多場景視頻直播與即時通信融合交互路徑探討

嚴(yán)禮明，庹明生

（十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000）

0 引 言

湖北省十堰市地處秦巴山區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展任重道遠(yuǎn)。自2021年5月開始，十堰市每月舉辦一次重大項(xiàng)目集中開工活動或重大建設(shè)項(xiàng)目拉練活動，活動采用“1+9”模式開展，即設(shè)立1個主會場和9個分會場，分會場信號全部接入主會場，主會場信號以視頻直播方式同步分發(fā)分會場[1]。此外，主會場以即時通信方式與各分會場交流互動，這種交互傳播方式替代了以往的實(shí)地集中觀摩方式，極大程度地降低了行政成本。

新開工的重大建設(shè)項(xiàng)目所在地基本屬于廣電光纖傳輸線路盲區(qū)，利用無線傳輸技術(shù)也無法滿足多點(diǎn)聯(lián)動和即時通信需求。廣播電視播出機(jī)構(gòu)如何兼顧多場景（多會場）互動直播與即時通信融合交互需求，提供安全、暢通、穩(wěn)定且即時的高清音視頻解決方案，事關(guān)重大政務(wù)活動的保障能力。筆者通過已參加的全省聯(lián)動的重大項(xiàng)目集中開工活動，經(jīng)過多場次的反復(fù)驗(yàn)證優(yōu)化，總結(jié)了簡單易行的技術(shù)方案。

1 系統(tǒng)框架的構(gòu)建

多場景互動直播系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 十堰市重大項(xiàng)目集中開工多場景互動直播系統(tǒng)

依托互聯(lián)網(wǎng)，以電信專線光纖寬帶為骨干鏈路，運(yùn)用TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)解決分會場信號上行問題，運(yùn)用實(shí)時流協(xié)議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）編碼器直播推流解決主會場信號下行問題。TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和推流編碼器將各個會場的導(dǎo)播系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建主要系統(tǒng)框架。寬帶網(wǎng)絡(luò)擁有獨(dú)享式電信專線光纖寬帶兩條，需提供兩個及以上公網(wǎng)IP地址。TVU網(wǎng)絡(luò)編解碼傳輸系統(tǒng)可傳輸廣播級高清音視頻信號，支持有線方式和無線方式同時工作。RTSP編碼器低延時推流傳輸廣播級高清音視頻信號，遠(yuǎn)端利用媒體播放器拉流即可解碼輸出高清音視頻。輔助音視頻系統(tǒng)包括各會場LED大屏、音響擴(kuò)聲系統(tǒng)及導(dǎo)播系統(tǒng)等[2]。

2 技術(shù)方案實(shí)施

2.1 平臺互動方式

主會場與分會場能夠無障礙交流對話，互動交流的雙方可以自行調(diào)整各自看到的大屏幕內(nèi)容，可以是主會場的直播畫面、分會場畫面或者雙方同時顯示的拼接畫面，此外，通過現(xiàn)場音響能同時聽到己方和對方的交流對話聲音[3]。

2.2 平臺視頻鏈路

上行鏈路中，分會場數(shù)字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）高清合成信號接入TVU One背包（網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)射機(jī)），經(jīng)過特殊高效的HEVC（一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，用來替代H.264/AVC編碼標(biāo)準(zhǔn)）編碼，由互聯(lián)網(wǎng)傳輸至主會場TVU網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器。TVU網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器解碼后輸出可滿足播出標(biāo)準(zhǔn)的高清SDI信號。該SDI信號經(jīng)解嵌，音頻信號輸入主會場混音調(diào)音臺，視頻信號輸入主會場導(dǎo)播系統(tǒng)。

下行鏈路中，主會場SDI高清視頻信號接入網(wǎng)絡(luò)編碼器生成RTSP協(xié)議流地址，各分會場利用媒體播放器（例如VLC、RealPlayer、PotPlayer、KMplayer等）從指定網(wǎng)絡(luò)地址拉流打開直播信號，媒體播放器輸出高清音視頻信號分別進(jìn)入音頻系統(tǒng)和導(dǎo)播系統(tǒng)。

2.3 平臺音頻鏈路

由于各會場的音響、大屏等舞臺設(shè)備大多是租賃的設(shè)備，且各地經(jīng)常會更換設(shè)備公司，因此溝通協(xié)調(diào)難度較大。為了確保直播信號安全可控，在主會場增設(shè)混音調(diào)音臺，負(fù)責(zé)主會場和所有分會場音頻信號混音分發(fā)工作[4]。各分會場音頻信號經(jīng)TVU網(wǎng)絡(luò)發(fā)射機(jī)傳送給主會場，解嵌后的音頻進(jìn)入主會場混音調(diào)音臺，經(jīng)混音編組后一路送主會場現(xiàn)場擴(kuò)音，另一路經(jīng)推流編碼器右聲道發(fā)送給各個分會場。

