杭州亞運會融媒體制作系統云服務平臺設計與實現

張 弓

（福建廣播影視集團，福建 福州 350004）

0 引言

第十九屆亞運會是一項重大國際性賽事。這次亞運會，主轉播機構（Host Broadcaster，HB）的融媒體制作（Convergence Media Production，CMP）系統由福建廣播影視集團的科傳中心建設。本屆亞運會共設置56個競賽場館，分布在浙江省內的6個市區。國際廣播中心（International Broadcast Centre，IBC）坐落于杭州國際博覽中心，是亞運會賽事信號匯聚制作分發的核心，為身處IBC 以及未能前來杭州的持權轉播商（Rights-Holding Broadcaster，RHB）提供必要的線上線下服務，確保他們能夠向全世界提供最好的亞運會宣傳報道。

本次亞運會普遍采用高清（High Definition，HD）信號格式進行廣播電視內容的制作，部分重要賽事將采用4K 超高清（4K UHD）信號格式進行制作和傳送。主播機構（HB）融合媒體制作系統（CMP）采用“云，邊，端”技術架構，利用云計算技術、虛擬化超高清非編技術，提供天地一體化的融媒體制作分發服務能力。本文介紹CMP 系統的構建，著重介紹云服務平臺系統的設計與實現。

1 CMP 系統簡介

1.1 CMP 系統

第十九屆杭州亞運會的融媒體制作系統主體分為兩部分，一部分為IBC 本地服務，一部分為云端服務平臺。IBC 側，利用微服務容器化部署方式，提供一套靈活、可彈性擴展、高可用的集約型虛擬后臺服務，同時提供多種融媒體編輯制作工具，滿足超高清、新媒體融合生產的制作需求[1]。云側則依托海內外節點的云計算資源，建立起便捷化、移動化的主播機構云服務平臺，為亞運會的持權轉播商提供更加便捷高效的云上媒體制作分發等服務。

1.1.1 IBC 本地制作系統

IBC 本地超高清編輯制作系統包含超高清公共賽事信號收錄、場記、融媒體編輯制作、每日集錦傳送、賽事文件歸檔、融媒體一體化后臺以及核心存儲等，關鍵服務有收錄服務及存儲、場記服務、超高清融媒體編輯制作服務等[2]。其中，收錄服務如圖1 所示，采用主備異構收錄系統，主、備系統分別具有獨立的物理實體設備，信源規模支持最大并發40 路HD 信號及20 路4K UHD 信號，滿足賽期內賽事信號的4K 及HD 信源收錄需求。

圖1 收錄服務拓撲圖

1.1.2 公有云服務平臺系統

本次亞運會云服務平臺需要支持參賽的45 個亞洲國家（地區），HB 及RHB 人員6 000 人以上，平面媒體人員7 500 人以上，系統架構設計必須滿足大用戶量、多并發數、短響應時間的性能指標。因此CMP 利用阿里云的云存儲、云計算資源、境內外數據同步及分發能力等，搭建了公有云服務平臺系統。

1.1.3 邊緣云系統

云平臺服務系統在阿里云的杭州節點進行了CMP 后臺服務的虛擬化部署。當IBC 本地系統出現問題無法實現功能，邊緣云上的備份系統將接管原有的后臺服務[3]。同時，可以由云上編輯制作系統實現線下編輯制作功能。

1.2 云服務平臺系統設計

本次亞運會的云服務平臺支持IBC 內以及境內外持權媒體利用計算機、手機、掌上設備等終端接入云服務平臺。云服務平臺門戶服務采用多節點集群方式部署，通過負載均衡輪詢調度。

1.2.1 云服務平臺總體架構

主播機構云服務平臺架構如圖2 所示，以杭州為中心云節點，以香港、新加坡、孟買為子節點，建立跨區域協同云制作平臺。主播機構云平臺需要部署云端的視頻緩存媒體庫和融媒體直播的視頻緩存庫，需要滿足最大并發40 路高清、20 路4K 公共賽事信號。因此，采用多節點集群方式部署云平臺同步服務，可滿足IBC 收錄素材并發上云傳輸，實現賽事收錄開始后10 min 內在云服務平臺查看同步的賽事信號[4]。為保障正式系統正常運行，技術團隊在杭州部署了一個測試節點進行系統驗證，以最小化配置實現系統功能。

