基于FFmpeg+OpenCV 技术的广播电视无线发射台站音视频集中分发流媒体管理平台

罗秋云

（广西广播电视无线传播枢纽台，广西 南宁 530022）

0 引言

广西广播电视无线传播枢纽台监控平台通过广西广播电视技术中心自主研发的广西整省（区）广播电视无线发射台站智慧运维管理系统（以下简称广西远程监控系统）实现了对全区包括区、市、县、乡4 级共877 个中波、实验、调频、电视无线发射台站的智能化和自动化管理。本文以广西远程监控系统为应用案例，探索并建设一种基于FFmpeg 和OpenCV 技术的广播电视无线发射台站音视频集中分发流媒体管理平台。

1 现状需求和设计目的

1.1 现状及需求

广西远程监控系统已实现对全区无线发射台站信号源、发射机、供配电系统以及机房环境、传输网络等运行情况进行统一集中监控，但还存在以下问题。

第一，广西远程监控系统主要采用点对点的方式获取数字电视、调频广播及数字安防等信号，当多个不同客户端获取同一个台站的同一个信号时，需要从台站发送多个相同的信号到服务器，容易造成同时触发流量过大导致服务器、网络带宽堵塞，无形中浪费了大量的宽带资源[1]。

第二，无线发射台站端音视频流有数字电视、调频广播和数字安防等广播电视信号，涉及无线传输链路各个节点、不同厂家的各种不同设备。如何对这些不同广播电视流进行统一转编码，从而实现异构设备传输流（Transport Stream，TS）的集中管理，成为一个难题。

第三，无线发射台站音视频信号种类繁多，包含各个无线发射台站重点部位的实时摄像头视频、广播电视节目卫星光纤主备信号源和空收流等，需要建立一个管理平台监管这些音视频信号，及时、准确地发现安全播出事件，从而更有效地提高安全播出保障能力[2]。

为解决上述问题，搭建基于流媒体技术的广播电视无线发射台站音视频集中分发管理平台，采用流媒体技术实现广播电视无线发射台站音视频流的集中分发，可按多节目、多台站定制化广播电视音视频信号多节目多台站多画面轮播监测，并支持不同广播电视音视频流的统一编转码，从而解决音视频信号重复传输导致的网络拥堵，实现无线发射台站音视频信号的集中监管，提高安全播出保障能力。

1.2 设计目的

为解决广播电视音视频信号重复传输问题，实现不同广播电视音视频信号多画面轮播监测和异构设备TS 流的集中管理，广西广播电视无线传播枢纽台计划搭建基于流媒体技术的广播电视无线发射台站音视频集中分发管理平台，提高安全播出保障能力，项目预期效果如下。

第一，利用流媒体技术实现广播电视无线发射台站音视频流的集中分发，解决同时触发流量过大导致服务器、网络带宽的堵塞问题。

第二，按多节目、多台站定制化多画面轮播监测，实时监控台站端调频广播、数字安防、数字电视的音视频信号，可以通过对比信号源与空收流信号准确定位故障点，提高运维效率[3]。

第三，支持不同广播电视音视频信号的统一编转码，能够接入各种不同类型的设备，实现异构设备TS 流的集中管理。

第四，对外提供统一的实时音视频调用接口，可为远程监控系统提供音视频信号。

2 系统设计及应用

2.1 系统架构

基于FFmpeg 和OpenCV 技术的广播电视无线发射台站音视频集中分发流媒体管理平台主要由台站流媒体回传系统、流媒体代理服务集群和流媒体发布平台组成。其中，流媒体代理服务集群和发布平台部署在广西远程监控系统中心平台，流媒体回传软件部署在广西全区96 座发射台站终端，利用已有的10 Mb·s-1光纤回传链路，通过浏览器网页、个人计算机（Personal Computer，PC）客户端、手机App、微信小程序等方式，实时监控台站端广播电视音视频信号的播放情况，以实现对全区无线发射台站的音视频信号进行实时集中监控，整体架构如图1 所示。

图1 系统拓扑

2.2 台站流媒体回传系统

2.2.1 系统拉流

台站端的流媒体回传系统主要部署在台站端的服务器和主控电脑台站，接收来自光纤及卫星输入流、地面数字多媒体广播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）接收机空收流，支持拉取多种格式的TS 流。

2.2.2 FFmpeg 编解码

采用FFmpeg 方法将接收的广播电视多节目数据流解复用，按音视频pid 进行拆分转码，重新封装为新的视频流，然后将新视频流从用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）转协议为HTTP+TS的单播视频流。该系统还将接收来自海康威视服务器的实时流传输协议（Real Time Streaming Protocol，RTSP）监控视频流转为HTTP+TS 的单播视频流，从而实现台站端调频广播、数字电视输入输出数字安防音视频的编解码和拉流。同时，该软件还支持RTSP、实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）、基于HTTP 的自适应码率流媒体传输（HTTP Live Streaming，HLS）、超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）、UDP 等协议的相互转换，实现无线发射台站音视频不同格式、不同协议的转换功能，为流媒体实时点播奠定了基础。

2.2.3 OpenCV 播放音视频

客户端接收到单播视频流后，解码存入dst视频。由于视频格式是yuv420，需要将其转码为rgb 格式。将转码后的数据存入OpenCV 中，从而实现解码后的视频播放。

