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超高清时代云化媒体生产分析

在超高清时代,传统媒体生产方式效率低下,灵活性差,如4K、VR这类新型媒体内容的产能成为产业链的瓶颈。将内容生产放到云端,可以降低内容生产成本,提高生产效率,促进高质量内容的繁荣。

目前,中央广播电视总台正全力推进4K超高清制播体系建设,并将与华为共同打造4K技术, 在4K超高清制播、新媒体平台建设等领域密切合作(新闻链接)。上海交通大学媒体技术实验室(http://medialab.sjtu.edu.cn)也与华为iLab合作,在《电信技术》杂志2018年6月刊上发表论文“超高清时代云化媒体生产分析”。

本文介绍了超高清时代新型媒体内容生产和其带来的挑战、由传统向云化转型的技术途径,并分析云化媒体生产给媒体和通信产业带来的机遇。

1. 引言

2014年超高清电视进入市场,国外的各大视频网站陆续开通4K视频专区,中国电信也于2015开通4K IPTV服务。随着2017年12月广东广播电视台4K超高清频道试验开播,数字媒体产业从高清时代走向超高清时代,超高清产业和服务的发展进入快车道。

2. 媒体生产面临的挑战

在超高清时代,媒体行业出现了新的生产场景,这些场景对现有的媒体生产方式提出了挑战。

2.1 超高清时代媒体生产新场景

(1)4K视频录制

4K视频由专用的4K摄录机拍摄,再经过后期的处理和制作而成。4K视频具有高清视频4倍的分辨率,同时帧率可以达到60fps甚至更高,是通常高清视频24/30fps的2倍以上。4K视频可以给观看者带来更加清晰、流畅的视觉体验,是超高清时代的标志性服务。

(2)VR 360视频拍摄

VR 360视频可由360相机拍摄。360相机由多个摄像头组合而成,每个摄像头同步拍摄,最后拍摄的内容拼接形成VR 360视频。VR 360视频通过专用的头戴显示器播放,可以为观看者带来身临其境的视觉体验,在超高清时代拥有广泛的受众。

2.2 超高清时代媒体生产的挑战

超高清时代的媒体生产与过去相比,在存储、计算资源、传输网络方面都带来了新的挑战。

(1)存储

媒体数据的体积相比过去增大,4K视频原始数据的体积是HD视频的4倍,而对于VR 360视频,其整体分辨率可以达到8K甚至更高。一部4K分辨率电影在制作过程中会产生数百TB的媒体数据,而这样庞大的数据量会给媒体生产的数据存储带来巨大的挑战。

(2)计算资源

媒体生产过程的计算量变得更大。4K内容在制作上,相比HD内容,对计算资源的需求是8-10倍。制作一部高清画质的动画作品,渲染所需的计算资源已高达8000万核时,而超高清媒体内容生产对计算资源更是提出了挑战。

(3)传输网络

传统媒体生产中,媒体信号通过数字串行接口(SDI)进行传输。目前主流的HD-SDI所能承载的数据带宽为1.5Gbps左右,而对于超高清媒体内容,其传输需求的带宽可以高达24Gbps。此外,SDI信号需要使用线缆进行传输,线路布置繁琐,升级不够灵活。超高清时代对于媒体内容传输网络也提出挑战。

图1 不同格式视频对SDI接口带宽需求

生产环节的挑战导致超高清视频内容制作效率低下,内容不足成为制约媒体产业发展的主要瓶颈。

图2 传统媒体生产流程

3. 媒体生产转型的技术路线

为了应对媒体生产在超高清视频时代的各种挑战,云计算逐渐发力,云化媒体生产成为趋势。媒体生产由传统方式向云化发展过程中,会遇到很多问题。针对这些问题,目前已有部分技术途径可以解决。

3.1 媒体生产云化成趋势

随着云计算的成熟和普及,媒体制作及分发逐渐向云端迁移,“媒体云”也应运而生。“媒体云”是指基于云计算技术提供媒体服务和应用的新兴媒体业务。通过云端操作进行多媒体数据的汇聚、管理以及存储,减轻硬件及软件的负担。

媒体云可以用海量的计算资源代替专用的媒体处理设备,以大量的存储资源代替本地数据中心,以灵活的IP网络承载媒体数据传输,在减少媒体生产基础设施投入的同时,以弹性、按量计费的方式降低生产成本。

云计算海量的计算能力、大量的存储资源和灵活的网络配置为媒体生产带来广阔的前景。将4K视频、VR视频的内容编辑和渲染这类存储、计算密集的任务迁移上云可以提高效率,节约成本[1]。

图3 云化媒体生产流程

目前已经有将媒体生产放在云端的实例,如世界领先的在线视频提供商Netflix、著名的影视制作公司Sony等都将其媒体内容生产环节迁移到云上。但目前的云化媒体生产案例大多部署在私有云上,缺少一种统一的范式,不利于规模化生产;而在公有云上进行媒体生产还将面临互联网承载能力限制等问题。

3.2 媒体生产云化关键技术

3.2.1 媒体信号的传输协同性

相比于传统媒体采用SDI的方式进行媒体信号传输,云化媒体处理采用更加灵活、快速、通用的IP方式进行信号传输。相比于成熟的SDI传输方案,IP化传输带来更大的带宽、更大高灵活性同时,也增加了媒体信号格式、参数的不确定性,可能影响整个生产环境媒体信号传输的协同性。

电影电视工程师协会(SMPTE)提出超高清时代媒体信号通过IP网络传输的标准:SMPTEST 2110[2]。标准定义了一个基于实时传输协议(RTP)的可扩展系统,限定了系统的时序模型,并指定未经压缩的视频、音频、元数据等通过IP网络传输时的参数、格式。

