融合网络直播系统的设计与应用

李 文

（佛山电视台顺德分台，广东 佛山 528300）

0 引言

随着互联网的高速发展，传统的单一电视直播优势正在逐渐减弱，网络平台开始占据更多直播市场的份额。从广播电视行业的角度出发，地方电视台应该发挥对影像传播应该的引领作用，不仅宣传党政信息，而且还要为人民群众建立更加可行、可信且可靠的价值传播平台。因此结合当下的传播技术，如何有效建立以及运用一个具备多融合的枢纽性直播系统是一个重要的问题。

1 设计背景

自地方融合媒体建设以来，很多电视台都已经具备了基本的单节目直播能力。某电视台为更好地发扬以及传播当地风貌以及正能量，计划对多个网络平台以及本地频道进行同步直播。其中，直播来源将广泛采取城市各摄像头、外场活动、演播室、视频文件以及音频文件等信号，由于摄像机信号并不具备音频，因此在转播该信号时要考虑加嵌音频。对信号进行转播处理后，不同平台涉及的字幕可能不同，因此对字幕的处理也有要求（具有独立性）。在正式对外直播前，延时直播也是安播要求之一。综上要求，某电视台在技术层面梳理发现存在对多类型信号调度、实时多路音频加嵌、多路字幕处理以及多路延时等环节的处理问题。经过调研广电相关设备，暂未发现能统一处理上述功能的设备。因此，根据台内现有条件并结合相关信号处理设备，提出了“多进严出”的应用思路，利用信号多协议转换、IP矩阵以及实时编解码等核心技术原理设计了一套融合网络直播系统。该系统可以满足某电视台的现有需求，对未来的应用拓展也具有支撑作用。

2 实现原理及总体思路

信号多协议转换是将数字SDI信号、多协议IP流信号（UDP、HTTP、FLV、RTMP以及RTSP等）转换为格式统一的信号（例如指定UDP、RTMP以及RTSP协议等）。

IP矩阵是指将不同类型的流信号都汇聚到矩阵中，通过矩阵调度将不同的流信号输出到不同的目标地址。

实时编解码是指对调度输出的流信号进行解码再编码，目的是对该流信号加嵌音频处理以及CG字幕处理。

总体思路如下：1） 在信号处理方面存在对不同类型信号源进行转直播的需求，因此设计时考虑了2个处理环节，分别是信号类型转换以及信号类型统一。关于统一信号的类型，由于基于IP流类型的信号居多，因此核心的处理系统采用IP类型的设计基础。针对非IP流类型的信号，通过编码器转换为IP流，进入后续的处理流程。结合发布方面，主要面向网络直播，因此采用IP流类型的处理设备可以无缝实现网络直播的链路应用，对传统类的发布端可以通过解码器实现异端发布。2） 在发布方面存在多终端的发布需求，不仅要满足多终端发布的需求，而且也要满足不同内容的发布需求，这样才可以适应未来应用场景的随时变化，使系统具有更好的可适应性。因此，系统操作考虑采用播单的方式，满足直播节目自动化播出的需求。同时，也支持手动模式的随时介入，可以实现灵活运用的功能。

