直播衛星流媒體數據廣播系統設計簡析

劉帥

(國家廣播電視總局廣播電視衛星直播管理中心，北京 100866

1 引言

直播衛星廣播電視具有覆蓋范圍廣、覆蓋成本低、傳輸內容可管可控等優勢。為更好滿足人民群眾對美好生活的新期待，提升廣播電視服務質量和水平，國家廣電總局衛星直播中心推出了衛星直播高清終端。截至目前，直播衛星用戶主要收看的是中央電視臺和各省級衛視的電視節目，其中包括30余套高清電視節目，受到群眾喜愛。為滿足用戶日益增長的收視需求，需要不斷擴大直播衛星平臺上的內容供給。隨著網絡技術和數字技術的發展，流媒體技術現已較為成熟，具有造價低廉和靈活性強等優勢，能夠克服傳統廣播傳輸系統的缺點，因此，直播衛星智能終端、傳輸平臺和流媒體應用在技術上可以形成優勢互補。本文結合適配流媒體的業務封裝形式，通過設計直播衛星傳輸的流媒體業務智能切片分發機制，將引入的流媒體內容封裝為廣播流，經直播衛星傳送至智能終端，終端接收到信號后，將廣播流還原為媒體流進行解碼播放。此業務應用通過不斷引入流媒體內容，可以面向廣大農村地區提供生產經營服務、天氣預報、疫情防控等重要信息使用戶能夠及時了解最新的信息咨詢，有效解決廣大農村地區用戶的使用需求。

2 直播衛星流媒體數據廣播系統概述

2.1 系統設計原理和組網架構

總體目標是將流媒體內容通過打包播出系統，將實時碼流以數據廣播方式傳送到直播衛星TVOS 智能終端后，通過流媒體數據廣播應用進行內容還原和收看。內容提供商完成內容的編排處理，以實時流的方式，采用UDP-TS或RTMP等協議，通過數據專線傳送給衛星直播管理中心，中心通過設置DMZ 區完成信號的安全接收和節目監測，將信號統一轉換成UDP-TS 信號進入播控核心區，通過流媒體數據廣播系統對UDP-TS 信號進行業務編排、數據打包及播發等處理，生成TS OVER ASI 信號，配合中心現有前端系統進行復用加擾、調制上星傳輸。直播衛星TVOS智能終端通過EPG 菜單進行流媒體內容的選擇、觀看。組網架構如圖1所示。

圖1 直播衛星流媒體數據廣播組網架構圖

2.2 流媒體內容編排和處理

流媒體內容提供商負責內容的編排，并對內容的安全、合規性負責，最終將內容以實時流的方式通過專線傳輸。傳輸協議采用UDP-TS 組播或單播，使用RTMP 協議傳輸，推送或拉取視具體情況而定。視音頻參數要能夠滿足終端解碼能力。

衛星直播管理中心負責安全的接收內容提供商的實時流信號，并通過流媒體數據廣播系統分組、打包、播發等處理，處理后的信號以TS 流方式進入現有系統進行復用加擾、調制上星傳輸。為了保障內容的安全性和完整性，衛星直播管理中心不對內容提供商的信號做內容編排處理，只進行信號協議及視音頻格式的轉換。

3 直播衛星流媒體數據廣播系統設計方案

3.1 建立DMZ區

DMZ 區為安全接收區，流媒體內容提供商通過數據專線傳輸到衛星直播中心后，在該區域對信號進行質量監測和安全接收，保證接收的實時流節目符合廣電級播出標準。

（1）節目監測系統

包含碼流監測和畫面監測兩部分。碼流監測主要對信號碼流層面進行分析，包含完整的TR101 290標準的三級檢錯信息，支持PSI/SI 表解析，對PCR、PES進行精準分析，及媒體丟包速率MLR等分析。

畫面監測主要針對節目播出畫面進行黑場、靜幀、視頻丟失、視頻解碼異常、彩場、彩條等視頻故障監測，以及音頻丟失、靜音、音量過高、音量過低等音頻故障監測。

（2）流媒體協議網關

對于RTMP 等互聯網流媒體協議的接收，采用流媒體網關進行協議轉換，統一轉換成UDP-TS 格式信號，完成從面向連接的協議轉換成為面向無連接的協議，保證安全可靠接收。流媒體網關支持TS-HTTP、TS-RTP、HTTP-FLV、RTSP、RTMP-FLV 等主流媒體封裝協議輸入，支持 TS-UDP，TS-RTP，HTTP-TS，RT‐SP-RTP，RTMP-FLV，HTTP-FLV，HLS 等主流媒體封裝協議輸出。

（3）設立UDP網閘

對于流媒體內容提供商的UDP-TS 信號，或者將RTMP 等互聯網協議轉成的UDP-TS 信號，通過UDP網閘設備進入衛星直播管理中心機房核心區，UDP網閘能夠實現對內外網絡隔離，保證內部網絡及處理系統安全。