圖2 杭州亞運會云服務平臺架構圖

1.2.2 一體化虛擬后臺系統

融媒體一體化虛擬后臺系統依托微服務、容器化技術進行服務布設。融媒體一體化虛擬后臺服務由基礎資源層、平臺服務層、業務應用層共同構成。基礎資源層實現對物理資源、算力資源等及各種應用服務的統一分配、調度、管理、監控、部署，并具備便捷的擴展能力[5]。公共服務平臺層為流程驅動、融合資源庫、業務支持服務等模塊提供開展各項業務的支撐服務。業務應用層滿足統一門戶、收錄編單服務、場記服務、編輯制作服務、歸檔服務、檢索服務以及下載服務等業務應用需求，為用戶提供了直播節目內容的匯聚、生產和送播等全生產流程服務。

1.3 媒體格式方案及存儲

本次亞運會融媒體制作系統在收錄、下載、流匯聚分發等流程環節所用的媒體格式方案如表1所示。

表1 媒體格式方案表

HD 公共信號制作預估6 000 h，4K 公共信號制作預估2 000 h 左右，主播機構提供短視頻、精彩集錦、賽事新聞預估不低于1 000 h 的成品節目需求，預估需求存儲容量約為0.83 PB，總體存儲容量設計為1.5 PB。實際本地存儲共設置了14 個節點的分布式存儲，每個節點容量為6 TB×35，采用“4+2”冗余策略，單節點允許2 塊硬盤同時發生故障，共計約為1.7 PB，至賽事結束，最終使用量約為1 PB。

2 云服務平臺主要功能實現

云服務平臺架構的關鍵功能實現在于云端部署的云存儲，云服務平臺后臺的核心服務，同步、合成轉碼、遷移服務，流媒體分發以及各種便捷的云編輯服務。

2.1 同步服務

同步服務流程如圖3 所示。直播信號由信號匯聚分發中心送至收錄服務器進入本地緩存后，由遷移服務發起任務，將其送至本地的分布式存儲中。接著，云同步服務將發起同步，利用10 Gb·s-1的主備專線將中低碼素材以及相關的元數據、場記等從本地遷移到云存儲中，以此實現天地同步。

圖3 同步服務流程

實際使用中，本地素材的遷移在素材收錄時就開始發起。遷移發起的同時，本地媒資庫中將可見遷移的素材。遷移素材每10 min 進行封口。后臺可以看見文件實時增大。用戶端不顯示分段封口過程，僅能看見單個素材。云平臺媒資庫素材將在10 min 后可見。杭州本地云平臺節點采用10 Gb·s-1主備寬帶進行數據傳輸，境外的香港、新加坡、孟買節點的云同步服務均采用3 Gb·s-1的帶寬進行同步。

2.2 下載服務

IBC內每個RHB演播區配備1～2臺非編站點。非編站點使用10 Gb·s-1光纖接入CMP 系統，提供客戶端/服務器（Client/Server，C/S）或瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）兩種方式進行高、中、低碼素材的檢索、打點、下載，之后經過本地或者后臺集群渲染。用戶可以選擇將編輯好的素材下載到本地，用于直接交付播出中心或導入個人素材庫中。

公有云服務平臺的用戶可以在云媒資庫里選擇需要的素材文件下載。由用戶提交下載申請或經由云編輯端進行在線編輯后發起請求。中低碼率的素材由云端媒資庫直接進行轉碼下載。高碼素材需經過后臺服務發起轉碼遷移申請，將選定的素材由DNxHD 120 Mb·s-1的 高 碼 格 式 轉 碼 成AVC-Intra 100 Mb·s-1的下載格式，再通過10 Gb·s-1專線上傳進入杭州節點云存儲，同時將發起入庫流程。此時，用戶于云端內容庫中就可見轉碼后的素材，再下載至本地。

