流媒體錄播環(huán)境的設(shè)計

文｜ 清華大學(xué)電教中心 鐘曉流 李海霞 宋述強

流媒體錄播環(huán)境的設(shè)計

文｜ 清華大學(xué)電教中心 鐘曉流 李海霞 宋述強

本文以構(gòu)建一間具有流媒體錄播功能的多功能廳為例，詳細(xì)探討了流媒體錄播應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)與方案設(shè)計等。

流媒體錄播系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計 擴聲 視覺設(shè)計

1 引言

隨著計算機應(yīng)用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，流媒體錄播系統(tǒng)的功能不斷增強，應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴大。但錄播系統(tǒng)不能孤立地存在，必須置身于一個特定的應(yīng)用環(huán)境中，與環(huán)境中的其他設(shè)備或應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合，才能顯示其生命力。一個先進的多媒體應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)在系統(tǒng)集成的設(shè)計理念上充分體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音視頻技術(shù)、流媒體錄播技術(shù)、多媒體技術(shù)、環(huán)境控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及軟硬件設(shè)計技術(shù)緊密結(jié)合的整體性，并且本著先進性、實用性、穩(wěn)定可靠性、完備性、可擴展性和標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)，經(jīng)過一系列認(rèn)真的計算機模擬、頻譜分析、建筑物理設(shè)計和最終的系統(tǒng)集成與測試，保證各系統(tǒng)性能指標(biāo)的一致，還應(yīng)經(jīng)設(shè)備選型的優(yōu)化組合和精密的系統(tǒng)集成，在聽覺上實現(xiàn)建聲效果好，聲音音質(zhì)優(yōu)美、悅耳動聽；在視覺上實現(xiàn)無盲區(qū)、色彩還原好、圖像清晰、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定可靠；在操作上達到設(shè)計人性化、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于掌握等目標(biāo)。

本文將以構(gòu)建一間具有流媒體錄播功能的多功能廳為例，詳細(xì)探討流媒體錄播應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)、方案設(shè)計和設(shè)備選型等。

2 項目背景

國家某政府部門需對其多功能廳進行改建。該廳為規(guī)則的矩形，長39.8m，寬29.6m，裝修后主席臺區(qū)域凈高為11m，觀眾區(qū)凈高為5.6m；室內(nèi)建筑聲學(xué)條件符合國家標(biāo)準(zhǔn)《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50371-2006）的要求；室內(nèi)照明符合相關(guān)規(guī)范《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034-2004）的要求；室內(nèi)共有信息點200個；互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬為100M～1000M自適應(yīng)，10M～100M到終端。

用戶的功能要求是將該廳設(shè)計成能夠舉辦綜藝表演、綜合會議、視頻會議、國際會議、時裝表演、中型展覽、新聞發(fā)布、演講報告等活動的多功能、多用途場所。

3 設(shè)計方案

該廳的設(shè)計不同于設(shè)備簡單疊加的一般設(shè)計，而是將成熟的先進技術(shù)以最優(yōu)性價比合理地應(yīng)用到系統(tǒng)工程中，充分結(jié)合了的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音視頻技術(shù)、流媒體技術(shù)、環(huán)境控制技術(shù)、軟件應(yīng)用技術(shù)。

3.1 目標(biāo)功能

按照設(shè)計方案，改建后的多功能視聽廳將成為智能化、現(xiàn)代化的綜合應(yīng)用環(huán)境，具有實現(xiàn)以下目標(biāo)所需的環(huán)境與條件：

◆ 運用信息化手段進行新聞發(fā)布、時裝表演、綜藝演出、展覽演示；

◆ 舉辦綜合會議、國際會議、視頻會議、交互研討與數(shù)字會議、報告演講；

◆ 運用信息技術(shù)開展遠程教育、異地培訓(xùn)、遠程會議與學(xué)術(shù)活動；

◆ 進行網(wǎng)絡(luò)直播、點播以提高重大活動開放程度和教學(xué)資源共享程度；

◆ 從設(shè)備到資源實現(xiàn)整體智能化。

3.2 擴聲系統(tǒng)設(shè)計

該廳的擴聲系統(tǒng)按最大聲壓級為103dB設(shè)計，揚聲器總電功率為11500W。

（1）供聲方案與揚聲器布局

該廳的擴聲系統(tǒng)設(shè)計采用了集中式（主擴）與分布式（輔助擴聲）相結(jié)合的揚聲器布局，以及SIS（Spatial Image System，空間成像系統(tǒng)）模式。空間成像系統(tǒng)既可以實現(xiàn)聲像在左、中、右方向移動的效果，也可以實現(xiàn)聲像在左右間移動、左中之間移動和右中之間移動的效果，能進一步改善聲像的空間感；還能通過對人的心理聲學(xué)作用的利用，使人們獲得更好的主觀聽覺感受。

