播电视信号有效覆盖具有重大意义，期望本文的研究内容能够为行业转型发展提供理论和技术参考。

1 新媒体环境特征

1.1 网络化

新媒体环境呈现高度网络化的特点，传统的广播电视媒体与互联网深度融合，实现了媒体的数字化和信息网络化。通过使用数字编码、光纤传输等现代信息技术手段，实现了信号传输与交换的互联互通，这使得信息可以快速在终端用户之间流通传播。基于宽带网络技术带来的高速率传输优势，新媒体环境下的视频、音频等包含大量信息的数据类型可以流畅地交付。同时，协议的标准化也推动了不同系统和网络之间的兼容互通，内容可以跨平台、跨终端进行传播使用。用户通过有线或无线网络获取信息内容的渠道也更加多样和灵活。

1.2 数字化

新媒体数字化模式特性，主要体现在信号采集、编辑、制作、存储、传输等全链路的数字化处理中。传统模拟信号逐步被数字编码信号取代，使得信号在存储和传输过程中不会堆积误差，防止了质量下降。同时，数字信号也意味着信息可以通过计算机进行数字化处理和多媒体编辑，实现了信源编码、压缩、加密以及数据格式封装等技术手段。数字化信号形式也为实现互操作性与兼容性提供了基础。在传输环节，数字信号可直接在数字传输系统中交换，而无须数模转化。数字化技术在新媒体环境推动下得到广泛应用，不仅改变了信号处理与编辑形式，也为实现灵活高效的数字信号传输与交换提供了保障。

1.3 移动化

移动化意味着用户获取信息和媒体互动的主要渠道向移动化方向转变。面对新趋势，传统依赖有线网络的广播电视传输和接入模式已经难以满足用户需求。这对传统广播电视系统功能和传输模式提出了全新挑战，传统广播电视媒体需要进行技术升级以保证内容时效性和流畅度。整个系统必须适应新媒体环境移动化特征，通过更新技术手段实现各类视频、音频向多种移动终端的有效传输和分发，使之能够持续快速地为移动用户提供精准服务[1]。

2 传统信号传输模式分析

2.1 模拟信号传输

长期以来，传统广播电视系统使用的是模拟信号形式。信号源信息经采集和编辑处理形成模拟电压信号，经调频/调幅后直接在有线或无线信道中传输分发。这类系统中，信号采集环节多为模拟扫描或人工合成。信号在传输和交换过程中易受干扰和衰减影响，存在质量劣化问题。另外，模拟信号也不易实现信号再生放大、频带压缩等处理。这类系统中安装的用户终端往往只能接收某一特定信号类型，且对信号稳定性和质量要求高。因此，模拟信号传输系统面临编码效率低、抗干扰能力差、系统匹配性较弱等问题。这已无法满足新兴数字化多媒体业务在图像和音效品质方面对信号质量的要求，也不适应大容量信号的交换传输需求。

2.2 有线电视网络

有线电视网运用同轴电缆或光纤作为传输媒介，实现电视信号的集中传送，是传统广播电视系统典型的有线传输方式。这种工作在特高频信道的树形或环形有线电视传输网，可为限定地域内的用户提供多套电视频道信号。由于它以有线方式传输，基本上不受无线信道外界干扰的影响，信号传输质量较为稳定可靠。但是这类网络存在传输距离有限、信号易出现损耗衰减、系统抗干扰能力较差、用户可选择的节目数量有限等问题。特别是家庭用户的终端普遍为简单的电视接收机或集成接收机解码器，只能从固定信道中选择性接收节目内容，无法实现交互或点播功能。这样的有线电视网络和终端设备已经很难满足新媒体环境下用户日益增长的交互、点播、高清传输等服务需求[2]。

3 面向新媒体的广播电视信号传输模式

3.1 IP化传输

3.1.1 IP分组传输

IP分组传输技术可以实现多业务流的统一传输，将音视频信号进行分组和封装后与数据业务实现统一承载。在这种传输方式下，信号以可变长分组形式在网络中传输，分组头部带有目的地址并根据事先规划好的路由路径转发，无须保证时序与质量。这样可以实现不同来源和类型的业务流传输互通和网络资源的动态配置。相比传统电路交换机制，IP分组传输技术突破了其限制，支持宽带、交互和服务融合的新型信号传输模式。这对推动和应对面向新媒体环境的广播电视系统IP化提供了重要支撑。