2.3 后臺轉碼服務

本次后臺轉碼服務由設置在IBC 內的6 個刀片式服務器（裝載于1 個H3C 刀箱內）虛擬成12 臺服務器，每臺服務器可同時運行4 個轉碼任務，可同時執行48 個并發任務。轉碼采用單線程模式，主要執行高清高碼素材下載轉碼任務，由DNxHD 120 Mb·s-1轉碼成AVC-Intra 100 Mb·s-1，效率約為原來的5 倍。

筆者采用同一段時長1 h 的高清高碼（DNxHD 120 Mb·s-1）素材，通過后臺轉碼服務、IBC 本地非編轉碼、虛擬非編轉碼測試，多次測試取平均值，得到轉碼時間約為14 min、12 min、46 min。可見，后臺轉碼效率不遜于非編本地轉碼，并且可以在轉碼時繼續前臺編輯工作。

2.4 流媒體分發服務

本次云服務平臺的流匯聚分發方案如圖4所示。境內以杭州流媒體服務器為源站（阿里云），通過云商在境內建立北京、上海流分發服務邊緣節點，滿足境內持權轉播商加速拉流服務。境外建立香港、新加坡、孟買流分發服務邊緣節點，通過境外國際分發鏈路從杭州源站獲取流信號，并對境外持權媒體提供賽事信號流分發服務。

圖4 流匯聚分發方案圖

2.5 網絡帶寬需求

IBC 本地同步系統中，實時同步的數據包含40 路高清的中低碼、RTMP 推流數據、20 路4K 的低碼、SRT 推流數據以及2 路電競高清RTMP 推流數據。按最高并發上傳數量來計算，共需占用帶寬約為1.6 Gb·s-1。用戶進行高碼下載時，考慮到這次采用的虛擬化后臺轉碼效率近似5 倍率（均采用單線程模式），剩余帶寬能滿足同時下載用戶并發數約為17。

用戶端下載速度由所用網絡帶寬決定。下載1 h 的高碼素材，按常見的家用300 Mb·s-1的寬帶來計算，所需時間為20 min；下載1 h 的中碼素材所需時間為3.2 min；下載1 h 的低碼素材所需時間為0.4 min。

由于高碼素材需經過10 min 的封口后轉碼上傳，因此，利用300 Mb·s-1的寬帶從素材可見到下載1 h 高碼素材需要時間最快為42 min。筆者利用杭州本地寬帶進行了多次實際下載測試取均值，發現實際下載時間與系統設計預估接近。

2.6 云端編輯制作服務

2.6.1 云服務平臺

云服務平臺包含了多種云端編輯制作工具，主要有移動非編制作工具、Web 云剪輯工具以及移動云采編工具，如圖5 所示。

圖5 云端編輯制作服務

2.6.2 虛擬云非編遠程投射

在公有云側部署6 臺虛擬化編輯服務，以實現超高清制作以工具集方式集中部署。用戶側可安裝基礎軟件，通過5G 或有線網絡遠程訪問，支持4K/HD 節目混合編輯并將編輯成果直接合成下載至瘦終端本地，實現編輯工具的輕量化和移動化。

2.6.3 新媒體云切換制作

新媒體云切換制作平臺是基于公有云面向新媒體應用提供的輕量化導播切換制作平臺。導播人員通過B/S 架構的導播制作工具，可滿足多機位直播、多路慢直播自動切換等直播需求。其支持8 通道云端及本地多通道信號（支持MP4 文件，RTMP、SRT、WebRTC 流信號）切換、畫中畫、調音、圖文包裝制作、主預監及多通道輸入監看等功能。

3 結語

第十九屆杭州亞運會舉辦期間，HB 的融媒體制作系統正式投入使用。運行期間，系統各項性能指標都達到了預期計劃。IBC 本地及云服務平臺均穩定運行，通過高清晰度的畫面、高速的節目傳輸、多國際節點節目分發等，滿足了境內外線上線下持權用戶的多樣化需求，展現了主播機構高科技轉播技術和實力。融媒體制作系統云服務平臺在亞運會的成功應用，為系統使用的各種先進技術在廣電各業務架構上的推廣應用提供了良好的時機。