3 详细设计与运行流程

3.1 架构设计

某电视台融合网络直播系统可以对多格式、多信源号进行汇聚调度，支持手（自）动控制切换，以频道直播、网络直播的形式送到频道播控及第三方平台网络进行分发。

系统的架构如图1所示。

图1 融合网络直播系统架构图

3.2 流程设计

整体系统主要由TS编码器、IP矩阵设备、IP播出服务器、IP倒换器、IP延时器、IP多画面服务器、IP收录服务器以及流解码器组成。

整体信号流程说明如下（应用流程图如图2 所示）：1）控制 /编辑工作站。完成编辑并送播当天的慢直播播出节目单。2） 控制/编辑工作站。根据送播的节目单执行播出命令（包括对矩阵的切换命令、文件播命令、音频叠加命令以及字幕叠加命令等）。3） IP矩阵。根据接收到的命令完成切换输入以及输出通道的任务（IP矩阵将接收所有的外来信号流，如果外来信号流为SDI信号，就通过编码器将其转换为IP流），将输出流送至IP播出系统。4） IP播出系统。接收来自IP矩阵的切换信号，并对其进行解码，根据控制工作站发出的命令（例如字幕命令、音频加命令等）进行再次合成编码处理（如果当前命令为文件播命令，就执行文件编码输出），随后进行流输出至IP流延时器。5） IP流延时器。接收主备IP播出系统送达的主备节目流信号，然后进行延时输出，使节目安全播出，留出应急操作空间。6） IP流倒换器。接收延时后的主备IP播出流并进行倒换输出，在极端情况下，设备支持掉电直通，也可以保证信号的正常输出。再针对问题信号方面，支持手动直接切换应急输出信号，避免出现安播事故。7） IP收录系统，可通过IP矩阵调度某路信号完成IP收录系统的录制工作，方便后期编辑。 8） 在外来信号的源端，IP矩阵切换输出环节，IP倒换输出环节都增加了监看业务，可随时监察信号的状态。

图2 应用流程图

在应用流程上，通过制作的慢直播节目单，系统自动完成慢直播的切播命令，直播节目内容层面上具有视频和音频文件的直播以及独立的图文字幕控制，从而满足对慢直播节目综合应用的基础需求。在该基础上，系统支持手动控制切播，也达到了灵活运用应急直播（通告）、快直播节目以及标准直播节目的目的。因此，该流程在使用层面上具备结构清晰、操作简洁的特性，在应用过程中也具备灵活变通的特征。

3.3 系统支撑设备

通过编码器设备与IP矩阵设备实现支持UDP、HLS、RTMP以及RTSP协议流的混合输入及数字SDI信号的接入。IP矩阵设备支持IP流的解复用，根据节目直播的需要可以实时将转播信号转换为UDP或rtmp协议流切换输出。同时，所有信号源可以通过多通道IP流多画面服务器投放至总控大屏上进行监看。

IP 矩阵设备规模设计为 32 路输入以及32路输出，为后续信号源的扩展留下了充足的扩展空间。IP矩阵采用X86架构，并配置了专用的控制软件，通过软件可以配置矩阵主、备以及应急输入流信息，包括流地址、矩阵接收口、节目号、音频 PID、视频编码信息以及音频编码息，配置矩阵倒换输出流信息，包括目标地址、矩阵输出网口以及系统码率。

在转播信号的二次处理层面上（为处理音频加嵌以及CG字幕），通过IP播出服务器对转播的外来IP流、本地的播出文件实时叠加台标、角标等图文字幕。同时，支持对音频文件再次合成或者替换，提供了较广的应用范围。由于采用编码播出方式，因此对播出文件格式的兼容性极强，多种编码、多种封装的高标清文件均可混合播出，最终实现系统多格式编码（1080i、1080p、720p）输出，支持横屏信号（16︰9）和竖屏信号（9︰16）播出模式，满足同一节目在多个直播平台上同步进行直播分发的需求。同时，解码器也可将IP节目流转换成SDI信号回传到演播室调用。

在安全播出方面，设计了IP自动倒换器，其用于主备IP播出系统的输出IP信号自动检测和自动倒换，避免因硬件平台故障产生的播出事故，还可以降低现场值班人员的应急操作难度。

4 应用场景

4.1 标准直播场景

标准直播主要定义为传统大型活动的电视直播、演播室节目直播等。视频信号主要由摄像机组采集，导播通联、切换和音频系统独立完善。直播信号采用有线（光纤）或无线（卫星）传输信号，提供高质量稳定画面以及高效的直播流。实现传统制播方式与新媒体融合的多码率和大小屏播出。