3.1.2 多协议复用

多协议复用是指在IP承载层上传输包含多种信号的复合业务数据流。通过识别分组头信息中的协议类型字段，网络节点可以分别提取出复合业务流中不同的音视频信号分组，然后根据其对应的解复用规则进行处理。这样就可以在一个IP信道上实现多种压缩编码制式和封装协议的复用传送，如MPEG-2 TS、实时传输协议（Real-time Transport Protocol, RTP）、超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol, HTTP）、流媒体等都可以复用在同一IP网络的业务中。与传统的模拟电视系统要求信号到信号传输不同，多协议复用技术丰富了信号类型，满足了新媒体环境下用户对音视频服务多样化的需求。

3.2 OTT传输

3.2.1 App分发

OTT（Over The Top）传输是新媒体环境下兴起的一种内容分发模式，其突破了传统业务仅可通过运营商专网的限制，基于公共互联网直接面向终端用户。在该传输模式下，消费者可以通过各类开放应用程序（Application, App）获取丰富的音视频内容。App分发使服务提供方无须依赖底层网络即可将商品直接在应用层提供给最终用户。如果需要订阅特定内容，用户只需下载相关App并在其应用界面进行选购。这类OTT传输模式中，App为内容消费者提供了重要功能，集内容目录、推荐、播放、支付等于一体，使得用户可以通过非常简便的渠道访问内容。App分发技术推动了内容分发向OTT传输模式的演进，丰富了新媒体环境下的用户体验。

3.2.2 CDN缓存

CDN（Content Delivery Network）即内容分发网络，是面向新媒体环境的OTT传输系统中重要的缓存和分发技术。它通过在网络中部署大量分布式缓存服务器，使内容分发更加贴近用户，利用本地缓存节省主干网络带宽，减少播放延迟。CDN系统可以依据用户访问和流量分布，调度缓存节点，对请求进行就近响应。此外，CDN的缓存服务器之间还会按需实现内容分享和互备，这对处理视频直播或点播的大流量访问请求也很关键。相比直接从源站调用，CDN的接入提高了音视频交付的效率与可靠性。其快速响应和容错能力，使新媒体环境下的用户获得更加流畅的体验[3]。CDN内容分发流程详见图1。

图1 CDN内容分发流程图

3.3 混合网传输

3.3.1 固网和无线网融合

面向新媒体环境，实现固定网络与无线网络的融合已然成为广播电视信号传输的重要发展趋势。固定网络即光纤到户等有线宽带接入方式，可提供大容量、低时延的传输服务；与此相辅相成的是，无线网络则使服务接入实现全面覆盖。将两者的技术优势进行融合，既可以提供质量有保障的宽带接入传输，也可以使终端用户享受到无线网络所带来的移动灵活性。从技术实现上看，固定和无线异构网络的融合主要借助IP化实现。在网络核心和汇聚层上进行流量管理、业务控制和资源优化配置；在接入层上连接进入用户站点的各类固定或无线终端。这样，对上层应用和服务来说，整个网络构成一个逻辑IP网络，为音视频内容的传输和交互提供基础保障。

3.3.2 跨层和跨网传输协作

在面向新媒体的广播电视传输网络中，不同网络层次与系统网络之间存在跨层、跨网协作。从网络架构看，包含服务层、控制层、传输层和物理媒介层。各层间通过开放接口互联。传输层面也实现了无线网络、有线网络等不同基础网络的互联。构建跨层优化机制，可实现物理层链路与IP层之间、MAC（数据链路唯一标识）层与网络层之间的参数协同优化。提供端到端信号流传输时，可利用网络之间协同，如卫星电视信号分发至用户本地，再通过光纤网络实现传送。

3.4 内容适配传输

3.4.1 动态码流适配技术

面向新媒体环境，广播电视信号传输需面对用户网络条件复杂多变的情况。动态码流适配技术通过智能化监测网络传输状况和用户终端处理能力参数，根据监测反馈在编码器端动态调整编码配置，实时产生不同码率、不同分辨率的媒体码流。然后在传输网络侧根据用户实际带宽、终端类型等条件，选择合适比特率和格式的媒体流进行传送。此类码流适配技术可以根据下行带宽范围调整码流档次，如标清、高清、超高清等，还可基于屏幕尺寸切换不同分辨率，实现流畅的播放效果。动态码流适配机制强化了面向新媒体传输的适配性，增强了系统对网络状态变化的敏感信息响应，为用户提供可靠流畅的视听体验。