2.4 音視頻鏈路重要說明

軟件會議系統(tǒng)成本低、易實(shí)現(xiàn)，但是在融合交互擴(kuò)聲時極易出現(xiàn)聲音經(jīng)主會場到分會場再到主會場的反復(fù)循環(huán)傳輸現(xiàn)象，通過即時開關(guān)控制調(diào)音臺推子的技術(shù)門檻較高。通過試用硬件會議系統(tǒng)，其自帶回聲消除功能，具有獨(dú)立的音視頻輸入、輸出接口，可有效避免聲音反復(fù)循環(huán)傳輸?shù)膯栴}。視頻畫面有多重組合模式可選擇，操作方便靈活。在資金充足且對信號質(zhì)量要求不高的情況下，互動交流建議采用簡便快捷的硬件會議系統(tǒng)。但是對于多會場的重大項(xiàng)目集中開工活動而言，會議系統(tǒng)總體造價(jià)偏高、日常使用率低，而且音視頻信號達(dá)不到播出標(biāo)準(zhǔn)。

此時可以采用價(jià)格低廉且性能卓越的RTSP網(wǎng)絡(luò)編碼器，低延時推送高清音視頻信號。主會場和所有分會場音頻信號分別編組輸入編碼器左、右聲道推流，各分會場通過媒體視頻播放器（例如VLC、KMPlayer等）接收到直播信號，輸出立體聲音頻信號。分會場參與對話時，調(diào)音臺關(guān)閉播放器輸送來的右聲道（分會場聚合信號）音頻不進(jìn)行再次擴(kuò)音，只留下左聲道（主會場信號）的音頻擴(kuò)音。在對話時，主會場下行信號和分會場上行信號都是單向傳輸，完全避免了本地送出的聲音再次回傳形成反復(fù)循環(huán)傳輸現(xiàn)象。沒有參與互動對話的其他分會場收看直播，可以同時打開視頻播放的左右兩個聲道擴(kuò)音進(jìn)行觀摩[5]。

各縣市區(qū)播出機(jī)構(gòu)大多配置有TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，每次全市聯(lián)動的重大活動中，各地不需將自己的服務(wù)器送到主會場，主會場也不需將TVU網(wǎng)絡(luò)發(fā)射機(jī)送到分會場。TVU管理后臺遠(yuǎn)程操作，將各縣市區(qū)TVU網(wǎng)絡(luò)發(fā)射機(jī)配對到主會場的TVU服務(wù)器，這樣分會場信號就可直接發(fā)送到主會場服務(wù)器。由于TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和RTSP編碼傳輸設(shè)備都可以傳送廣播級高清音視頻信號并將延時控制在1秒以內(nèi)，因此即時通信融合交互無障礙。即使在特別偏僻遙遠(yuǎn)的新建設(shè)工地分會場，只要有4G網(wǎng)絡(luò)信號，僅使用1臺TVU One背包、1臺便攜攝像機(jī)再加上1臺安裝多媒體播放器（Video LAN Client，VLC）的手機(jī)即可完成該分會場互動視頻直播任務(wù)。

3 核心系統(tǒng)與設(shè)備介紹

3.1 TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)包括TVU ONE背包（有線、無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射機(jī)）和TVU網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器，實(shí)物如圖2和圖3所示。

圖2 TVU ONE背包

圖3 TVU網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器

TVU網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。

（1）IS+專利技術(shù)。TVU具有Inverse StatMux Plus（IS+）專利技術(shù)，解決了4G網(wǎng)絡(luò)中的帶寬問題和服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）障礙。IS+將一個單一的信號源通過反向復(fù)用多個信道進(jìn)行傳輸，然后在接收端重新聚合。一個視頻流被分割成多個小的數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包能通過所有可用的連接來傳輸。IS+監(jiān)控每個連接的帶寬，并根據(jù)每個連接的可利用率來傳輸對應(yīng)數(shù)量的數(shù)據(jù)包，在接收終端經(jīng)過糾錯后重新合并。

（2）多網(wǎng)聚合。同時聚合12路網(wǎng)絡(luò)帶寬，包括 1個內(nèi)置以太網(wǎng)接口、1個內(nèi)置2.4 GHz或5 GHz WiFi、6個4G SIM卡槽以及4個U盤擴(kuò)展接口（可插接4G無線網(wǎng)卡）。只要4G信號能夠覆蓋的地方，TVU設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)帶寬、穩(wěn)定性都能夠得到充分的保障。

（3）超長待機(jī)。TVU ONE內(nèi)置充電鋰電池，可正常工作2.5 h以上。通過增配外置電池，可以使背包工作時間達(dá)5 h以上。此外可接通交流適配器，實(shí)現(xiàn)持續(xù)不斷電工作。