UDP 網閘設備采用三主機配置——內網處理單元、外網處理單元、隔離與交換控制單元，三個單元互相獨立，不能互相進行任何通信，充分保證內外部網絡的安全。

網閘硬件層直接丟棄所有TCP協議報文，可以使跟TCP 相關的所有攻擊無效，比如SYN 泛洪攻擊、掃描攻擊、DDOS 攻擊等；同時采用硬件協議棧處理所有ARP、ICMP、IGMP 通信協議，可以100%應對各種網絡耗資源的攻擊，比如ICMP泛洪攻擊，處理性能遠遠大于連接能力。ARP 攻擊可通過靜態ARP 解決，防止ARP欺騙。

3.2 流媒體數據廣播前端系統

流媒體數據廣播前端系統主要由三個獨立的子系統構成：業務處理子系統、打包子系統、播出子系統。各子系統的功能及數據流關系如圖2所示。

圖2 直播衛星流媒體數據廣播前端系統功能關系

（1）業務處理子系統

業務處理子系統提供WEB 頁面和用戶進行交互，可以快速配置終端需要播發的數據流。主要功能包括操作員管理、角色管理、菜單管理、素材管理、業務/節目組管理、播發管理和運維管理。

（2）打包子系統

打包子系統目前只處理封裝修改版的數據輪放（Data Carousel），即直播版DC 包，不生成SDT、PAT、PMT表內容，這些表內容將由播發系統生成。整體的打包子系統的流程如圖3所示。

圖3 流媒體數據廣播打包子系統功能流程圖

（3）播出子系統

播出子系統接收所有打包系統的輸出結果，將這些數據合并，同時定期向流中注入生成的SDT、PAT、PMT表。

3.3 流媒體數據廣播終端組件

直播衛星智能終端需要集成流媒體數據廣播終端組件，來接收觀看引入的流媒體數據廣播內容。終端組件方案如下：

（1）終端組件架構

流媒體數據廣播終端組件的軟件架構如圖4 所示，包括界面應用、數據接收、數據組織、播出管理、分發管理等模塊，應用提供了完善的移植接口，用于直播衛星智能終端集成。

圖4 流媒體數據廣播終端組件軟件架構圖

（2）業務發現

流媒體數據廣播業務的描述完全符合DVB 標準，為了便于外部識別此類業務，采用專用的ser‐vice_type 來進行標識。終端在執行節目搜索的過程中，通過SDT 表進行檢索，其中service_type 為0xA0的業務，即為流媒體數據廣播業務。

通過搜索該service 對應的PMT 表，可以獲得該業務所包含的流媒體數據廣播節目。

每個流媒體數據廣播業務可以包含多個流媒體數據廣播節目。

（3）數據處理

終端應用軟件的數據處理部分采用服務端、客戶端架構實現。

（4）客戶端提供的對外接口

客戶端主要提供兩類對外接口，一類是流媒體數據廣播業務信息獲取接口，它可一次性獲取所有業務的信息，也可獲取指定service_id 下的業務信息；另一類是節目播放相關接口，包括播放器的創建與銷毀、播放器的設置及播放控制，同時也提供播放事件的消息通知。這些接口主要用于供外部應用播放指定流媒體數據廣播節目，播放指定節目需要傳入的參數可由業務信息獲取接口取得。

（5）服務端處理流程

服務端作為開機自啟動的服務，有自己的主要運行流程，該流程用于維護業務信息和管理數據庫，以便隨時向客戶端提供最新的業務信息。首先進行業務信息接收，解析處理每個ES PID來獲取該PMT下所有節目的信息。接著進行數據處理，將獲取到的流媒體廣播節目數據播發到指定的URL，流媒體終端軟件負責生成URL，當外部應用請求播放時，客戶端會啟動業務數據處理流程并啟動播放器開始播放，按照頻道列表和播放地址播放相應的流媒體數據廣播內容。

4 結論

隨著直播衛星事業的高質量創新性發展，直播衛星智能終端將逐步迭代升級，需要不斷開拓新型業務，以滿足廣大用戶的使用需求。流媒體技術已經日趨成熟，且具有媒體資源豐富、信息咨詢實用、貼近百姓生活的特點，因此直播衛星流媒體數據廣播系統的應用將為信息流的傳遞帶來系統性的變化，對用戶的工作和生活也將產生深遠的影響。本文提出的直播衛星流媒體數據廣播系統設計思路，旨在說明一種可行的技術方案，以滿足直播衛星業務拓展的需要。后續要考慮當前智能終端和規劃的新型智能終端的硬件配置和支撐能力等綜合因素，在系統應用時進行大量的技術驗證，提升流媒體數據廣播系統的安全性和可靠性，為用戶提供更多更優質的流媒體內容，提升用戶收視體驗。