低延迟视音频压缩编码在广播电视实时互动中的应用实践

引言：

随着数字媒体和网络技术的迅猛发展，广播电视节目正从单向传播向多元互动演进，实时连线、观众互动、远程访谈等形式日益普及。为了保障互动过程的自然流畅，低延迟成为视音频传输的核心技术需求。传统编码方式难以满足毫秒级响应的应用场景，亟需优化压缩效率与延迟控制。因此，研究低延迟视音频压缩编码不仅具有重要的工程实用价值，也对推动广播电视互动模式的革新具有深远意义。

一、技术基础

低延迟视音频编码技术的核心，在保证画质与音质这一重要前提下，是旨在尽可能去缩短从编码历经传输直至解码的整体所需时间。该技术原理主要涵盖诸多内容，如通过减少预测延迟、优化像使用I 帧以及低延迟B帧这般的帧结构、降低编码所存在的复杂度，还有利用快速运动估计与并行处理等各种技术。在编码流程当中，需要借助实时采集、快速压缩、即时传输以及高效解码等环节进行协同优化操作，以此确保整体系统响应时间能被控制在可接受的范围以内。目前诸如H.264（低延迟模式）、H.265、AV1 等的当前主流协议标准，全都对低延迟配置予以支持。除此之外，在音频编码方面时常采用AAC - LD、Opus 等这些低延迟相关方案。关键性能参数包含端到端延迟、码率控制具备的能力、抗丢包所拥有的能力与编码压缩效率等，它们直接对互动系统的体验质量与技术可行性起到了决定性作用。

二、应用场景

（一）直播场景：构建低延迟端到端传输链路

在大型综艺亦或是新闻报道以及体育赛事的直播情境当中，特别是当涉及如同观众投票以及弹幕互动此类的实时反馈机制之际，延迟这一因素便成为了对互动体验产生关键影响的重要方面。为了能够满足在此种情形下的需求，直播系统通常来讲会采用低延迟编码器，例如支持 H.264/AVC抑或是H.265/HEVC 低延迟配置的硬件编码设备，并且还会以RTMP、SRT或者WebRTC 等低延迟传输协议作为辅助手段。与此同时，为了能够有效地降低编码过程当中所产生的开销，直播源往往会以相对较低的分辨率以及压缩复杂度作为输入条件，进而再通过边缘节点来完成分发以及缓存控制相关操作。然而在整个部署的过程当中需要特别注意的是，端到端延迟必须要被控制在 500ms 以内，以此才能够确保观众与主持人之间能够实现交互的自然同步。

（二）远程连线：保障互动流畅与画质稳定

在新闻采访、连麦问答以及直播连线等节目当中，极为常见的远程连线这一形式，对传输时延以及双向互动的同步性所提出的要求会更高。而通常会采用像 WebRTC 架构的点对点架构，并结合比如 Opus 音频加上H.264 baseline 视频的低延迟音视频编码方案来进行编码处理。原因在于为避免因网络抖动而导致的卡顿状况出现，系统得具备自适应码率调节也就是ABR、前向纠错即FEC 还有抗抖动缓存机制。在编码器和解码器这两者之间，对于帧缓冲策略必须要做到严格控制，防止由于缓冲冗余而致使延迟加大，在技术部署方面有着总体交互延迟低于 200ms 的要求，目的是为达成仿若“ 面对面” 的对话效果。

（三）在线访谈：多端接入与同步控制挑战

在复杂的远程访谈或者圆桌节目等场景里，常常会涉及到的情况是多个来自于不同地域的嘉宾、以使用各式不同设备接入的方式，而如此便导致系统部署与延迟控制的复杂度出现增加态势。此场景需要建立起中心服务器或者所谓的“ 互动调度中心” ，目的在于对多路视频流统一实施聚合、混流以及时序控制操作，进而达成确保画面与音频能够保持同步。编码方案方面，需在压缩率和实时性这两者间去寻求平衡，较为常用的做法是采用低延迟 H.265 编码器与 SRT 协议传输相配合，并且通过引入诸如 NTP或者PTP 这类时钟同步机制，以此实现各方画面在时序上的一致性。而且还需要与内容导播系统相配合实现画面的动态切换，来保障节目能够以专业的形式呈现。从技术指标角度来说，需让各通道延迟维持一致状态，波动范围不应超出 50ms ，避免出现音画错位以及对话重叠等不良现象。

