春晚:万亿次比特翻转还原"真实"
2026年2月16日晚8点,北京市海淀区复兴路11号中央广播电视总台一号演播大厅的舞台上,某演员正在表演。
某盏舞台摇头灯内部的大功率LED或金卤灯泡发出射大量光子,其经由色轮棱镜雾化片以及调焦镜组的调制后完成CMY混色,以30万公里/秒的速度撞击演员的服饰或皮肤。各类实体分子的结构决定其选择性吸收某些波长,反射后的光子径直飞入不远处摇臂式大型讯道机镜头。
01. 采集与离散
经过数十层镜片组和光圈的处理,最终被三片式分光棱镜物理分光为RGB三组,分别聚焦在拥有超4000万(8K+)光电二极管同时工作的CMOS上,激发其完成电荷积累和转移,最终产生毫伏级的电压信号。
讯道机SoC芯片完成矩阵电压信号的读取,PGA完成前置增益放大,然后完成每秒数百万级ADC转换(16bit),整合成为三路全采样的原始图像数据,经SoC完成基础同步(Tally整合)和协议封装,成为标准为SDI或IP帧数据,随后进行高速串行化。SoC在10毫秒内完成超千万像素(120FPS)的读取、处理与封装,形成连续的数据流并送至导播间CCU。
与此同时,演员声带振动、经由鼻窦共鸣发出声音,电容式麦克风的薄膜被共振,同样经由前置放大器去噪和ADC采样,被局域无线信道送入调音台。此时数据完成离散化采集,连续变化的世界被转换成了可被传输、校验、复制的具体数据。
02. 导播与合成
离开舞台,导播人员借助CCU内部的DSP芯片协调讯道机完成光圈控制、ISO感光度调节等。CCU完成矩阵色彩校正等显像处理,最终整合还原出原始RGB图像,随后完成黑电平矫正和白平衡、去噪和锐化等处理,最后形成多路并行标准协议的视频数据流。
与此同时,数百台讯道机借助PTP精确时间协议完成微秒级时间实时同步,数百路原始视频数据流就此诞生。借由讯道机镜头的运动跟踪数据,来自演播中心机房的GPU阵列的DEV数据(涵盖AR增强现实特效、动态字幕、预制效果动画等合成视频数据流)被CG引擎实时生成。
多路原始视频数据流在导播台完成非阻塞交换,随后CCU调动DSK键控制器,将Fill填充信号与Key掩码信号利用硬件级单像素的色度键和亮度键运算,将原始视频数据流和合成视频数据流叠加绘制。与此同时,调音台实时处理数百个音轨(包括话筒声、背景声、环境声、合成声等)进行均衡、压限、混响等处理。当音频确保音画PTS时间戳同步后再次被嵌入视频之中。
03. 编码与切片
一切实时内容全部叠加完成后,CCU输出可推流且未压缩的PGM音视频母流信号。此时数据完成基础处理与导播,离开导播间,随后PGM母流进入音视频编码服务器集群,为适配不同网络环境下的互联网带宽,原始信号完成色彩子采样(丢弃约75%的色度冗余)、CTU编码树单元块分割、硬件运动补偿等完成数据量级压缩,实时产出含有多个码率的梯度并行码流数据,不同的码流完成GOP关键帧对齐后,最终形成一组可被ABR多码率自适应调节的数据流。
与此同时,来自现场专业声卡的音频母流被下混为环绕立体声,同时可封装多语种音轨。在向核心网推流的首公里传输中,编码器将这些数据流封装为RTMP流并借助高纠错能力的SRT协议推向核心骨干网。为了适应移动端设备流媒体播放,流媒体服务器会进一步进行切片处理,即将视频切成一段段2-6秒的小片段(.ts或.m4s),并生成.m3u8索引文件(CMAF标准格式)。
上述编码工作流通常在多路物理隔离的编码线路上同步进行,以实现冗余与备份。此时数据完成编码与切片,标志着数据正式离开了演播中心,进入互联网。
04. 传输与分发
封装好的CMAF数据流由总台边缘网关推入BGP核心交换层,并进一步进入国内骨干网。为应对春晚开播时的数亿级并发请求,超过约1500Tbps的并发带宽(保守估计移动端观看直播人数占总受众的30%,其中5% 4K,45% 1080p,50% 其余平滑画质),这是对互联网分布式架构的大考验。
联合移动、电信、联通三大运营商,以及网宿、阿里、腾讯、华为等顶级CDN厂商,形成数千个边缘节点。商用级单模光纤直径仅10微米以下,却可以塞下近百个信道,借助DWDM波分复用,可提供数十Tbps的带宽。核心路由器同时具备阻塞控制与FEC纠错与丢包重传机制,其ASIC芯片在数纳秒内完成百万条级别的路由寻址。
