IP信號調度平臺在新聞節(jié)目生產(chǎn)中的應用

劉 崢

（新華通訊社通信技術局音視頻部，北京 100022）

1 業(yè)務概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術不斷創(chuàng)新，三網(wǎng)融合工作快速推進，我國媒體產(chǎn)業(yè)迎來快速發(fā)展的重大機遇。為此，新華社以已經(jīng)建成的IP化信號采集調度平臺為基礎，深入分析現(xiàn)代媒體技術和傳播規(guī)律，結合新華社的實際情況，提出了建設融合媒體直播信號匯聚調度平臺的構想。

新華社視頻直播信號統(tǒng)一調度服務平臺建設，優(yōu)化直播服務平臺使之具備更強服務能力、提供更好用戶體驗，提升智能化水平；在工具與流程脫鉤的基礎上實現(xiàn)直播內容通過流程關聯(lián)應用；通過調度平臺，實現(xiàn)跨多平臺的信號傳送與內容分發(fā)，提供基于直播內容擴展統(tǒng)一信號調度服務；同時建設可服務于新華社各個業(yè)務部門、國內外分社、以及國內外新聞媒體用戶的具有分布式、移動化能力的融合媒體視頻系統(tǒng)，并完善信號調度系統(tǒng)和交互通道，并提升智能化服務能力。

構建基于IP流的統(tǒng)一交互平臺，提供IP流的匯聚、調度和分發(fā)功能，將社內自有IP流、外來直播流和其他流資源進行統(tǒng)一匯聚，并通過IP化切換矩陣和IP實時流轉碼技術，實現(xiàn)實時流的調度和多平臺分發(fā)功能。滿足社內社外各業(yè)務平臺多樣化的內容需求，為后期的IP運營提供技術支持。為此，要構建IP實時流統(tǒng)一匯聚平臺，構建IP實時流統(tǒng)一調度平臺，構建IP實時流統(tǒng)一發(fā)布平臺。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務架構設計圖

重點強化針對視頻直播系統(tǒng)的在線管理、業(yè)務運轉流程監(jiān)控、信號資源運營的實時調配和運行維護方面的全局性、專業(yè)化和智能化支持力度。實現(xiàn)信源可視化管理，降低業(yè)務管理的運維門檻，形成獨有信號調度服務平臺技術體系。開啟基于視頻信源數(shù)據(jù)標準化、規(guī)范化建設，為后續(xù)智能化技術的植入預留好接口，為IP化系統(tǒng)的搭建和應用起到示范和推動作用。貫徹安全服務整合理念，滿足信息安全防護統(tǒng)籌管理需要；在系統(tǒng)建設過程中充分考慮并實現(xiàn)統(tǒng)一管理和標準化運維需求，具備IT服務交付能力。

2 架構設計

IP調度系統(tǒng)總體分為信號采集、信號調度和新媒體資源管理三個子系統(tǒng)組成。

信號類匯聚內容類型包括（rtmp，SRT，HLS，UDP，Http等）實時流信號、各類外場或合作IP信號等多種類型。通過信號收錄、調度管理、流媒體服務等匯聚軟件所得到的IP實時信號可通過調用基礎支撐平臺的服務，進行智能處理引生成信號相關的元數(shù)據(jù)信息。架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)技術架構設計圖

實時信號采集，主要面向國內外分社新華社記者自采信源、新聞采集信源、外場信源和互聯(lián)網(wǎng)合作信源四類，每一類業(yè)務線均可通過獨立的通道到社內進行資源匯聚。數(shù)據(jù)采集，主要分為社內數(shù)據(jù)采集和外來數(shù)據(jù)采集兩類，社內與社內生產(chǎn)管理平臺對接，實現(xiàn)視頻、音頻、圖片、文字等數(shù)據(jù)的采集錄入，也可通過社內用戶數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)接口對接。

基于全IP化的管理模式，將網(wǎng)絡IP編碼流、遠程網(wǎng)絡IP流、現(xiàn)場直播信號流等實時源節(jié)目信號針對多個輸出通道進行矩陣式切換與輸出管理，技術調度和節(jié)目調度人員可以根據(jù)需要即時或定時將已有的信號源調度至任意目標通道。

相比傳統(tǒng)的IP調度系統(tǒng)，采用全軟件管理方式，對通道的數(shù)量與管理可以進行靈活的擴展與增加，直接運行于通用服務器等設備上，從投資成本上可大大降低，功能設計上采用B/S架構管理，并同時具備統(tǒng)一平臺與統(tǒng)一管理界面，管理員可以在任何可以具有PC電腦與網(wǎng)絡的位置連接管理平臺實現(xiàn)節(jié)目調度管理。