三、实践案例分析

（一）案例一：央视春晚网络直播互动系统

央视春晚作为在国内有着极大影响力的电视节目之一，其上亿观众同步进行观看评论抽奖所依赖的在线互动直播系统。在2023 年春晚项目里，采用了H.265 这种低延迟编码模式且结合SRT 传输协议，为降低因地理距离引发的网络延迟还部署了分布式边缘计算节点，视频采集端通过使用专业编码卡来做硬件压缩把端到端延迟控制在 600ms 以内。而为保障像“ 摇一摇赢红包” 此类互动环节的实时性，ABR 机制和云端调度系统被引入以便自动调整码率适配不同网络环境。从评估结果来看该系统在 99% 的用户侧能实现低于1 秒的总延迟且互动响应时间处于 200AA-400ms 间让体验保持流畅稳定。

（二）案例二：湖南卫视《天天向上》多地嘉宾远程连线

在2024 年《天天向上》的某一期节目里，被采用的是多地嘉宾实时连线形式，此节目团队所选用的是以WebRTC 作为基础框架，并搭配了H.264Baseline 编码以及 Opus 音频编码，以此来实现嘉宾跟主持人之间达成无缝交流。而系统则在每位嘉宾端将低功耗采集编码一体机进行部署，且是通过VPN 专线接入到总控中心的方式。为了能够保障画面同步，采用的策略是帧级时间戳比对与Jitter Buffer 动态调整，尽最大程度降低延迟差异。从节目实际表现方面来看，嘉宾之间的对话响应延迟被维持在 150-180ms 这样一个区间，音画同步误差也是被控制在± 30ms 的范围，以此确保节目具备连贯性以及较好的观感。用户所反馈呈现出的是互动自然，仿若远程嘉宾就在置身现场的一种状态。

（三）案例三：北京广播电视台“ 云上访谈” 节目系统构建

2022 年被北京广播电视台启动的“ 云上访谈” 系列节目，是有着探索疫情背景下远程制作方式的目的。而其搭建的基于自研平台且结合 OBSStudio 采集、NVIDIA GPU 加速 H.264 编码及 Zixi 协议以进行低延迟传输整体解决方案的互动节目制作链系统里。访谈嘉宾是以网页端的方式被接入，接入画面由平台进行统一混流与转码后再被推送至播出信号链路，此系统具备最多支持 8 路远程源接入以及良好扩展性与调度能力等特性。经测试可知每一路视频延迟平均被控制在 300ms 左右，系统不仅整体运行稳定而且抗丢包能力强，在多个直播场景当中观众互动反应呈现一致性、音画表现得较为自然，这一切充分展示出低延迟编码方案在工程方面的成熟程度。

结论：

低延迟视音频压缩编码技术在广播电视实时互动中展现出显著的应用价值，不仅提升了节目响应效率与观众参与感，也为多样化互动形式提供了技术保障。然而，其在编码效率、网络适应性及系统成本等方面仍面临挑战。未来，随着 AI 辅助编码、自适应网络优化及边缘计算等技术的发展，低延迟编码有望实现更高性能、更广覆盖的应用，助力广播电视行业向智能化与互动化持续演进。

参考文献：

[1]宋利,刘孝勇,武国庆,等.低延迟视频编码技术[J].北京航空航天大学学报,2021,47(03):558-571.

[2]买尔丹·祖农.基于体域网技术的数字音频实时传输系统设计[J].现代电子技术,2022,45(03):176-180.