①主擴揚聲器

該廳主擴揚聲器的設(shè)計如下：

◆ 為主席臺正上方中間聲道設(shè)計了三只中場揚聲器和遠場揚聲器（考慮冗余備份的因素），全部為全音域二分頻音箱，頻響范圍為65～20000Hz，靈敏度為99dB，功率均為500W；

◆ 在主席臺臺口左右設(shè)計了四只舞臺前沿的主擴“拉聲像揚聲器”（考慮冗余備份的因素），全部為雙12寸低音單元的三分頻音箱，頻響范圍為38～20000Hz，靈敏度為100dB，功率均為1200W；

◆ 配置了雙18寸的超低頻揚聲器兩只，頻響范圍為32～280Hz，靈敏度為100dB，功率為1600W。

②輔助揚聲器

在廳堂的黃金分割線上設(shè)計了兩只輔助音箱（考慮延時因素），全部為全音域二分頻音箱，頻響范圍為65～20000Hz，靈敏度為99dB，功率為500W。

③返送揚聲器

在舞臺區(qū)設(shè)計了兩只返送音箱，為全音域二分頻音箱，頻響范圍為55～20000Hz，靈敏度為99dB，功率為500W。

（2）功率放大器

該廳堂功率放大器的選配根據(jù)功率匹配、阻尼匹配、阻抗匹配的原則進行設(shè)計。功率放大器頻響范圍均設(shè)計為20～20000Hz，信噪比優(yōu)于105dB，動態(tài)范圍優(yōu)于110dB。

①功率匹配

按功率放大器動態(tài)功率為揚聲器的150%進行配置。拉聲像揚聲器和超低頻揚聲器采用橋接方式進行配接。

②阻尼匹配

功率放大器的阻尼系數(shù)按30～100設(shè)計。

（3）周邊設(shè)備

周邊設(shè)備配置的設(shè)計為數(shù)字音頻處理器兩臺、雙12段反饋抑制器兩臺、效果器兩臺。

（4）調(diào)音臺

配置32路調(diào)音臺兩臺（考慮備份因素）。

（5）音源設(shè)備

音源設(shè)備組成的設(shè)計為鵝頸會議話筒十套、演唱話筒六套、無線話筒八套（手持和領(lǐng)夾式各四套）。

（6）其他系統(tǒng)

國內(nèi)企業(yè)捐贈了視頻會議系統(tǒng)、60席討論型數(shù)字會議系統(tǒng)和500席同聲傳譯系統(tǒng)，故設(shè)計中未包括相關(guān)設(shè)備選型的內(nèi)容。

3.3 視頻系統(tǒng)設(shè)計

考慮到現(xiàn)實需求，視頻系統(tǒng)設(shè)計采用高標(biāo)清兼容技術(shù)。

（1）微格攝像系統(tǒng)

設(shè)計方案采用四信道微格攝像系統(tǒng)，包括攝像機、云臺、綜合控制器、電源適配器和HUB等設(shè)備。

①攝像機

設(shè)計全部采用分辨率為1000線的，1/2英寸的3CCD攝像機，信噪比不低于62dB，采用HD-SDI傳輸。其中一路攝取舞臺背景區(qū)域的畫面，一路為主席臺特寫鏡頭攝像機，另外兩路為觀眾區(qū)全景攝像機和特寫攝像機。

②云臺

設(shè)計云臺為與攝像機聯(lián)動相配套的液壓阻尼云臺，水平轉(zhuǎn)角大于300度（±150度），垂直轉(zhuǎn)角大于60度（±30度）。

