融合網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

李 文

（佛山電視臺順德分臺，廣東 佛山 528300）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的單一電視直播優(yōu)勢正在逐漸減弱，網(wǎng)絡(luò)平臺開始占據(jù)更多直播市場的份額。從廣播電視行業(yè)的角度出發(fā)，地方電視臺應(yīng)該發(fā)揮對影像傳播應(yīng)該的引領(lǐng)作用，不僅宣傳黨政信息，而且還要為人民群眾建立更加可行、可信且可靠的價值傳播平臺。因此結(jié)合當(dāng)下的傳播技術(shù)，如何有效建立以及運用一個具備多融合的樞紐性直播系統(tǒng)是一個重要的問題。

1 設(shè)計背景

自地方融合媒體建設(shè)以來，很多電視臺都已經(jīng)具備了基本的單節(jié)目直播能力。某電視臺為更好地發(fā)揚以及傳播當(dāng)?shù)仫L(fēng)貌以及正能量，計劃對多個網(wǎng)絡(luò)平臺以及本地頻道進行同步直播。其中，直播來源將廣泛采取城市各攝像頭、外場活動、演播室、視頻文件以及音頻文件等信號，由于攝像機信號并不具備音頻，因此在轉(zhuǎn)播該信號時要考慮加嵌音頻。對信號進行轉(zhuǎn)播處理后，不同平臺涉及的字幕可能不同，因此對字幕的處理也有要求（具有獨立性）。在正式對外直播前，延時直播也是安播要求之一。綜上要求，某電視臺在技術(shù)層面梳理發(fā)現(xiàn)存在對多類型信號調(diào)度、實時多路音頻加嵌、多路字幕處理以及多路延時等環(huán)節(jié)的處理問題。經(jīng)過調(diào)研廣電相關(guān)設(shè)備，暫未發(fā)現(xiàn)能統(tǒng)一處理上述功能的設(shè)備。因此，根據(jù)臺內(nèi)現(xiàn)有條件并結(jié)合相關(guān)信號處理設(shè)備，提出了“多進嚴(yán)出”的應(yīng)用思路，利用信號多協(xié)議轉(zhuǎn)換、IP矩陣以及實時編解碼等核心技術(shù)原理設(shè)計了一套融合網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以滿足某電視臺的現(xiàn)有需求，對未來的應(yīng)用拓展也具有支撐作用。

2 實現(xiàn)原理及總體思路

信號多協(xié)議轉(zhuǎn)換是將數(shù)字SDI信號、多協(xié)議IP流信號（UDP、HTTP、FLV、RTMP以及RTSP等）轉(zhuǎn)換為格式統(tǒng)一的信號（例如指定UDP、RTMP以及RTSP協(xié)議等）。

IP矩陣是指將不同類型的流信號都匯聚到矩陣中，通過矩陣調(diào)度將不同的流信號輸出到不同的目標(biāo)地址。

實時編解碼是指對調(diào)度輸出的流信號進行解碼再編碼，目的是對該流信號加嵌音頻處理以及CG字幕處理。

總體思路如下：1） 在信號處理方面存在對不同類型信號源進行轉(zhuǎn)直播的需求，因此設(shè)計時考慮了2個處理環(huán)節(jié)，分別是信號類型轉(zhuǎn)換以及信號類型統(tǒng)一。關(guān)于統(tǒng)一信號的類型，由于基于IP流類型的信號居多，因此核心的處理系統(tǒng)采用IP類型的設(shè)計基礎(chǔ)。針對非IP流類型的信號，通過編碼器轉(zhuǎn)換為IP流，進入后續(xù)的處理流程。結(jié)合發(fā)布方面，主要面向網(wǎng)絡(luò)直播，因此采用IP流類型的處理設(shè)備可以無縫實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直播的鏈路應(yīng)用，對傳統(tǒng)類的發(fā)布端可以通過解碼器實現(xiàn)異端發(fā)布。2） 在發(fā)布方面存在多終端的發(fā)布需求，不僅要滿足多終端發(fā)布的需求，而且也要滿足不同內(nèi)容的發(fā)布需求，這樣才可以適應(yīng)未來應(yīng)用場景的隨時變化，使系統(tǒng)具有更好的可適應(yīng)性。因此，系統(tǒng)操作考慮采用播單的方式，滿足直播節(jié)目自動化播出的需求。同時，也支持手動模式的隨時介入，可以實現(xiàn)靈活運用的功能。

