云媒體內容生產服務平臺在大型賽事轉播中的應用

曾 志

（福建省廣播影視集團，福建 福州 350004）

0 引言

2021 年9 月，陜西省舉辦了中華人民共和國第十四屆運動會（以下簡稱十四運）。筆者作為主轉播機構（Host Broadcaster，HB）福建團隊的一員，全程參與到國際廣播中心（International Broadcasting Center，IBC）的融媒體制作系統（Convergence Media Production，CMP）建設和運營中，經歷了90 d 的設計期、部署期、集成期、調試期、運行期。本制作系統包含融媒體指揮調度中心、信號場記收錄中心以及云媒體內容生產服務平臺。

1 需求設計

1.1 需求分析

主轉播機構（HB）福建團隊承擔向持權轉播商（Rights-Holding Broadcaster，RHB）提供整屆賽事所有公共信號的關鍵任務。筆者作為團隊核心成員，參與搭建了十四運云媒體內容生產服務平臺。該平臺打破傳統內容生產模式，將天翼云平臺和本地的廣播電視中心打通并深度融合，以高效、安全、穩定的賽事資訊共享為核心，為RHB 提供實時、多元化的內容生產服務。

1.2 總體方案

在廣泛收集RHB 需求的基礎上，福建團隊充分利用現有資源和算力，開展十四運云媒體內容生產服務平臺的建設。本平臺具備信號匯聚分發、移動剪輯、云端新媒體直播切換、賽事新聞爬取與顯示、賽事指揮調度以及異構備份收錄等功能。

1.3 詳細設計

云媒體內容生產服務平臺按地域可以分為IBC本地機房和天翼云平臺兩部分，如圖1 所示。IBC本地機房包括矩陣、編碼和收錄服務器、全能機以及筆記本電腦等。天翼云平臺包括媒體服務器和一些后臺服務器（如云導播、云分發、云采編、直播隨編等服務）?；趶姶蟮能浻布?，云媒體內容生產服務平臺被拆分為流匯聚分發、云切換制作、移動云采編、異構備份收錄這幾部分來搭建。這些功能離不開云上和云下資源的支持。以下將介紹這兩部分資源。

圖1 云媒體內容生產服務平臺概況

1.3.1 云上資源

為了保證云上資源的高效、安全、可靠，福建團隊采用了電信天翼云的一整套云方案。在管理服務、存儲資源、數據庫、云直播服務、公網帶寬、內容分發網絡（Content Delivery Network，CDN）[1]加速方面做了如下部署。管理服務包括云分發后臺服務云導播后臺服務、云采編后臺服務等，分別服務于流匯聚分發、云切換制作、移動云采編這三大功能；平臺使用網絡附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）和S3 對象存儲[2]兩大存儲類型，其中NAS存儲存放了TB 量級的視頻數據，對象存儲具備接收300 萬次請求的性能。同時，福建團隊在云端媒體庫和核心機房均部署了Redis 4.0.14、MySQL 5.7、Mongo 3.6.12 等類型的數據庫以及提供實時轉碼、直播錄制、截圖及人工智能（Artificial Intelligence，AI）審核的云直播服務。經估算，以上方案需要用到的公網帶寬如表1 所示。考慮到冗余，團隊決定采用上下行均為1 Gb·s-1的帶寬方案。為了解決境外地區訪問天翼云速度慢的問題，還提供了CDN 加速服務。

表1 上下行帶寬估算表

1.3.2 云下資源

云下資源主要來自CDT 矩陣的信號分發。本屆賽事的電視轉播信號分為高清和4K 兩大類。福建團隊采用數字電路、裸光纖以及“5G 切片+數字電路”三種不同方式進行信號傳輸。陜西全省53 個場館的公用信號、單邊信號和風景攝像機信號實時回傳到IBC 的TER 機房。TER 機房將這些信號分發給CDT 矩陣，CDT 矩陣再通過分控矩陣分發給HB。

1.3.3 應急方案

流分發匯聚服務和云切換服務都使用電信公司的云上資源。系統建設過程中已同步將這些服務部署到騰訊云平臺。一旦電信云資源出現問題，可在短時間內將業務切換到騰訊云，保證流分發和云切換服務的正常進行。