SMPTEST 2110标准规范了采用IP网络传输媒体信号的统一格式,使传输网络中各个设备的协同工作成为可能。

此外,IP媒体解决方案联盟(AIMS)也在致力于整合目前存在的IP化媒体传输标准,并呼吁各组织、公司遵照统一的标准,以避免标准碎片化带来的产品互通问题。AIMS的提议已获得主要相关标准组织、公司的响应。

3.2.2硬件设备的操作互通性

云化媒体生产相比于传统媒体生产,人与设备之间的直接交互减少,更多的是通过IP网络对设备进行远程操作。此时,来自不同生产商的专业设备操作模式可能不同,操作界面也是独立的,操作人员需要频繁地切换工作方式,导致媒体生产的效率降低。

针对这个问题,先进媒体工作流协会(AMWA)提出了网络媒体开放规范(NMOS)[3],以实现专业媒体网络中不同厂商的硬件设备之间操作互通性。NMOS规范通过开发联网设备之间的连接管理和网络组件控制的API,统一硬件设备操作的接口,以促进专业媒体硬件设备和其操作者通过IP网络的交互,提高媒体内容生产的效率。

NMOS使用互联网标准和互联网友好技术进行开发,适合云化媒体生产的环境,并已获得BBC、Fox等多家公司和厂商的认可。

3.2.3媒体生产的范式统一性

云化媒体生产如果缺乏标准的范式,便无法大规模统一生产,生产环节依然会成为产业链的瓶颈。

动态图像专家组(MPEG)在第115次会议上提出网络分布式视频编码(NDVC)[4]的概念,针对媒体生产或者处理,将其处理实体置于云端或者边缘。在第119次MPEG会议中,扩展NDVC的概念,基于网络的媒体处理(NBMP)首次提出,并被定义为一个允许服务提供商和用户描述网络所执行媒体操作的框架,将媒体处理集成于网络并可通过API来访问相应的功能。NBMP于MPEG第120次会议正式开始提案征集,并已在2018年1月召开的第121次会议上获得业界多方的关注。

图4 NBMP架构

NBMP采用统一的接口和数据格式,对媒体处理任务和工作流程进行控制与管理,并对媒体内容进行处理和分析。对于媒体产业来说,NBMP可以看作一个云化媒体生产的范式,符合标准的生产流程可以方便地重用,规模化、统一化生产可以实现。同时,NBMP仅规定媒体处理中媒体数据、控制指令的交互格式,为媒体生产流程带来了极大的灵活性,适合于场景广泛的超高清时代媒体生产。

4. 云化媒体生产带来的机遇

媒体生产云化已成必然趋势,为网络运营商、服务提供商、技术提供商(包括方案解决商、软件提供商、硬件提供商)等带来新的商业机会。

4.1 运营商的机遇

媒体生产行业完成云转型,必须要有Tbps级别的网络带宽和大容量因特网以太网交换机,相关设备升级需要耗巨资并花费大量时间才能完全实现。

运营商可以为媒体生产行业提供特殊的网络服务,通过架设条物理的“云专线”,将用户的线下媒体中心和线上处理引擎互联,利用媒体云的弹性、快速扩展能力和计算性能处理媒体内容的同时,解决传输大量数据带来的带宽需求。除了保证稳定、高速的传输带宽,云专线还需要隔离公网,支持多位置、多方式接入,以实现安全、灵活的网络拓扑。

运营商可以自己部署云服务器,发挥ICT基础设施建设方面的优势,建立面向媒体生产的行业云或企业云平台,吸引传统媒体(如广播电视台、内容版权方)和新媒体(自媒体、社交媒体等)将原来的本地化生产迁移到新的媒体生产云上,巩固上游产业链合作,实现内容的快速上线,提升用户体验。

运营商还可以充分结合各省网络拓扑结构,依托数据存储中心和网络交换中心进行扩容再造,实现业务升级,建成高服务质量的媒体资源网络。

4.2 服务商和技术商的机遇

服务提供商可通过部署在云上的专业化媒体服务组件,最大化地发挥效能并快速应对B端市场的变化和需求。技术提供商通过提供全面的云系统方案(面向超高清媒体生产的云平台)、关键硬件设备(如SDI/IP接口转换设备、全IP化视频矩阵交换机等)以及支持灵活配置、组件化的软件(剪辑、编辑、字幕、包装、渲染、广告、编码、打包、版权、审核等),获得新的市场增长。

5. 结束语

媒体制作云化已成为发展趋势,不仅可以降低设备部署成本,并且具有灵活性和易拓展性,目前很多企业已经在尝试将内容生产云化,如影视制作商购买公有云服务,满足超高清媒体内容生产对高计算能力的需求;电视台通过租赁公有云或自建私有云,实现向4K升级。媒体制作云化需要高带宽的网络和云计算做支撑,运营商可以提供2B市场的云专线和云服务,为4K、VR视频产业发展提供保障。

参考文献

[1]ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/M41343. Overview of state-of-the-art cloud media processing, MPEG 120[S]. 2017.

[2] Professional media over managed IP networks: system timing and definitions. SMPTE ST 2110-10 2017[S]. 2017.

[3] Networked Media Open Specifications. [OL]. 2018. https://nmos.tv/

[4]ISO/IECJTC1/SC29/WG11 MPEG2016/N16335. Draft requirements for network distributed video coding, MPEG 115[S].2016.

本文分享自微信公众号 - 媒矿工厂(media_tech)

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原始发表时间:2018-07-05

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