3 詳細設(shè)計與運行流程

3.1 架構(gòu)設(shè)計

某電視臺融合網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)可以對多格式、多信源號進行匯聚調(diào)度，支持手（自）動控制切換，以頻道直播、網(wǎng)絡(luò)直播的形式送到頻道播控及第三方平臺網(wǎng)絡(luò)進行分發(fā)。

系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 融合網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 流程設(shè)計

整體系統(tǒng)主要由TS編碼器、IP矩陣設(shè)備、IP播出服務(wù)器、IP倒換器、IP延時器、IP多畫面服務(wù)器、IP收錄服務(wù)器以及流解碼器組成。

整體信號流程說明如下（應(yīng)用流程圖如圖2 所示）：1）控制 /編輯工作站。完成編輯并送播當(dāng)天的慢直播播出節(jié)目單。2） 控制/編輯工作站。根據(jù)送播的節(jié)目單執(zhí)行播出命令（包括對矩陣的切換命令、文件播命令、音頻疊加命令以及字幕疊加命令等）。3） IP矩陣。根據(jù)接收到的命令完成切換輸入以及輸出通道的任務(wù)（IP矩陣將接收所有的外來信號流，如果外來信號流為SDI信號，就通過編碼器將其轉(zhuǎn)換為IP流），將輸出流送至IP播出系統(tǒng)。4） IP播出系統(tǒng)。接收來自IP矩陣的切換信號，并對其進行解碼，根據(jù)控制工作站發(fā)出的命令（例如字幕命令、音頻加命令等）進行再次合成編碼處理（如果當(dāng)前命令為文件播命令，就執(zhí)行文件編碼輸出），隨后進行流輸出至IP流延時器。5） IP流延時器。接收主備IP播出系統(tǒng)送達的主備節(jié)目流信號，然后進行延時輸出，使節(jié)目安全播出，留出應(yīng)急操作空間。6） IP流倒換器。接收延時后的主備IP播出流并進行倒換輸出，在極端情況下，設(shè)備支持掉電直通，也可以保證信號的正常輸出。再針對問題信號方面，支持手動直接切換應(yīng)急輸出信號，避免出現(xiàn)安播事故。7） IP收錄系統(tǒng)，可通過IP矩陣調(diào)度某路信號完成IP收錄系統(tǒng)的錄制工作，方便后期編輯。 8） 在外來信號的源端，IP矩陣切換輸出環(huán)節(jié)，IP倒換輸出環(huán)節(jié)都增加了監(jiān)看業(yè)務(wù)，可隨時監(jiān)察信號的狀態(tài)。

圖2 應(yīng)用流程圖

在應(yīng)用流程上，通過制作的慢直播節(jié)目單，系統(tǒng)自動完成慢直播的切播命令，直播節(jié)目內(nèi)容層面上具有視頻和音頻文件的直播以及獨立的圖文字幕控制，從而滿足對慢直播節(jié)目綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)需求。在該基礎(chǔ)上，系統(tǒng)支持手動控制切播，也達到了靈活運用應(yīng)急直播（通告）、快直播節(jié)目以及標(biāo)準(zhǔn)直播節(jié)目的目的。因此，該流程在使用層面上具備結(jié)構(gòu)清晰、操作簡潔的特性，在應(yīng)用過程中也具備靈活變通的特征。

3.3 系統(tǒng)支撐設(shè)備

通過編碼器設(shè)備與IP矩陣設(shè)備實現(xiàn)支持UDP、HLS、RTMP以及RTSP協(xié)議流的混合輸入及數(shù)字SDI信號的接入。IP矩陣設(shè)備支持IP流的解復(fù)用，根據(jù)節(jié)目直播的需要可以實時將轉(zhuǎn)播信號轉(zhuǎn)換為UDP或rtmp協(xié)議流切換輸出。同時，所有信號源可以通過多通道IP流多畫面服務(wù)器投放至總控大屏上進行監(jiān)看。