1.3.4 平臺展示

至此，整個云媒體內容生產服務平臺已基本成型，但還需要一個展示和指揮調度的窗口。福建團隊搭建了由16 塊大屏組成的融媒體指揮調度中心展示屏，如圖2 所示，將電視、手機、數字媒體等各種媒介的信息集中展示，展示內容包括信源監看（屏1 ～4）、全能機主副屏監看（屏5 ～6 和屏14 ～15）、指揮調度和通話定位（屏7 和屏10）、云切換平臺（屏8）、賽時賽況系統（屏9）、豎屏客戶端監看（屏11）、新聞線索捕捉（屏12）、云分發通道編排單（屏13）以及云分發流監控（屏16 ～18）。

圖2 融媒體指揮中心大屏實景圖

2 流匯聚分發平臺

2.1 背景分析

流分發匯聚平臺是為賽事公共信號提供云端流媒體信號接收、分發、協議轉換、轉碼等功能的軟件即服務（Software as a Service，SaaS）[3]平臺。授權用戶從賽程表生成的電子節目單（Electrical Program Guide，EPG）獲取公共信號的分發地址并進行拉流，實現信號分發可管控。

2.2 方案設計

福建團隊在天翼云部署多臺流媒體服務器用于流分發。分控矩陣ROSS 輸出的36 路高清信號經過6 臺編碼推流服務器推流到流匯聚分發平臺進行分發，拉流筆記本通過實時消息傳輸協議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）的方式拉取直播流到本地并投到大屏進行監看，新媒體用戶訪問EPG得到拉流地址并從天翼云拉取實時直播流。整體方案設計如圖3 所示。

圖3 高清流分發平臺示意圖

2.3 具體實現

福建團隊通過調用ROSS 矩陣的畫分功能將來自CDT 矩陣的高清和4K 源信號用九宮格的方式輸出實現了投屏監看，并將源信號送給對應的編碼推流服務器和收錄服務器。編碼推流服務器通過10 Gb·s-1專線將信號推流至流分發平臺進行匯聚分發，收錄服務器則將信號以文件形式存到固態硬盤（Solid State Disk，SSD）上。流匯聚分發的核心設備是最高支持144 路的ROSS 矩陣。該矩陣在流匯聚分發中起到以下兩大作用。

作用一是充當畫分，ROSS 矩陣的輸入端口為所有高清信源，可以定義若干輸出端口為多畫面輸出，從而達到一個輸出口輸出多畫面的效果，最終福建團隊使用4 個畫分輸出來實現監看36 路高清源信號的目的，如圖2 所示的第1 ～4 屏。由于ROSS 矩陣和大屏相隔數十米，福建團隊借助了串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）TO 高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）轉換盒和HDMI 光纖收發器來實現視頻信號從矩陣到大屏的遠距離傳輸。

作用二是提供編碼器的信號源。所有編碼推流的高清和4K 服務器信號源也都來自ROSS 矩陣。這些推流服務器將賽事公共信號推流至天翼云，用戶根據需要進行拉流監看。如圖2 所示的第16 ～18 屏。

2.4 分發成果

整屆全運會，高清信號共分發了612場、3 400 h，4K 信號共分發166 場、700 h。用于中央廣播電視總臺央視頻、CCTV5、陜西起點等App 客戶端的直播，滿足了RHB 高可靠、強時效、跨地域、低成本的賽事轉播需求。

3 云切換制作平臺

3.1 平臺概況

HB 首次向RHB 提供基于公有云的高靈活、輕量化的云切換制作服務。在5G 網絡的加持下，RHB 通過云切換服務可快速、直接獲取高清/4K 信號，并結合本地演播室信號進行節目的導切、包裝及解說等制作。云切換系統如圖4 所示。

圖4 云切換系統示意圖

3.2 方案設計

云切換制作平臺方案采用國內知名廠商的云導播切換臺作為核心設備。該切換臺基于瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）架構，支持8 通道信源監看、導播切換、多通道調音、字幕、畫中畫、網絡拉流、直播推流、通道錄制及直播連線等功能，支持幀精度切換、延時、應急切播和安全可靠傳輸（Secure Reliable Transport，SRT）、RTMP[4]、實時通信（Real-Time Communication，RTC）等多種協議的信號接入，支持多種編碼，如圖2 所示屏8。