（4）傳輸穩(wěn)定。TVU ONE采用智能動態(tài)比特率（Variable Bit Rate，VBR）編碼技術(shù)，編碼碼率可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)時調(diào)整。采用多鏈路混合捆綁技術(shù)，可以在運(yùn)營商基站切換時獲得更穩(wěn)定的傳輸帶寬，在網(wǎng)絡(luò)情況不理想的情況下也能夠保證音視頻傳輸?shù)目煽啃院土鲿承浴?/p>

（5）超低延時。TVU ONE端到端的傳輸延時在網(wǎng)絡(luò)狀況良好時最低可達(dá)0.5 s。

（6）雙編碼器。發(fā)射機(jī)工作時，雙路編碼器自動運(yùn)行，在進(jìn)行高清視頻直播傳輸?shù)耐瑫r對視頻進(jìn)行編碼，即一路進(jìn)行編碼傳輸、一路進(jìn)行高碼率錄制，并直接儲存在發(fā)射機(jī)內(nèi)置硬盤中。即使在直播傳輸網(wǎng)絡(luò)阻塞的情況下，也不會造成任何視頻的丟失。TVU網(wǎng)絡(luò)接收服務(wù)器可以通過其下載功能從TVU發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程查看或提取已錄制內(nèi)容，而發(fā)射機(jī)則支持H.265編碼和H.264/H.265編碼切換。

（7）操作便捷。功能豐富，一鍵啟動，無需現(xiàn)場配置，按下電源鍵即可使設(shè)備在30 s內(nèi)完成啟動。內(nèi)置一塊3.5英寸16∶10的LCD 觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)本地視頻窗口監(jiān)看與控制。

（8）遠(yuǎn)程管理。所有TVU設(shè)備只要在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，就可以使用移動智能設(shè)備/PC遠(yuǎn)程監(jiān)看與管理，在后臺實(shí)現(xiàn)功能設(shè)置、參數(shù)調(diào)整、設(shè)備升級等各種管理操作。

3.2 RTSP編碼器

RTSP編碼器實(shí)物如圖4所示。

圖4 RTSP編碼器

RTSP協(xié)議是應(yīng)用級實(shí)時流傳輸協(xié)議，是TCP/IP 協(xié)議體系的一個應(yīng)用層協(xié)議，公網(wǎng)傳輸方便，可對多個流進(jìn)行集合控制。接收端不用添置硬件設(shè)備，使用電腦上的媒體播放器拉流即可實(shí)現(xiàn)信號接收。RTSP編碼器具有HDMI和SDI頻接口，可輸入、輸出高清或4K視頻信號。此外，其還擁有3.5 mm音頻輸入接口與輸出接口，可輸入或輸出立體聲音頻信號。

RTSP編碼器支持H.264和H.265高效編碼，支持開源低延遲視頻傳輸協(xié)議（Secure Reliable Transport，SRT）、實(shí)時消息傳輸協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）等流媒體協(xié)議，支持任意多個平臺同步直播推流，可對每個通道進(jìn)行單獨(dú)配置。此外，支持RTSP、RTMP等格式的網(wǎng)絡(luò)流輸入解碼、重編碼、導(dǎo)播等。其管理較為方便，可連接PC進(jìn)行后臺管理，實(shí)時監(jiān)看通道網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、端口狀態(tài)以及各通道推流狀態(tài)。

4 活動安全問題與解決

（1）配電安全。現(xiàn)場音響、LED大屏幕、高清轉(zhuǎn)播車等電力需求大，為了避免出現(xiàn)跳閘斷電現(xiàn)象，各地供電部門需要為活動現(xiàn)場提供安全、穩(wěn)定、充足的交流供電保障。若要進(jìn)行電視直播，核心設(shè)備需要配備不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）。

（2）網(wǎng)絡(luò)安全。運(yùn)營商需要為主會場提供穩(wěn)定可靠的主備網(wǎng)絡(luò)接入，同時提供兩個及以上公網(wǎng)IP地址。

（3）現(xiàn)場設(shè)備安全。由于各會場舞臺設(shè)施多是臨時租賃，因此提供舞臺設(shè)施的第三方公司必須配備專業(yè)級擴(kuò)音調(diào)音臺、專業(yè)級話筒、USB聲卡、筆記本電腦、LED視頻處理器等，同時重要設(shè)備必須有備份，LED顯示屏需要有環(huán)路信號輸入備份。

（4）現(xiàn)場技術(shù)安全。主會場必須有一名技術(shù)主管，對各分會場相關(guān)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)調(diào)度，主、分會場使用統(tǒng)一的技術(shù)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 語

經(jīng)過多次實(shí)際應(yīng)用，多場景互動直播與即時通信融合交互系統(tǒng)方案既能解決互動交流問題，又能使傳播的信號達(dá)到廣播電視播出標(biāo)準(zhǔn)，簡便易行、安全可靠。該系統(tǒng)方案的制定，能夠?yàn)轭愃苹顒訄鼍暗臉?gòu)建與活動的開展提供一定的借鑒和參考。