融合網絡直播系統的設計與應用

李 文

（佛山電視臺順德分臺，廣東 佛山 528300）

0 引言

隨著互聯網的高速發展，傳統的單一電視直播優勢正在逐漸減弱，網絡平臺開始占據更多直播市場的份額。從廣播電視行業的角度出發，地方電視臺應該發揮對影像傳播應該的引領作用，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。因此結合當下的傳播技術，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是一個重要的問題。

1 設計背景

自地方融合媒體建設以來，很多電視臺都已經具備了基本的單節目直播能力。某電視臺為更好地發揚以及傳播當地風貌以及正能量，計劃對多個網絡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，因此在轉播該信號時要考慮加嵌音頻。對信號進行轉播處理后，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，某電視臺在技術層面梳理發現存在對多類型信號調度、實時多路音頻加嵌、多路字幕處理以及多路延時等環節的處理問題。經過調研廣電相關設備，暫未發現能統一處理上述功能的設備。因此，根據臺內現有條件并結合相關信號處理設備，提出了“多進嚴出”的應用思路，利用信號多協議轉換、IP矩陣以及實時編解碼等核心技術原理設計了一套融合網絡直播系統。該系統可以滿足某電視臺的現有需求，對未來的應用拓展也具有支撐作用。

2 實現原理及總體思路

信號多協議轉換是將數字SDI信號、多協議IP流信號（UDP、HTTP、FLV、RTMP以及RTSP等）轉換為格式統一的信號（例如指定UDP、RTMP以及RTSP協議等）。

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

實時編解碼是指對調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直播的需求，因此設計時考慮了2個處理環節，分別是信號類型轉換以及信號類型統一。關于統一信號的類型，由于基于IP流類型的信號居多，因此核心的處理系統采用IP類型的設計基礎。針對非IP流類型的信號，通過編碼器轉換為IP流，進入后續的處理流程。結合發布方面，主要面向網絡直播，因此采用IP流類型的處理設備可以無縫實現網絡直播的鏈路應用，對傳統類的發布端可以通過解碼器實現異端發布。2） 在發布方面存在多終端的發布需求，不僅要滿足多終端發布的需求，而且也要滿足不同內容的發布需求，這樣才可以適應未來應用場景的隨時變化，使系統具有更好的可適應性。因此，系統操作考慮采用播單的方式，滿足直播節目自動化播出的需求。同時，也支持手動模式的隨時介入，可以實現靈活運用的功能。

3 詳細設計與運行流程

3.1 架構設計

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

系統的架構如圖1所示。

圖1 融合網絡直播系統架構圖

3.2 流程設計

整體系統主要由TS編碼器、IP矩陣設備、IP播出服務器、IP倒換器、IP延時器、IP多畫面服務器、IP收錄服務器以及流解碼器組成。

整體信號流程說明如下（應用流程圖如圖2 所示）：1）控制 /編輯工作站。完成編輯并送播當天的慢直播播出節目單。2） 控制/編輯工作站。根據送播的節目單執行播出命令（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。根據接收到的命令完成切換輸入以及輸出通道的任務（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換為IP流），將輸出流送至IP播出系統。4） IP播出系統。接收來自IP矩陣的切換信號，并對其進行解碼，根據控制工作站發出的命令（例如字幕命令、音頻加命令等）進行再次合成編碼處理（如果當前命令為文件播命令，就執行文件編碼輸出），隨后進行流輸出至IP流延時器。5） IP流延時器。接收主備IP播出系統送達的主備節目流信號，然后進行延時輸出，使節目安全播出，留出應急操作空間。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急輸出信號，避免出現安播事故。7） IP收錄系統，可通過IP矩陣調度某路信號完成IP收錄系統的錄制工作，方便后期編輯。 8） 在外來信號的源端，IP矩陣切換輸出環節，IP倒換輸出環節都增加了監看業務，可隨時監察信號的狀態。

圖2 應用流程圖

在應用流程上，通過制作的慢直播節目單，系統自動完成慢直播的切播命令，直播節目內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目綜合應用的基礎需求。在該基礎上，系統支持手動控制切播，也達到了靈活運用應急直播（通告）、快直播節目以及標準直播節目的目的。因此，該流程在使用層面上具備結構清晰、操作簡潔的特性，在應用過程中也具備靈活變通的特征。

3.3 系統支撐設備

通過編碼器設備與IP矩陣設備實現支持UDP、HLS、RTMP以及RTSP協議流的混合輸入及數字SDI信號的接入。IP矩陣設備支持IP流的解復用，根據節目直播的需要可以實時將轉播信號轉換為UDP或rtmp協議流切換輸出。同時，所有信號源可以通過多通道IP流多畫面服務器投放至總控大屏上進行監看。