IP 矩陣設(shè)備規(guī)模設(shè)計為 32 路輸入以及32路輸出，為后續(xù)信號源的擴展留下了充足的擴展空間。IP矩陣采用X86架構(gòu)，并配置了專用的控制軟件，通過軟件可以配置矩陣主、備以及應(yīng)急輸入流信息，包括流地址、矩陣接收口、節(jié)目號、音頻 PID、視頻編碼信息以及音頻編碼息，配置矩陣倒換輸出流信息，包括目標(biāo)地址、矩陣輸出網(wǎng)口以及系統(tǒng)碼率。

在轉(zhuǎn)播信號的二次處理層面上（為處理音頻加嵌以及CG字幕），通過IP播出服務(wù)器對轉(zhuǎn)播的外來IP流、本地的播出文件實時疊加臺標(biāo)、角標(biāo)等圖文字幕。同時，支持對音頻文件再次合成或者替換，提供了較廣的應(yīng)用范圍。由于采用編碼播出方式，因此對播出文件格式的兼容性極強，多種編碼、多種封裝的高標(biāo)清文件均可混合播出，最終實現(xiàn)系統(tǒng)多格式編碼（1080i、1080p、720p）輸出，支持橫屏信號（16︰9）和豎屏信號（9︰16）播出模式，滿足同一節(jié)目在多個直播平臺上同步進行直播分發(fā)的需求。同時，解碼器也可將IP節(jié)目流轉(zhuǎn)換成SDI信號回傳到演播室調(diào)用。

在安全播出方面，設(shè)計了IP自動倒換器，其用于主備IP播出系統(tǒng)的輸出IP信號自動檢測和自動倒換，避免因硬件平臺故障產(chǎn)生的播出事故，還可以降低現(xiàn)場值班人員的應(yīng)急操作難度。

4 應(yīng)用場景

4.1 標(biāo)準(zhǔn)直播場景

標(biāo)準(zhǔn)直播主要定義為傳統(tǒng)大型活動的電視直播、演播室節(jié)目直播等。視頻信號主要由攝像機組采集，導(dǎo)播通聯(lián)、切換和音頻系統(tǒng)獨立完善。直播信號采用有線（光纖）或無線（衛(wèi)星）傳輸信號，提供高質(zhì)量穩(wěn)定畫面以及高效的直播流。實現(xiàn)傳統(tǒng)制播方式與新媒體融合的多碼率和大小屏播出。

4.2 慢直播場景

這類型的直播主要應(yīng)用為《看順德》抖音號7×24 h的慢直播，通過布局在不同場景的攝像頭來拍攝的不同城市的風(fēng)光以及有規(guī)律性的策劃事件性直播活動。

4.3 快直播場景

快直播主要形式有連線直播，將場外直播信號回傳到臺里并轉(zhuǎn)換成IP流輸入到系統(tǒng)融合切換，實現(xiàn)多格式、多協(xié)議流信號等新媒體網(wǎng)絡(luò)制播、多平臺分發(fā)。應(yīng)用場景主要有以下2種： 1） 單一路信號連線直播。信號有2種方式接入系統(tǒng)，一是網(wǎng)絡(luò)推流器推流直播信號云端，媒體服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)拉流視頻流接入臺內(nèi)系統(tǒng)IP矩陣，由編碼器轉(zhuǎn)換為IP流供系統(tǒng)調(diào)度。二是采用專業(yè)移動傳輸設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（專有協(xié)議）將現(xiàn)場直播信號實時回傳到臺內(nèi)，由編碼器轉(zhuǎn)換為IP流接入系統(tǒng)，按編單播出。2） 多方視頻連線直播。由索貝MAGI便攜式直錄一體機系統(tǒng)實現(xiàn)。主要有2種方式，一是現(xiàn)場信號通過有線連接，二是異地信號通過網(wǎng)絡(luò)抓（拉）流接收，同時系統(tǒng)還集成了謳像合成、特效、字幕、硬盤收錄、延時播出以及音頻調(diào)控等功能，方便、快捷地實現(xiàn)多方視頻連線直播。