2.3 流媒体代理集群

在广西远程监控系统中心平台搭建由3 台流媒体服务器组成的流媒体代理集群，负责接收流媒体发布平台的请求命令，实现与台站端流媒体回传软件的交互，通过负载均衡方式拉取台站的节目并转发给请求的客户端，流程如图2 所示。但由于光纤回传链路带宽只有10 Mb·s-1，带宽资源有限，为降低各台站回传节目带宽，当有多个客户端请求同一个台站的同一个节目时，台站只需回传一路节目即可，再转发给多个客户端。客户端可以直接在浏览器中播放视频，无须安装其他播放器插件，使用JS控制，将字节流发送给浏览器媒体解码器进行播放，实时观看音视频节目[4]。

图2 节目回传流程

2.4 流媒体发布平台

在广西远程监控中心平台搭建流媒体发布平台，集成全区95 座无线发射台海量音视频信号，可实时监控台站端调频广播、数字安防及数字电视的音视频信号。流媒体发布平台接收不同客户端的播放请求，根据流媒体代理集群的负载情况合理分配资源，向台站端流媒体回传软件拉取音视频信号，并对台站回传音视频信号进行分发，实现视、音频格式统一化和转发，同时确保不因同时触发流量过大导致服务器、网络带宽堵塞。

流媒体发布平台支持多形式终端接入，可通过网页浏览器、PC 客户端、手机App 及微信小程序等方式实时监控台站端广播电视音视频信号的播放情况；并提供HTTP-JSON 接口，终端可向流媒体平台申请拉流，实现音视频信号的实时在线预览。

流媒体发布平台对外提供统一的实时音视频调用接口，为广西远程监控系统提供所需的音视频信号，支持输入流断开后定期进行重连，重连间隔可配置，保证输出与输入同步恢复。

2.5 多画面轮播监测

多画面轮播监测平台可按多节目、多台站定制化音视频信号多画面轮播监测；根据需求制定轮播方案，并根据方案选择添加所需台站的广播电视音视频信号，设定轮询间隔，按照设定的画面数量进行轮播，这样可以多画面查看多台站、多节目的播出效果；通过对比信号源和空收流，可以快速判断故障点，提高运维能力。

3 社会效益和创新点

3.1 社会效益

广播电视监测工作是广播电视事业的重要组成部分。广西无线发射台站流媒体平台解决了信号重复传输的问题，为广西广播电视无线传播枢纽台监控平台提供稳定、不间断、全方位的音视频信号集中监控系统。平台利用流媒体技术实现广播电视无线发射台站音视频流的集中分发，解决了同时触发流量过大导致服务器、网络带宽的堵塞问题；按多节目、多台站定制化多画面轮播监测，实时监控台站端调频广播、数字安防、数字电视的音视频信号，信号传输稳定、监测数据完整，有效提高安全播出保障能力[5]。平台极大地提升了运维效率，采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）方式对各台站的不同音视频信号进行24 h 在线监控，可以通过对比信号源与空收流信号，准确定位故障点，可预防劣播、错播及停播等安全播出事件，实时查看台站端环境安防情况，可精准定位故障点，提高运维人员的工作效率。平台对外提供统一的实时音视频调用接口，为远程监控系统提供音视频信号。

3.2 创新点

广西无线发射台站流媒体平台具有以下创新点。

第一，采用FFmpeg 和OpenCV 方法实现广播电视台站地面数字电视远程集中音视频监控。平台采用FFmpeg 通过对AVS+音视频的高效编转码、图片尺寸压缩，降低分辨率，在图像上添加水印信息，利用音频数据重采样降低音频数据量等，完成对AVS+视频的低码率转换。转码后的音视频通过流媒体平台回传至广西远程监控中心平台，采用OpenCV 读取图像，实现台站音视频远程集中监控。

第二，采用流媒体集群代理+平台管理方式，实现对广播电视无线发射台站音视频流的集中拉取、分发管理，解决了传统广播电视台站多终端向同一设备拉流造成网络拥堵问题。当多个客户端向平台请求同一个音视频，该平台只需获取一路音视频流，再转发给多个客户端，有效解决了同时触发流量过大导致服务器、网络带宽的堵塞问题。

第三，采用流媒体技术实现广播电视无线发射台站音视频节目集中多画面轮播监测。平台根据需求制订轮播方案和设置轮播参数后，通过轮播展示，可以在同一页面监测多个台站、多个节目的实时音视频信号。通过对比信号源和空收流，可以快速判断故障点，提高运维能力。

第四，实现不同广播电视音视频流的统一编转码。平台支持RTSP、RTP、HLS、HTTP 及UDP 等协议的相互转换，实现广播电视音视频不同格式、不同协议的转换功能，实现异构设备TS 流的集中管理。

4 结语

广西无线发射台站流媒体平台于2022 年6 月开发完成，目前已在广西全区95 个一、二、三级无线发射台站部署流媒体回传软件，并在广西远程监控中心平台部署流媒体发布平台和流媒体代理集群。该平台自2022 年6 月上线应用以来，通过广播电视音视频信号集中转发，有效解决了网络拥堵问题。它采用定制化多节目多台站多画面轮播监测，实时监控95 个无线发射台站的调频广播、数字安防、数字电视的音视频信号，可以准确定位故障点，提高运维效率。平台信号传输稳定、监测数据完整，有效提高了安全播出保障能力。