IP 矩陣設備規模設計為 32 路輸入以及32路輸出，為后續信號源的擴展留下了充足的擴展空間。IP矩陣采用X86架構，并配置了專用的控制軟件，通過軟件可以配置矩陣主、備以及應急輸入流信息，包括流地址、矩陣接收口、節目號、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，包括目標地址、矩陣輸出網口以及系統碼率。

在轉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播出服務器對轉播的外來IP流、本地的播出文件實時疊加臺標、角標等圖文字幕。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、多種封裝的高標清文件均可混合播出，最終實現系統多格式編碼（1080i、1080p、720p）輸出，支持橫屏信號（16︰9）和豎屏信號（9︰16）播出模式，滿足同一節目在多個直播平臺上同步進行直播分發的需求。同時，解碼器也可將IP節目流轉換成SDI信號回傳到演播室調用。

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

4 應用場景

4.1 標準直播場景

標準直播主要定義為傳統大型活動的電視直播、演播室節目直播等。視頻信號主要由攝像機組采集，導播通聯、切換和音頻系統獨立完善。直播信號采用有線（光纖）或無線（衛星）傳輸信號，提供高質量穩定畫面以及高效的直播流。實現傳統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光以及有規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換成IP流輸入到系統融合切換，實現多格式、多協議流信號等新媒體網絡制播、多平臺分發。應用場景主要有以下2種： 1） 單一路信號連線直播。信號有2種方式接入系統，一是網絡推流器推流直播信號云端，媒體服務器通過網絡拉流視頻流接入臺內系統IP矩陣，由編碼器轉換為IP流供系統調度。二是采用專業移動傳輸設備，通過互聯網網絡（專有協議）將現場直播信號實時回傳到臺內，由編碼器轉換為IP流接入系統，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實現。主要有2種方式，一是現場信號通過有線連接，二是異地信號通過網絡抓（拉）流接收，同時系統還集成了謳像合成、特效、字幕、硬盤收錄、延時播出以及音頻調控等功能，方便、快捷地實現多方視頻連線直播。

在網絡連線方面，還支持手機或者PC端的連線方案，滿足了連接節目的制作深度。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目連線環節。互聯網連線流程如圖3所示。

圖3 互聯網連線流程圖

5 系統技術保障

與傳統電視目的制作播出不同，新媒體網絡直播受節目直播現場自然環境、網絡狀態以及電力保障等因素的影響較大，要保證直播質量及安全性，必須做好技術保障方案。

5.1 直播現場的技術勘查

提前勘查場地，做好網絡狀況測試、配電保障以及機位設置等準備。同時，根據直播具體要求制訂詳細的技術方案，重大直播節目須制訂多套可執行預案，按照技術方案配置相應設備，對重要設備和數據鏈路做好冗余備份。

5.2 傳輸鏈路安全保障

傳輸鏈路安全保障主要是現場直播信號回傳到臺內直播系統安全保障，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。一是傳統的衛星傳輸。衛星傳輸主要通過信號轉發器將電臺節目信號傳輸到空中，并在衛星接收天線接收到信息之后，將轉發器中的信息傳輸出去。二是網絡傳輸，某電視臺使用了LU500移動直播設備，可以將現場直播信號回傳至臺內系統。

5.3 通聯系統的保障

通聯對講是直播過程中技術支持和技術保障的關鍵內容。首先，在直播現場需要對畫面進行切換的情況下，導播人員可以提前為攝像提供相應的指引，讓攝像師能夠系統把握畫面的切換過程，形成不同切換動作之間的有效銜接，進一步提高直播現場節目的質量。其次對節目審編和技術問題來說，需要保持有效溝通，發現問題能及時對節目進行調整，避免直播現場畫面出現問題，確保節目安全播出。

5.4 安全供電保障

在場外直播過程中，經常會用到臨時電源，臨時電源在使用過程中具有不穩定和信號干擾大等問題，影響直播質量。為保證直播質量，應盡量采用UPS供電。

5.5 安全應急預案設計

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

6 結語

順視網絡直播系統是將傳統視音頻設備和網絡設備相結合搭建而成的，并于2021年12月投入啟用，系統融合了標準直播、快直播以及慢直播等活動內容， 豐富了直播節目的制錄形式，是探索傳統媒體與新媒體的融合和創新傳播途徑新的嘗試，對未來的新聞媒體傳播方式的發展具有特殊的借鑒意義。