3 功能設計

3.1 信號采集

3.1.1 4/5G背包

外場記者只需要將高清攝像機的視頻線纜接入背包式發(fā)射機，即可快速的運用4G/5G網(wǎng)絡完成高清最高4K超高清的視頻傳輸，提供多種采集傳輸方式，分為實時直播、大文件回傳、碎片文件回傳和數(shù)據(jù)網(wǎng)橋等。

實時直播：連接攝像機后點擊備播屏幕上的直播按鈕，即可將信號傳輸至社內信號調度服務平臺。

圖3 4/5G傳輸背包

3.1.2 手機APP

系統(tǒng)可提供社內記者與社內合作單位快捷視頻采集傳輸、快速報道新聞的手段，只需在手機或Pad上安裝相應的應用即可完成視頻采集、編輯和傳輸?shù)目焖僦辈スδ堋ＶС稚鐑扔浾呖赏ㄟ^自己的手機，下載移動端直播應用。通過此應用，記者可使用自己的手機隨時隨地發(fā)現(xiàn)新聞，快速到達新聞現(xiàn)場實現(xiàn)手機信號的采集回傳。

圖4 手機直播TVUAnywhere

3.1.3 公網(wǎng)編碼器

SRT（Secure Reliable Transport）公網(wǎng)傳輸：是開源獨有的一種在公共互聯(lián)網(wǎng)中傳輸高品質且安全穩(wěn)定可靠的視頻的傳輸技術，全球已有150多個聯(lián)盟成員，具有廣泛的國內外編解碼生產(chǎn)廠商支持。傳輸協(xié)議支持公網(wǎng)傳輸可以在網(wǎng)絡丟包率10%-15%時實現(xiàn)低時延視頻傳輸，優(yōu)于互聯(lián)網(wǎng)采用的RTMP協(xié)議。SRT是能夠優(yōu)化流媒體呈現(xiàn)性能的傳輸技術，特別是在網(wǎng)絡質量不可靠的Internet，SRT在實時的網(wǎng)絡狀況下提供端到端的安全性、彈性以及動態(tài)的終端調整，從而能夠時時刻刻地推送最佳的視頻質量。SRT作為視頻流媒體工作流程的一部分，被應用于內容生成和分發(fā)終端之間。在編碼（或轉碼）之后，SRT運用加密并且提供錯誤補償。在解碼（或轉碼）之前，SRT解密視頻流并且從Internet連接的典型的丟包中啟用恢復機制。同時，SRT檢測編碼/解碼/轉碼終端之間的實時網(wǎng)絡性能；為最優(yōu)化的性能和質量動態(tài)的調整終端。相較于衛(wèi)星或專用（MPLS）網(wǎng)絡基礎設施，SRT提供了顯著的經(jīng)營靈活性和成本節(jié)約。

3.1.4 4K編碼器

采用行業(yè)領先的4K編碼技術，完成現(xiàn)場多機位和VR鏡頭的超高質量直播。視頻編碼從5個維度著手，分別是分辨率、寬色域、高色深、高幀率以及高動態(tài)范圍，并著眼于建立一個4K技術生態(tài)圈。信號調度平臺4K信號的采集，作為調度平臺新興業(yè)務，實現(xiàn)了平臺的平滑升級，系統(tǒng)通過增加4K和VR的軟件和服務，系統(tǒng)就可支持動態(tài)HDR、3D音頻、ChinaDRM、4K終端播放等技術與平臺。推進4K與5G技術在新華社的落地和發(fā)展，讓專業(yè)更簡單。

3.1.5 便攜式一體機

它集三維無軌虛擬、多機位切換、錄制、播出、調音、延時、字幕、監(jiān)視為一體的便攜導播一體機。設備高度集成化，采用一體便攜化設計，攜帶方便，只需要簡單的設備和幾個工作人員就可以迅速搭建出專業(yè)的演播室，并制作出高質量的視頻節(jié)目。完全可以實現(xiàn)傳統(tǒng)廣電系統(tǒng)的小型演播室的功能，并且具有流媒體現(xiàn)場推拉流服務的互聯(lián)網(wǎng)功能和能力，方便移動直播使用。