在網(wǎng)絡(luò)連線方面，還支持手機或者PC端的連線方案，滿足了連接節(jié)目的制作深度。手機端滿足連線嘉賓個人的使用需求，方便在任何環(huán)境下進行直播連線。PC端可以滿足連線第二會場的需求，例如會議室、第二演播室以及指揮中心等地點，PC端連線軟件會將會場的攝像頭信號與音頻信號進行混合，然后加入連線方進入節(jié)目連線環(huán)節(jié)?；ヂ?lián)網(wǎng)連線流程如圖3所示。

圖3 互聯(lián)網(wǎng)連線流程圖

5 系統(tǒng)技術(shù)保障

與傳統(tǒng)電視目的制作播出不同，新媒體網(wǎng)絡(luò)直播受節(jié)目直播現(xiàn)場自然環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及電力保障等因素的影響較大，要保證直播質(zhì)量及安全性，必須做好技術(shù)保障方案。

5.1 直播現(xiàn)場的技術(shù)勘查

提前勘查場地，做好網(wǎng)絡(luò)狀況測試、配電保障以及機位設(shè)置等準(zhǔn)備。同時，根據(jù)直播具體要求制訂詳細的技術(shù)方案，重大直播節(jié)目須制訂多套可執(zhí)行預(yù)案，按照技術(shù)方案配置相應(yīng)設(shè)備，對重要設(shè)備和數(shù)據(jù)鏈路做好冗余備份。

5.2 傳輸鏈路安全保障

傳輸鏈路安全保障主要是現(xiàn)場直播信號回傳到臺內(nèi)直播系統(tǒng)安全保障，主要分為2種：1） 有線傳輸。一是短距離有線傳輸，例如高清信號用高清視頻線傳輸，最好不要超120 M。二是長短距離光纖傳輸。2） 無線傳輸。一是傳統(tǒng)的衛(wèi)星傳輸。衛(wèi)星傳輸主要通過信號轉(zhuǎn)發(fā)器將電臺節(jié)目信號傳輸?shù)娇罩?，并在衛(wèi)星接收天線接收到信息之后，將轉(zhuǎn)發(fā)器中的信息傳輸出去。二是網(wǎng)絡(luò)傳輸，某電視臺使用了LU500移動直播設(shè)備，可以將現(xiàn)場直播信號回傳至臺內(nèi)系統(tǒng)。

5.3 通聯(lián)系統(tǒng)的保障

通聯(lián)對講是直播過程中技術(shù)支持和技術(shù)保障的關(guān)鍵內(nèi)容。首先，在直播現(xiàn)場需要對畫面進行切換的情況下，導(dǎo)播人員可以提前為攝像提供相應(yīng)的指引，讓攝像師能夠系統(tǒng)把握畫面的切換過程，形成不同切換動作之間的有效銜接，進一步提高直播現(xiàn)場節(jié)目的質(zhì)量。其次對節(jié)目審編和技術(shù)問題來說，需要保持有效溝通，發(fā)現(xiàn)問題能及時對節(jié)目進行調(diào)整，避免直播現(xiàn)場畫面出現(xiàn)問題，確保節(jié)目安全播出。

5.4 安全供電保障

在場外直播過程中，經(jīng)常會用到臨時電源，臨時電源在使用過程中具有不穩(wěn)定和信號干擾大等問題，影響直播質(zhì)量。為保證直播質(zhì)量，應(yīng)盡量采用UPS供電。

5.5 安全應(yīng)急預(yù)案設(shè)計

要有相應(yīng)的安全播出應(yīng)急預(yù)案，在直播過程中，當(dāng)出現(xiàn)不可抗拒的緊急情況或播出鏈路遭受惡意攻擊時，及時應(yīng)急處理或切換墊播片，確保播出不間斷、不出事故。

6 結(jié)語

順視網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)是將傳統(tǒng)視音頻設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相結(jié)合搭建而成的，并于2021年12月投入啟用，系統(tǒng)融合了標(biāo)準(zhǔn)直播、快直播以及慢直播等活動內(nèi)容， 豐富了直播節(jié)目的制錄形式，是探索傳統(tǒng)媒體與新媒體的融合和創(chuàng)新傳播途徑新的嘗試，對未來的新聞媒體傳播方式的發(fā)展具有特殊的借鑒意義。