③綜合控制器

綜合控制器設(shè)計要求帶RS232或RS485控制接口，能夠通過云臺控制攝像機的推、拉、搖、移，能調(diào)節(jié)攝相機鏡頭的電動三可變和白平衡、黑平衡。

④HUB

方案設(shè)計的HUB為云臺與綜合控制器的中介，作用是實現(xiàn)攝像機、云臺端與綜合控制器端的通信，以便實現(xiàn)對攝像機、云臺的操作控制。

（2）矩陣分配器

方案設(shè)計了廣播級16×16的VGA矩陣和16×16音視頻矩陣各一臺，廣播級8進8出音視頻分配器和8進8出VGA分配器各一臺，廣播級4進4出音視頻分配器和VGA分配器各兩臺。

（3）視頻切換臺

視頻切換臺設(shè)計為8路廣播級數(shù)字特技臺。

（4）信號源設(shè)備

方案設(shè)計了藍光DVD播放機兩臺，DVCPRO數(shù)字錄像機兩臺。

（5）大屏幕顯示系統(tǒng)

大屏幕顯示系統(tǒng)按“1+2”的模式設(shè)計。

①中央大屏幕

中央大屏幕系統(tǒng)采用投影機與電動白塑幕布的組合。屏幕尺寸為400英寸。投影機選型為12000流明的三片DMD的DLP工程機，對比度優(yōu)于1000︰1，分比率優(yōu)于720p。

②兩側(cè)大屏幕

兩側(cè)大屏幕設(shè)計為P3 LED全彩屏，屏幕尺寸為280英寸，分辨率為1080p，亮度不低于400尼特。

③舞臺返送

舞臺返送屏設(shè)計采用四臺50英寸的等離子屏，分辨率為1080p，亮度不低于300尼特。

（6）錄播系統(tǒng)

錄播系統(tǒng)設(shè)計選用嵌入式一體式錄播服務(wù)器。

①編碼器技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計選用的嵌入式一體式錄播服務(wù)器的編碼器技術(shù)指標(biāo)為：

◆ 采用H.264視頻編碼，支持720p、1080i、1080p高清視頻信號的采集；

◆ 支持高分辨率、高幀率計算機屏幕信號采集，最高支持1920×1200分辨率和60Hz幀率，滿足錄制高清動態(tài)視頻、高清計算機屏幕信息的需要；

◆ 支持字幕及時間顯示、在錄制的視頻畫面上添加字幕、自定義字幕位置、加入錄制時間；

◆ 可以設(shè)置不同的編碼輸出分辨率，滿足解碼端不同的分辨率需求；

◆ 支持標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、TS流傳輸，可在視頻采集編碼后生成標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、TS媒體流，支持VLC、QuickTime等通用播放器接收，并可配合第三方的解碼設(shè)備使用。

②信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)單元技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計選用的錄播服務(wù)器信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)單元的技術(shù)指標(biāo)為：

◆ 采用專用硬件設(shè)備，不宜采用工控機插視頻采集卡的方式；

◆ 所采用的視頻格式能支持更多操作系統(tǒng)，如Windows操作系統(tǒng)、Mac OS操作系統(tǒng)；

◆ 支持通過多種瀏覽器（如Internet Explorer 8及以上版本、Safari、Chrome、Firefox、Opera等）進行服務(wù)器訪問；

◆ 宜采用ASF、MP4等流媒體文件格式；

◆ 直播延時小于3s；

◆ 支持H.264視頻編碼、AAC音頻編碼；

◆ 支持 CIF、4CIF、720p、1080p錄制格式。

③錄播服務(wù)器功能

錄播系統(tǒng)核心的記錄、直播、點播功能均基于信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，因此系統(tǒng)的性能由所采用的硬件及軟件系統(tǒng)決定；一般要求信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備為專業(yè)服務(wù)器，嵌入式系統(tǒng)。設(shè)計的系統(tǒng)功能要求如下：