3.4.2 按需分发的内容定制

新媒体环境下的用户对内容的选择兴趣和互动参与度明显增强，这要求内容生产和传输针对不同用户群体特征，提供个性化定制服务。按需内容分发和定制传输模式正是在这样的背景下出现，该模式通过分析用户偏好、行为数据，结合点播情况，实时预测用户可能感兴趣内容，然后进行个性化推荐。在信号传输部分，也可按用户定制需求对流媒体编辑裁剪、插入广告，使信号具有定制性。与统一分发传输模式不同，这种按需内容定制和传送方式，可以明显提升用户体验并增强互动[4]。

4 新媒体环境下信号传输模式发展趋势

4.1 5G、光纤网络等新技术应用

面向新媒体环境，5G和光纤网络等新兴技术的应用是广播电视信号传输模式发展的重要趋势。5G具有高带宽、低时延的重要特性，可以提供丰富的网络容量来承载高质量的视频业务，其对广播电视信号传输也提出了更高需求。此外，光纤网络也在高速发展，特别是光纤到户成为重要技术手段。在用户接入端使用光纤直接连接，配合5G提供固定与移动融合的宽带接入，可以给终端用户提供更高速率、更实时的视听体验。

4.2 流媒体直播、点播平台建设

流媒体直播通过低延时编码和传输技术，使现场事件可以快速并连续地传送至终端用户。与直播配合的还有即时评论、弹幕互动等技术的应用。流媒体点播平台提供包括回看在内的按需点播服务，用户可以根据自己需求选择和观看节目。相比传统按时间表播放的方式，这两种流媒体平台更加突出“以用户为中心”和交互性。因此，信号传输系统需要更新，基于流模式建立支持大规模直播流、丰富点播源的分发网络，并增强协议和编码机制对实时性的支持，这是面向未来新媒体环境传输网络向流媒体平台演进的重要趋势。

4.3 多屏互动、用户生成内容

随着用户终端类型的多屏化，传输系统需要兼容手机、平板、电视机等设备，实现多屏场景下内容的制作和传送。同时，普通用户也是内容生产者，上传或直播自制内容需要系统具备大规模分发用户生成内容的能力。这两大趋势对信号的编码、传输和交互功能提出了全新挑战，系统需要提升信号互动性，增强点对点的低延时信令控制，扩大上传容量，并建立内容安全管控和版权保护机制，才能满足多屏环境和用户内容爆炸式增长的新媒体形态。

4.4 数据分析驱动的精细化运营

面向新媒体环境，广播电视传输系统需要收集用户喜好、设备数据以及自身网络运行状态数据，然后通过建立大数据分析平台，应用大数据分析和人工智能（Artificial Intelligence, AI）算法技术，对这些多源异构数据进行清洗、融合，实现对用户群体画像、网络运行状态、系统性能等方面的深入挖掘与建模。例如，分析用户的内容浏览与互动记录，提取用户偏好特征，或检测网络各节点的负载状态，可以发现系统瓶颈，还可以预测未来内容流量变化趋势，评估传输网络运力需求。通过这些对用户及网络运行状态的深入分析与建模，可以从数据驱动的角度实现广播电视传输系统的精细化运营与升级[5]。

5 结语

面向新媒体环境，为适应数字化、网络化和移动化需求，广播电视传输模式正在发生重要变革。其中，IP化传输实现多业务信号打包传送，OTT和CDN技术支持大流量分发，固定网络和无线网络融合形成混合网，以及动态码流适配等技术强化了用户体验，这些都是面向新媒体环境的关键信号传输模式。与此同时，5G和光纤网络建设、流媒体平台应用，以及利用大数据分析实现精细化运营，也成为进一步发展的重要趋势。传统传输模式正通过吸收各类新技术与新模式而获得新的发展机遇，这些变革与趋势都将持续推动传输网络向新媒体深度融合。