二次开发转码服务器实现IP游字宣传

■ 张家港市融媒体中心（传媒集团）：郑双 范玉君 徐强

本文主要介绍了通过对高清字幕转码服务器改造，软件方面的二次开发，转变成IP多通道字幕机，极大提高了工作效率，赋予值机人员更高的人性化操作功能，在疫情防控宣传中发挥了重要作用，产生了极大的社会效益。

AS-M8000高清字幕转码服务器设备采用了数字电视/IPTV/OTT提供的最新一代的视频编码技术，可以在更低的带宽环境为用户可提供1920*1080每秒30帧的视频体验，系统采用Linux操作系统+专业GPU，可保证工作的稳定性，支持真正的广播级应用，配置可支持多码率、多分辨率、多协议输出RTS[/HTTP/HLS/UDP/RTP)，支持轮播频道输出，可为IPTV、OTT等直播业务提供高性价比、易操作的最新解决方案。转码服务器平台有统一的转码参数模板管理、主机和任务管理、媒资管理，此三个模块为平台基础服务模块，平台所有模块都可提供API给第三方进行调用。平台的底层为转码器集群，转码器集群作为通用计算能力组件可根据平台的业务规模弹性伸缩，这为改造成IP字幕机提供了极大便利。

转码服务器的架构图如下：

AS-M8000高清字幕转码服务器原配置软件主要服务于直播编码解码，软件功能简一，该设备主要性能如下：支持一个输入，多分辨率、多码率、多格式，输出；支持同源多输出文件I帧对齐；支持纯视频编码输出；支持视频帧率、码率控制方式、视频码率、视频大小、视频宽高比、填充模式用户自定义设置；支持profile、Level级别、帧扫描方式、场序、熵编码、宏块划分用户自定义；支持多种运动预测模式、运动搜索范围、运动估算、运动侦测方式选择；支持GOP类型、关键帧间隔、参考帧个数、B帧参考、B帧个数、B帧自适应等参数可设；支持BT.2020宽色域及HDR PQ/HLG变换曲线；支持自动切换信源采集流的机制，即一路输入流发生异常断流，能自动切换到备份流进行不间断编码/转码输出；支持选择1路独立的音频流或者音频文件和一路视频流合成一路实时流转码输出；支持紧急垫片功能，编码设备可以设置一垫播文件，当主节目流发生异常断流，转码器采用自动垫播文件实时输出。冗余输出功能：编码设备可以转码一路实况流复制输出到多个地址。断流恢复功能：直播信源断流恢复之后，转码流自动恢复，并不产生声画不同步等问题。特效功能：支持动态可视化加特效，包括台标、字幕、时钟、秒表、马赛克、毛玻璃、隧道填充，并支持对特效进行计划编排。可自定义编排台标、字幕叠加的时间以及持续时间。色彩调节功能：支持对亮度、饱和度、对比度、色差、锐化、降噪等进行可视化动态调节。告警功能：支持流异常监测，黑场、静帧、静音、马赛克、彩条等，支持短信邮件通知。

改为字幕机需增加如下要求：

1.通道：IP输入，IP输出。

2.视频编码输出格式：MPEG2/MPEG4/H.264/H.263/H.265；音频编码输出格式：MP2A/AAC/AMR/AC3。

3.支持固定时长、定时插播、顺延插播、手动紧急插播等编单插播方式，支持插播效果预览。

4.高标清频道支持字幕、台标、角标、动画、时钟等元素在线插入，其中高、标清频道各6个，总共12个频道。

5.游字广告可自由分时间段（例如：一游字播出3次，时间大概为20:00，20:35，21:00左右），而节目单只需要编一条就行。

6.时间设定相近的广告，通过手动功能，可以避免冲突。（例如：20:00的广告先播完了，再播20:05的，即使实际时间为20:10了，顺延也没关系）。

7.频道编组可自由组合。

8.游动字幕与角标的开播时间可统一修改，即延迟播出。游动字幕与角标开播前可以逐条修改成停止播出。角标播出停留时间、间隔时间可以设置，可以编组并设置多个播出时段。游动字幕多条播出时间相同时播出不得同时出现也不能漏播，可以顺序播出。