◆ 基于IP網(wǎng)絡(luò)，采用分布式產(chǎn)品架構(gòu)，可以對視頻、音頻信號和計算機動態(tài)屏幕信號進行同步組合錄制、直播；

◆ 支持兩信道視頻、一信道VGA計算機動態(tài)屏幕信號、一信道立體聲音頻同時錄播；

◆ 支持多平臺、多瀏覽器在線訪問；

◆ 支持錄制文件在線編輯、PPT圖片自動索引等功能；

◆ 采用B/S訪問架構(gòu)，支持跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)平臺直播功能（即無論用戶使用的是Windows還是Mac OS操作系統(tǒng)，均可使用相應(yīng)瀏覽器接收節(jié)目直播；用戶可通過 包 括 Internet Explorer、Mozilla Firefox、Apple Safari等在內(nèi)的所有流行的瀏覽器登陸錄播服務(wù)器接收直播的視頻、音頻和計算機動態(tài)屏幕內(nèi)容）；

◆ 支持通過IE瀏覽器進行點播（非實時）；支持用戶在點播時通過文本模式或圖片模式查找想要點播的文件，也支持通過節(jié)目名稱、節(jié)目錄制時間、會議記錄名稱等信息搜索需要點播的文件；支持根據(jù)PPT圖片索引或文字索引跳轉(zhuǎn)點播節(jié)目的段落；

◆ 支持通過圖片、文字、“圖片+文字”三種索引方式查看節(jié)目內(nèi)容，能夠支持10～100個直播、點播用戶同時在線觀看；

◆ 支持Web方式訪問及管理；

◆ 支持多種操作系統(tǒng)訪問；

◆ 支持移動終端訪問；

◆ 支持多級權(quán)限管理；

◆ 支持多種資源生成模式，如電影模式、資源模式、多碼流模式等；

◆ 支持大容量存儲。

3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計

表1展示了設(shè)計控制系統(tǒng)的控制設(shè)備的種類、控制接口和控制方式。

表1 多功能廳中控系統(tǒng)設(shè)備種類及控制方式表

3.5 信號連接端口設(shè)計

信號連接端口（LAN除外）的設(shè)計主要為多功能廳舞臺臺口與控制室之間的信號連接設(shè)計，按全數(shù)字化傳輸?shù)囊筮M行設(shè)計。

（1）弱電接口

弱電接口設(shè)計如下：

◆ 計算機信號連接界面為6個VGA接口；

◆ 話筒連接界面為20個XLR接口；

◆ 音視頻連接界面為10個RCA接口（4個音頻接口、6個視頻接口）；

◆ 視頻連接界面為4個BNC接口；

◆ 高清視頻連接界面為4個DVI接口、4個HDMI接口。

（2）強電接口

為了減少干擾，凡接入系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)接入系統(tǒng)的同一路電源。接口設(shè)計為AC 220～250V的10A五孔插座四個、AC 220～250V的15A五孔插座兩個。

4 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為該多功能廳的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖。

5 結(jié)束語

任何類型或形式的錄播系統(tǒng)的建設(shè)和設(shè)計，必須本著先進性、實用性、穩(wěn)定可靠性、完備性、可拓展性和標(biāo)準(zhǔn)化之目標(biāo)，以再現(xiàn)現(xiàn)場和動感視聽為目的。為了讓用戶了解流媒體錄播系統(tǒng)在各種環(huán)境中的配套應(yīng)用，必須提供基于用戶需求且符合目標(biāo)功能需求的、全面的解決方案。設(shè)計方案是指導(dǎo)系統(tǒng)集成的藍本，對系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)原理、綜合布線（管線路由、連接方法）接口協(xié)議、控制信令都應(yīng)有明確的圖示和解釋。本文給出了接受某政府部門委托進行的具有流媒體錄播功能的多功能廳環(huán)境設(shè)計的一個示例，限于設(shè)計時間和具體條件，有些因素可能會考慮不周全，歡迎同行多指教、交流。

1 多媒體教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與評價[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010（10）

2 劉健.SIS擴聲系統(tǒng)設(shè)計[J].音響技術(shù)，2001（3）

3 宋建功，張冀中.課程錄播系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011（8）

4 吳建家，符水波.“智能錄播系統(tǒng)”關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢探析[J].中國教育信息化，2010（12）

5 鐘曉流，畢雄，李學(xué)農(nóng)，等.多媒體教學(xué)環(huán)境工程建設(shè)規(guī)范（第一冊）建筑物理、信息網(wǎng)絡(luò)、供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011

6 鐘曉流.錄播技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012