圖5 便攜式導播一體機

3.2 信號收錄

信號收錄系統(tǒng)對信號調度系統(tǒng)中、信號輸入和信號輸出的信源進行實時IP流收錄、存檔。在傳統(tǒng)意義上的SDI收錄中加入了IP收錄，采用UDP協(xié)議將需要收錄的信源進行編碼處理，這樣在交換機所連網(wǎng)段都可一收到UDP的組播流，實現(xiàn)了收錄信號的IP分發(fā)，極大的提高了網(wǎng)絡的利用率和收錄的靈活性，經(jīng)常在高訪中使用收錄公共信號。

3.2.1 調度管理

基于全IP化的管理模式，將網(wǎng)絡IP編碼流、遠程網(wǎng)絡IP流、現(xiàn)場直播信號流等實時源節(jié)目信號針對多個輸出通道進行矩陣式切換與輸出管理，節(jié)目調度人員可以根據(jù)需要即時或定時將已有的信號源調度至任意目標通道。

相比傳統(tǒng)的IP調度系統(tǒng)，采用全軟件管理方式，對通道的數(shù)量與管理可以進行靈活的擴展與增加，直接運行于通用服務器等設備上，從投資成本上可大大降低設采購費用，功能設計上采用B/S架構管理，并同時具備統(tǒng)一平臺與統(tǒng)一管理界面，管理員可以在任何可以具有PC電腦與網(wǎng)絡的位置連接管理平臺實現(xiàn)節(jié)目調度管理。

多畫面監(jiān)看：統(tǒng)一資源實時監(jiān)控，對輸入輸出信源進行實時預覽，多種信號格式監(jiān)控。對異常信號系統(tǒng)具備判斷和報警功能。完成對匯聚與分配的社內所有IP流直播信號的統(tǒng)一監(jiān)控。

調度管理，基于全IP化的管理模式，將網(wǎng)絡IP編碼流、遠程網(wǎng)絡IP流、現(xiàn)場直播信號流等實時源節(jié)目信號針對多個輸出通道進行矩陣式切換與輸出管理，節(jié)目調度人員可以根據(jù)需要即時或定時將已有的信號源調度至任意目標通道。同一信源支持多個輸出通道調度；備播管理、墊片管理、自動檢測、調度狀態(tài)、日志報警、設備熱備、服務集群。

實現(xiàn)多格式適配，支持多種信號格式采集與輸出，如SDI、IP（RTMP、HLS、HTTP、UDP、RTP等），以各種IP直播方式向社內播出平臺、合作互聯(lián)網(wǎng)平臺進行直播內容的發(fā)布。

圖6 調度服務平臺登錄UI

圖7 調度服務平臺主頁

圖8 調度服務平臺傳輸頁面

圖9 調度矩陣式監(jiān)控界面

3.2.2 多格式IP信源適配

圖10 單調度節(jié)點設計

支持第三方標準SDI/IP傳輸數(shù)據(jù)本地采集，從而適配其他各種第三方信號，如衛(wèi)星、有線、微波、網(wǎng)絡，或其他第三方傳輸設備；支持本地輸出IP信號，HD/SD-SDI信號；支持經(jīng)由本地采集/匯聚的SDI/IP信號，轉換為GRID信號，到IP調度Cloud中，讓其他調度節(jié)點服務器進行IP調度；支持接收IP調度Cloud中其他接收轉發(fā)節(jié)點轉發(fā)過來的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)多信源無縫切換輸出；通過選件板卡，可支持模擬復合、模擬分量、S-Video等視頻格式及AES/EBU、模擬等音頻格式輸出；IP信源接收轉發(fā)節(jié)點設備支持對傳輸端進行遠程控制和對運行情況進行實時監(jiān)察，可以遠程調整傳輸端的編碼參數(shù)、監(jiān)看傳輸端所連接的3G/4G/Wi-Fi無線接入鏈路的數(shù)據(jù)傳輸情況；低延遲地編碼采集以及特有的優(yōu)化算法保證廣播級的圖像輸出質量；轉發(fā)IP信源的同時具備一定的按需轉碼能力；最大可支持4路無縫切換或20路有縫切換能力。

3.2.3 雙切換模式

圖11 切換流程圖

支持“無縫切換”和“有縫切換”，可根據(jù)臺方業(yè)務需要，配置各調度節(jié)點。具體采用“有縫”還是“無縫”，且日后可以隨時更改各調度服務器，進行“有縫”&“無縫”間業(yè)務模式轉換。