改造过程中，系统与有线网络的级联，反复产生了诸多兼容性问题，经过多重测试，在服务器端做了如下这些升级改造：

1. 设备原始编码方式为H.264，有线网络公司无法解码

解决办法：由于有线网络公司部分老式机顶盒只能解析MPEG2格式的流，所以把编码方式由H.264换成了MPEG2。

实现原理：

1.运用docker上载设备适用的MPEG2编码模块压缩包至服务器中，并启用。

2.字幕机管理页面打开模板管理，更改模板属性中的编码格式，选择MPEG2点击保存。

3.打开直播转码，先停止频道。点击输出任务编辑，切换编码模板。点击保存。

4.开始输出任务。

5.打开VLC播放器，收看输出流。打开媒体属性，看到编码已更换为MPEG2，有线设备能顺利解码。

2. 流传输过程中，发现有线台解码器解出流会出现卡顿现象，并且网管软件一直有码率告警信息

原因：设备码率默认是VBR方式，VBR是动态码率，可以将视频质量较好的进行传输。保证视频的清晰度。但在传输过程中，机顶盒解出视频有卡顿和马赛克现象。

解决方法：将码率控制改成CBR模式。

1.运用docker上载最新的CBR编码模块压缩包至服务器中，并启用。

2.字幕机管理页面打开模板管理，更改模板属性中码率控制，选择CBR点击保存。

3.打开VLC播放器，收看输出流。打开媒体属性，看到码率不再波动，有线解码正常，视频顺畅，网管再无告警信息。

3. 画面清晰度不足，有线反映视频码率偏低

原因：有线解码视频清晰度不够。经过测试发现，CBR方式下，是固定码率。码率太低会导致画面清除度不够。原始码率为2M，需要大码率来保证视频质量。

解决方法：

1.字幕机管理页面打开模板管理，更改模板属性中码率，改为4500点击保存。

2.打开VLC播放器，收看输出流。打开媒体属性，看到码率变为4500，有线网管软件显示为3.5M，该码率比较合适。

4. 画面清晰后，发现声音不清晰

原因：经排查发现，CBR模式下音频码率太低导致。故需要加大音频码率。音频码率原始默认值为32。另外，音频编码类型由aac改为mpega。

5. 平台升级步骤

1.先在一台可以联上阿里云的机器上，把相应的image拉下来，使用docker pull镜像地址。

2.使用docker images检查本地是否已有此镜像，假设镜像名称是aaa:v1。

3.运行docker save aaa:v1>aaa_v1.tar保存镜像到一个文件。

4.将aaa_v1.tar上传到相应的离经服务器上。

5.在离线服务器上运行docker load—input aaa_v1.tar此命令把文件中的内容成镜像。

6.在离线服务器上运行docker images查看是否有aaa:v1这个镜像。

7.将docker compose配置文件中的镜像版本名称相应升级，然后再运行docker-compose up。

6. 具体过程

1.通过xshell连接到远程机器。

2.因为安全原因，机器不通公网，所以需要用U盘将升级包拷到机器。

3.加载升级包。

4.执行find/-name docker-compose.yml命令，找到相关目录。

5.Cd进入docker-compose.yml目录。

6.修改相应的镜像。

7.执行docker-compose up-d命令。

8.升级完成。

经过二次开发，该字幕机即实现如下性能，满足播出需求：