4.2 慢直播场景

这类型的直播主要应用为《看顺德》抖音号7×24 h的慢直播，通过布局在不同场景的摄像头来拍摄的不同城市的风光以及有规律性的策划事件性直播活动。

4.3 快直播场景

快直播主要形式有连线直播，将场外直播信号回传到台里并转换成IP流输入到系统融合切换，实现多格式、多协议流信号等新媒体网络制播、多平台分发。应用场景主要有以下2种： 1） 单一路信号连线直播。信号有2种方式接入系统，一是网络推流器推流直播信号云端，媒体服务器通过网络拉流视频流接入台内系统IP矩阵，由编码器转换为IP流供系统调度。二是采用专业移动传输设备，通过互联网网络（专有协议）将现场直播信号实时回传到台内，由编码器转换为IP流接入系统，按编单播出。2） 多方视频连线直播。由索贝MAGI便携式直录一体机系统实现。主要有2种方式，一是现场信号通过有线连接，二是异地信号通过网络抓（拉）流接收，同时系统还集成了讴像合成、特效、字幕、硬盘收录、延时播出以及音频调控等功能，方便、快捷地实现多方视频连线直播。

在网络连线方面，还支持手机或者PC端的连线方案，满足了连接节目的制作深度。手机端满足连线嘉宾个人的使用需求，方便在任何环境下进行直播连线。PC端可以满足连线第二会场的需求，例如会议室、第二演播室以及指挥中心等地点，PC端连线软件会将会场的摄像头信号与音频信号进行混合，然后加入连线方进入节目连线环节。互联网连线流程如图3所示。

图3 互联网连线流程图

5 系统技术保障

与传统电视目的制作播出不同，新媒体网络直播受节目直播现场自然环境、网络状态以及电力保障等因素的影响较大，要保证直播质量及安全性，必须做好技术保障方案。

5.1 直播现场的技术勘查

提前勘查场地，做好网络状况测试、配电保障以及机位设置等准备。同时，根据直播具体要求制订详细的技术方案，重大直播节目须制订多套可执行预案，按照技术方案配置相应设备，对重要设备和数据链路做好冗余备份。

5.2 传输链路安全保障

传输链路安全保障主要是现场直播信号回传到台内直播系统安全保障，主要分为2种：1） 有线传输。一是短距离有线传输，例如高清信号用高清视频线传输，最好不要超120 M。二是长短距离光纤传输。2） 无线传输。一是传统的卫星传输。卫星传输主要通过信号转发器将电台节目信号传输到空中，并在卫星接收天线接收到信息之后，将转发器中的信息传输出去。二是网络传输，某电视台使用了LU500移动直播设备，可以将现场直播信号回传至台内系统。

5.3 通联系统的保障

通联对讲是直播过程中技术支持和技术保障的关键内容。首先，在直播现场需要对画面进行切换的情况下，导播人员可以提前为摄像提供相应的指引，让摄像师能够系统把握画面的切换过程，形成不同切换动作之间的有效衔接，进一步提高直播现场节目的质量。其次对节目审编和技术问题来说，需要保持有效沟通，发现问题能及时对节目进行调整，避免直播现场画面出现问题，确保节目安全播出。

5.4 安全供电保障

在场外直播过程中，经常会用到临时电源，临时电源在使用过程中具有不稳定和信号干扰大等问题，影响直播质量。为保证直播质量，应尽量采用UPS供电。

5.5 安全应急预案设计

要有相应的安全播出应急预案，在直播过程中，当出现不可抗拒的紧急情况或播出链路遭受恶意攻击时，及时应急处理或切换垫播片，确保播出不间断、不出事故。

6 结语

顺视网络直播系统是将传统视音频设备和网络设备相结合搭建而成的，并于2021年12月投入启用，系统融合了标准直播、快直播以及慢直播等活动内容， 丰富了直播节目的制录形式，是探索传统媒体与新媒体的融合和创新传播途径新的尝试，对未来的新闻媒体传播方式的发展具有特殊的借鉴意义。