“無縫切換”模式主要面向在線直播應用。頻道節(jié)目間切換可無縫處理。“有縫切換”可主要面對收錄，或非頻繁切換的在線節(jié)目調度所使用。

兩種切換模式均具備自動墊片功能，墊片素材可以是新華社提供的視頻和圖片。

3.2.4 分級部署

一是分組管理：新華社可根據(jù)具體業(yè)務需求對輸入和輸出進行分類管理，可自定義欄目組。二是分布式部署：新華社可采用去中心化部署，可有效減少中心節(jié)點的帶寬和資源壓力。但仍可保證統(tǒng)一管控。三是分權限管理：根據(jù)臺里需要，定制管理權限，可支持面向分布式節(jié)點架構的統(tǒng)一網(wǎng)管管控，也可根據(jù)業(yè)務需要分配給不同業(yè)務節(jié)點以響應業(yè)務流的管理調度權限。

3.2.5 編排管理

自定義播出時間控制：自定義時間線，調整輸入輸出播出控制，自動生成表單，按自定義時間編排播出，主要應用于應急活動，如外場信號接入，突發(fā)信源接入。操作靈活，應急性高。可直接投放IPTV、手機網(wǎng)頁和演播室等多平臺推送。

節(jié)目單播出控制：支持編單功能，可按照節(jié)目單進行編單自動切換調度處理。支持B/S的Web管理界面。主要用于IP播控管理，系統(tǒng)支持手動編單管理，支持節(jié)目單自動導入功能，如臺方需求，可與臺方播控系統(tǒng)對接。

開放式接口：提供開放API，可支持定制管理流程（根據(jù)時間線，編單調度），也可與第三方管理系統(tǒng)對接。可支持編單系統(tǒng)，自動切換、頻道節(jié)目置換。以下為編單調度界面：

圖12 根據(jù)時間線/節(jié)目單進行編單自動切換調度處理

3.2.6 流媒體服務

用于信號調度系統(tǒng)中，信號輸入拉流和信號輸出并發(fā)推流使用，社內可通過該服務拉取合作信源，接收新聞采集信源和外場信源，也可將調度輸出的信號推送到該服務上完成對合作單位、社內播出的IP流推送。

支持PC、手機、平板、互聯(lián)網(wǎng)電視等多終端的流媒體播出系統(tǒng)，集多種視頻傳輸協(xié)議輸入、視流封裝、協(xié)議翻轉、切片技術等功能于一體，可為用戶提供同一信號源輸入后進行多種協(xié)議、多種終端自適應播出服務。系統(tǒng)不但具有可視化Web監(jiān)控管理界面同時還具備高效的緩存、切片技術支持多屏時移、播放預覽、快速響應等應用體驗。通過規(guī)模化部署可支持多級節(jié)點級聯(lián)和流服務集群管理，支持百萬級以上大規(guī)模并發(fā)擴展需求。目前系統(tǒng)可達60Mb/s的4K信源分發(fā)。

圖13 流媒體源站系統(tǒng)設計

3.2.7 多畫面監(jiān)測報警

完成碼流解碼視音頻內容的實時監(jiān)測報警、多畫面組合和碼流監(jiān)測信息顯示等功能。支持色彩格式顯示、色彩格式異常報警、黑場、靜音、伴音靜幀、無伴音靜幀、音量過高、音量過低等故障、多畫面組合顯示、碼流監(jiān)測信息顯示、全程錄像和故障觸發(fā)錄像等功能。每臺主機支持雙屏顯示，支持VGA/DVI/HDMI輸出。所有監(jiān)測信號節(jié)目的多畫面顯示和視音頻監(jiān)測，每臺主機支持雙屏顯示。

圖14 調度服務平臺多畫面界面

3.2.8 碼流監(jiān)測探針

系統(tǒng)提供對IP傳輸、媒體封包兩個層面的深入分析，可廣泛用于流媒體服務器壓力分析、網(wǎng)絡質量評估及流媒體播放質量檢測等場合。BHIP89既可以作為監(jiān)測儀器用于日常運維的系統(tǒng)故障定位，也可以作為常規(guī)部署的監(jiān)測設備。支持UDP、RTP、HTTP、RTMP、RTSP、HLS等 傳 輸 協(xié) 議， 支 持FLV、MP4、3GP、TS、MP2T、MP2T+RTP等封裝格式的流媒體質量監(jiān)測。支持流媒體自動探測，自動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點中所有正在發(fā)生的流媒體傳輸業(yè)務，準確識別各種協(xié)議類型，提取媒體URL、媒體響應時間、媒體時長等關鍵信息。