3.3 具體實現

賽場節目信號（Program，PGM）通過5G 背包、編碼推流器、手機App 等推流設備將流信號推送到云端，授權用戶只需要使用連接4G 網絡的筆記本電腦登錄云導播切換臺，即可完成調音、包裝、切換等工作，支持向觀眾展示除PGM 外的多拍攝視角。實現過程中也有諸多技術亮點，例如為了實現前后方Tally 聯動處理，采用了基于網際互連協議（Internet Protocol，IP）流的手機專業生成內容（Professional Generated Content，PGC）Tally 聯動顯示系統，同時將手機App、小程序、連線盒子等終端接入通話房間，實現低延時的IP 通話。系統還支持對攝像、記者、燈光等人員進行分組，從而實現導播與各工種之間的溝通互不干擾。導播還可事先添加視頻文件到云導播臺實現一鍵切播，保證了播出安全。

4 移動云采編系統

4.1 系統簡介

依托天翼云上的計算存儲網絡資源，福建團隊定制了一款基于公網訪問的全運會云采編App。該App 是建立在云端的制作、采訪、編輯一體化的新媒體平臺[5]。編輯可以隨時隨地通過裝有該App 的移動設備訪問云端資源庫，獲取實時的直播賽事流進行推流直播或在線編輯，實現多種終端跨區域的協同制作。

4.2 方案設計

本方案為采編用戶提供云資源庫、PGC 推流、直播隨編和在線編輯這四大功能模塊，根據用戶的角色授予相應的權限。其中，云資源庫主要提供公共素材庫的共享服務，云服務平臺上收錄的素材會自動同步到公共素材庫，用戶可以管理公共素材庫和臺屬素材庫的內容；用戶可以用自有移動設備進行PGC 推流直播，支持自定義推流地址和推流參數；用戶可以使用直播隨編功能將公共素材庫的素材拆條、暫存、合成到資源庫中供調用；用戶還可以通過在線編輯模塊，對臺屬庫中素材進行剪切、多視頻順序調換以及合成等操作。

5 異構收錄系統

5.1 誕生背景

收錄系統在本地和云上已經各搭建了一套，因此本平臺的異構收錄系統作為第三備使用?；诋悩嫷脑瓌t，數據存放介質為SSD 固態硬盤而非分布式存儲節點。根據業務特點，收錄系統只循環收錄近72 h 素材，提供并發36 路高清信號和10 路4K 信號的收錄能力。錄制下來為每10 min一段（實現幀精度對齊）、視音頻一體的素材，均為Op-1a 編碼、MXF 格式封裝。

5.2 具體方案

4K 信號方面，福建團隊使用3 臺4 通道的4K 收錄服務器，最多支持12 通道同時收錄，收錄格式為XAVC 50p 500 Mb·s-1的碼率。機身滿插4 張SSD，通道A、B 綁定SSD1 和SSD2，通道C、D 綁定SSD3和SSD4。SSD1 寫滿后自動寫入SSD2，以此類推。

高清信號方面，福建團隊使用6 臺6 通道的高清收錄服務器，最多支持36 通道同時收錄，收錄格式為DNxHD 50i 120 Mb·s-1的碼率。機身滿插2 張SSD，所有錄制任務都會優先寫入SSD1，待SSD1 寫滿后自動切換至SSD2。待2 張盤全部寫滿，手動更換新盤。

5.3 應急場景

當兩份主收錄均出現異常，無法對外提供收錄素材時，用戶可以手動將本系統收錄的素材引入到主收錄資源庫中。4K 和高清的引入效率分別為4 倍速和22 倍速，確保收錄素材的絕對安全。

6 結語

第十四屆全運會已經圓滿落下帷幕。云媒體內容生產服務平臺創新性地將各項廣電前沿技術融合應用到賽事內容制作的方方面面。云分發、云制作、云采編這些云計算時代的產物必將越來越廣泛地使用，從而提高內容制作和分發的質量、效率，為大型賽事內容生產服務平臺的搭建提供參考。