随着 IP 视频的诞生，以及诸如 JPEG XS 等轻量级压缩工具的使用，当前广播电视的视频捕捉、处理和分发方式都发生了很大改变，全 IP 环境下的时间同步问题也成为研究重点之一。本文分享主讲人对电视广播行业近年来的新技术及其发展趋势进行概述。
来源：VSF March 2022
主讲：Andy Rayner
内容整理：赵研
数据传输的发展
广播电视服务的框架大致如图 1 所示，即用户发起一个视频请求，由制造商进行处理，并提供实时的广播电视体验。制造商的发展需求可概括为两部分：提高产品内容质量，以及降低成本。为了达到这两个目的，业界主要在数据传输和视频压缩这两方面进行了改进。
数据传输方面，广播电视服务经历了从模拟到数字、从固定线缆到全 IP 网络的一系列发展，如图 2 所示。VSDL、光纤等有线带宽接入方式具有高速、稳定等特点，而以 4G/5G 为代表的蜂窝网络具备更好的移动性和漫游性，二者相互结合，为广播电视服务的全 IP 化奠定基础。此外，在基于 IP 数据包传输的业务场景下，很多基于网络的新技术被引入，例如用于流媒体实时传输的 RTP 协议、用于传输质量保证的 QoS 等。从有线到无线的演进大大提高了网络带宽和数据传输能力，带来了服务效率和业务覆盖率的明显提升，但也造成了更高的延时、更大的缓存需求，以及更多的数据丢失。
随着电视媒体服务的 IP 化，数据传输接口也变得更加通用。如图 4 所示，此前的模拟信号接口和 SDI 接口都会根据媒体格式来定制化设计，而进入 IP 网络时代后，只需使用通用的网络接口即可。
视频压缩的发展
通过对视频数据进行压缩，可以有效降低存储、接口和带宽的开销，进而提高存储效率，降低带宽限制，减少传输时延。隔行扫描 (interlace) 是最早的数据压缩技术，它通过将一帧分为奇偶两场图像交替显示，可以在保证帧率的前提下降低传输带宽。
近年来，多种高效的图像视频编码标准相继问世。图像编码主要包括 JPEG 系列 (JPEG、JPEG2000、JPEG XS) 以及 PNG、WebP、BPG 等标准；视频编码方面，除了 MPEG 和 VCEG 专家组制定的一系列标准 (MPEG-1、MPEG-4、MPEG-5/EVC、H.261、H.263、H.262/MPEG-2、H.264/AVC、H.265/HEVC、H.266/VVC) 外，还包括 AOM 联盟发布的 AV1、AV2 标准，以及国内自主研发的 AVS 标准。
图 5 中展示了视频压缩的三个主要方面：质量、延时和带宽，这三者之间相互约束，需要根据应用场景进行折衷考虑。另一个更详细的五角形版本如图 6 所示，对 JPEG XS、JPEG 2000 和 H.264/AVC 的各方面性能分别进行标定，并引入了软硬件平台 (SW/HW) 兼容性和压缩比这两个指标。可以看出，JPEG XS 图像编码标准在延时、复杂度、质量、软硬件兼容性等方面都取得了较好的性能。
值得注意的是，这里的时延并不是指物理距离带来的传输时延（事实上这部分时延是不可避免的），而是通过对编码器内部的流水线和模块进行优化，来达到更好的并行和加速，进而降低编码时延和端到端时延。
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