这些RTMP数据流至少经由总台内网、服务端客户端互联网服务提供商的多个AS自治网,在逻辑上跨越了多个内容分发层级,下沉至无数省级、市级乃至区县级边缘CDN内容分发节点,并最终在物理意义上跨越约480公里到达山东济宁。
05. 终端与解码
当移动设备发起请求后,云服务器借助负载均衡和DNS调度自动寻找最近最合适的CDN节点。数据流经由城市骨干网进入分光器和OLT光路终端。家用光猫PPPoE发起PADI广播寻找接入服务器,协商握手打通逻辑通讯通道后,送出宽带账号信息并核实计费,并最终获得运营商下发的独一无二的城域网或公网IP和DNS 地址。最终通过TDMA技术将载有来自北京演播中心数据流的激光脉冲送入你家的ONT光猫当中。
此时数据完成互联网传输,光子撞击ONT中的光电二极管,产生极其微弱的电流,光猫内部的TIA跨阻放大器将电流转化为电压信号,随后由CDR时钟数据恢复电路锁定载波相位,从杂乱的波形中提取出1Gbps(本地协商带宽)的二进制原始位流。光猫内的ASIC芯片逐帧解帧,数据经由千兆网线以低压差分信号的形式进入路由器SoC,其内部的PPE跳过CPU轮询,直接在硬件层完成基于NSS网络子系统的PPPoE报文剥离,还原出纯净的IP数据包。
随后数据通过总线移交给无线基带,5.18GHz高频振荡器产生正弦波,经过精密的振幅和相位调制,将数据流转化到电磁载波上。借助波束成形技术,经由功率放大器调动路由器上两根天线,通过相位干涉在客厅的物理空间中拓扑出一条指向你手机的能量传播通道,这些电磁波在房间内反射折射,但坡印延矢量始终指向手机的MIMO天线。
06. 渲染与显像
手机网卡收到电磁波并解调回二进制数据流,DMA控制器越过CPU直接将数据写入内存,并触发硬中断通知Linux内核数据包送达。协议栈逐层剥离,从MAC层到IP层TCP/UDP层应用层,视频切片数据流被送入 SoC 内部的视频处理单元VPU,解码器拆开GOP数据包,从被极致压缩的数据中还原出原始的YUV空间像素,GPU 接手,完成最终的色彩空间转换,计算出视频中每一个像素的RGB值,最终这些来自流媒体服务器的.m4s媒体切片文件被递交给视频播放进程的Socket缓冲区进行校验和排序,在此跨越百公里和数十个互联网设备所产生的错误、延迟和抖动被冗余消解。
与此同时,某个直播播放进程不断往 BufferQueue里塞入解码后的画面,安卓系统渲染引擎进程SurfaceFlinger每隔16.6ms(60FPS)准时启动一次,借助HWC硬件模块将春晚视频画面、系统状态栏、悬浮球、应用界面等内容进行多层叠加绘制,计算出最终应该呈现在屏幕上的每个像素的颜色数值。屏幕驱动IC从内存中拉取数据,超过450万个RGB LED发光单元的薄膜晶体管的电压被精确控制,有机发光材料的原子在电压激发下发生能级跃迁,释放出特定波长的光子,最终实现为屏幕进行内容显示。
07. 感知与整合
此时数据离开所有电子设备,这些光子经过你的眼角膜瞳孔晶状体玻璃体等,最终聚焦在你那厚度仅0.3mm左右的视网膜上,约1.2亿个视杆细胞感知灰度亮度、700万个视锥细胞感知RGB三色,它们纷繁复杂的突触经由视网膜底部的水平细胞、双极细胞和无长突细胞的整合,汇集为左右两束视神经。
由于视神经只有约100万根,因此来自视网膜的视觉数据在进入脑区前就经历了约120:1的物理级丢损压缩,经由视交叉上核左右视野分流后送入脑神经II视神经,来自春晚舞台的画面被送入位于大脑枕叶的视觉皮层,V1区感知图像线条的角度和方向、V2处理色彩与纹理、V4进行实时的白平衡处理以维持色彩恒常性、V3和V5则更深入地感知动态图像。此时数据完成主观感知层面的视觉整合,抽象的图像概念被进一步提供给命名为“我”的主观意识。
上述一切,发生在约20秒内!需要每一块电路板上每一颗电阻电容的稳定工作,涉及无数个设备芯片晶圆中约10^15量级的比特位翻转(粗略估算)。
舞台上摇头灯发出的光不是我看到的光,讯道机记录的也不是我看到的光,视觉还原的"光"更不是光,但他们在意义上是等价的。而我深知,这一切的一切终能还原为基本粒子和自然的力,面对如此世界,怎能不感到敬畏和震撼呢...
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