支持一键顺延：在不允许添加游字情况下，可以清除内容并可以顺延到其他时间；支持一键恢复：会把顺延的游字继续播放；支持一键删除；支持即时插播：模板可定制，方便定义高清、标清频道编码器参数，编码方式可自由修改；支持自动处理冲突：发生冲突时，自动顺延，内容正常播出；支持动态修改游字内容；支持游字设置游动次数；支持游字多个时间段自由组合；支持台标设置间隔时间、持续时间；支持计划绑定单个或多个频道；支持频道绑定单个或多个计划；支持单个或多个删除、修改尚未播出的内容；特效计划：计划的执行频率支持单次、每天、逢单、逢双、每周；支持设置字幕的颜色、字体、大小、水平位置、排列方式、滚动速度、字体间距等功能；支持选择画布大小如：16:9、16:10、4:3、5:4、5:3、1366*768、1360*768和1280*600；支持设置图标可视化拖拽大小，自定义移动位置；支持预览特效内容详情；支持添加特效模板并可以应用于多个频道或计划；支持按频道或者按计划查看特效信息；支持选择频道分发计划；支持选择模板后预览模板的特效内容；支持编辑选择的特效模板；支持已添加的特效模板显示的时间段和显示总时长；支持在计划开始的日期任意时间段内添加特效模板、动态修改频道与计划的绑定关系；支持在时间轴刻度上修改特效的显示的时间段；支持在时间轴上拖拽时间长度或移动时间范围；支持选定内容时，时间轴上高亮定位显示已选内容。

功能创新方面：

整个系统平台基于微服务的架构实现，各子系统的功能可以互相调用，每个子系统都提供API，平台基于B/S架构，且前后台分离，前台完全基于H5技术实现，浏览器不必安装插件实现。

系统的后台服务既支持在裸机上部署，也支持完全在Kubernetes容器集群中运行，并支持基于helm的技术实现一键部署。

系统平台有统一的转码参数模板管理、主机和任务管理和媒资管理，此三个模块为平台基础服务模块，平台所有模块都可提供API给第三方进行调用。平台的底层为转码器集群，转码器集群作为通用计算能力组件可根据平台的业务规模弹性伸缩。

IP输入协议：UDP/RTMP/RTSP/MMS/HTTP，IP输出协议：TS over UDP/RTP/HTTP/RTSP FLV over HTTP/RTMP/HTTP Live Streaming/3GP over RTP/MMS；输出分辨率：320*240；480*360；720*576；1280*720；1920*1080；3840*2160；自定义；支持一个输入，多分辨率、多码率、多格式，输出。

软件简洁操作方便：只要有一台电脑就可以页面操作，实现字幕台标的添加与管理，上手快，学习成本低。

一键上传图片序列：可以直接上传图片序列，无需再使用额外工具进行台标的编辑，简化了操作的步骤，提高了工作效率。

计划任务：对字幕台标可实现周期，定时等预设任务，并且自动处理时间上的冲突，再也无需为繁杂的任务调度与排序头疼，也避免了人工处理可能导致的失误。

模板管理：可实现多模板切换，随时选择或调整预设模板。

分发管理：首创高效率的分发模式，支持多频道、单频道、模板与任务进行关联处理，优化了操作人员的逻辑复杂度。

能自由定义频道分辨率，可实现多频道高清、标清同播。

该设备系统方便简捷的操作步骤、稳定的运行性能、超高的工作效率，具备了超强的商业应用价值，值得进行大力推广，在各级广播电视台或传媒中心等播出机构应用，以充分发挥其社会效益和经济效益。

改造过后的多通道IP游字系统极大提高了工作效率，对于本市政府宣传、民生实事、公益广告、天气预报预警等宣传提供了更好的工具，相对于我单位原来的游字设备，需要多点多段分时设置，半自动游字，容易漏播，甚至错播，该IP字幕机实现了一次设置完毕，设置完毕后人员就不再需介入，设备全自动多频道分发广告，赋予值机人员更高的人性化操作功能。采用全数字，TS OVER IP模式的系统设计方案让台内技术人员使用软件功能更加方便快捷，简化操作步骤，高效地进行宣传业务流程的运作，相比建设之前播出系统的软件程序繁多，功能单一，新系统整合更加统一化、界面化，流程透明化、智能化，化繁为简，在系统功能方面更全面、高效，在实际使用上达到了我单位预期规划的效果。特别是在今年年初的张家港新冠疫情产生后，设备几乎全天不间断的游字防疫宣传，日播出量高达6000条次，该播出设备方便简捷的操作步骤、稳定的运行性能、超高的工作效率，在疫情防控宣传中发挥了重要作用。