廣播直播室電視節(jié)目轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的改造與實現(xiàn)

楊凱 鄭郁劼 蘇州廣播電視總臺技術(shù)中心

1.引言

蘇州廣播電視總臺現(xiàn)有十間廣播直播室，包括8間自辦節(jié)目的廣播直播室、1間多媒體直播室和1間備份直播室。目前，各節(jié)目部門根據(jù)自身全天節(jié)目編排的需要，每天會有一些時間段需要在廣播節(jié)目中轉(zhuǎn)播某些電視頻道的節(jié)目，例如FM91.1城市綜合頻率每天中午12點至12點30分轉(zhuǎn)播CCTV1綜合頻道的午間新聞。這些節(jié)目的信號取自每個直播室安裝的一臺普通電視機頂盒，機頂盒的音頻輸出通過模擬平衡音頻接口接入調(diào)音臺，視頻輸出通過視頻接口接入液晶電視作為監(jiān)看，實現(xiàn)廣播節(jié)目轉(zhuǎn)播電視頻道節(jié)目的需求。雖然該方案沿用了很長時間，但是由于機頂盒信號源是外來信號（廣電網(wǎng)絡(luò)運營商）而非臺內(nèi)信號，當(dāng)信號出現(xiàn)中斷時無法追查問題根源，只能等待信號恢復(fù)，以往也出現(xiàn)過因為機頂盒信號長時間中斷，導(dǎo)致轉(zhuǎn)播無法正常進行的情況。為了確保自辦節(jié)目的安全播出，也為了確保例如國慶、兩會直播、春節(jié)聯(lián)歡晚會等某些特定時間段和重大事件的轉(zhuǎn)播，需要設(shè)計一套以臺內(nèi)信號為信號源的播出方案。

2. 廣播轉(zhuǎn)播電視節(jié)目系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計特點

對于在廣播直播間使用的電視信號轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，在設(shè)計上需要考慮以下特點：（1）穩(wěn)定性

由于系統(tǒng)涉及播出，穩(wěn)定性是最重要的要求。之前使用的系統(tǒng)中，不穩(wěn)定因素在于信號源是外來信號，很多因素不可控、不可查。要改善這一問題，可以考慮使用臺內(nèi)的信號源。根據(jù)部門的實際情況，決定使用電視總控輸出的UDP組播多節(jié)目TS流信號，每個組播流信號包含若干個電視頻道節(jié)目。

（2）可擴展性

目前廣播常規(guī)需求的電視節(jié)目轉(zhuǎn)播涉及的電視臺包括蘇州臺、中央電視臺新聞頻道等少數(shù)幾個電視頻道，但在未來可能有更多直播電視臺節(jié)目的需求，如重大體育比賽、大型晚會活動等。因此系統(tǒng)必須能夠方便地添加新的電視頻道。

（3）易上手

之前的機頂盒方案采用的播出設(shè)備為電視機頂盒，操作比較簡單，只需按下頻道切換按鈕即可實現(xiàn)頻道切換。新的播出系統(tǒng)交互方案的設(shè)計不能過于復(fù)雜，必須能讓操作人員盡快上手。

2.2 系統(tǒng)框架

經(jīng)過多種技術(shù)方案的可行性比較和討論，決定采用電視臺總控部門傳輸?shù)腢DP組播多節(jié)目TS流，將信號接入至廣播總控網(wǎng)絡(luò)機房，再通過交換機將節(jié)目流送至10間直播室。每個直播室安裝一臺電腦用于解碼播放節(jié)目流，解出的音視頻信號分別送直播調(diào)音臺和液晶電視，以替換原機頂盒轉(zhuǎn)播方式，該廣播轉(zhuǎn)播電視節(jié)目系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 廣播轉(zhuǎn)播電視節(jié)目系統(tǒng)框架

（1）節(jié)目播出電腦 該電腦作用是利用播放器軟件播放TS節(jié)目流。為了能夠方便地進行頻道切換，需要配置一個合適的切換程序。此外，為了最大程度避免誤操作，決定使用獨立的數(shù)字小鍵盤來進行切換控制。

（2）電視機頂盒 保留原電視機頂盒作為備路方案，當(dāng)主路節(jié)目播出電腦出現(xiàn)故障時可作為備份信號，這樣也提高了廣播轉(zhuǎn)播電視頻道的播出安全性。

（3）調(diào)音臺 節(jié)目播出電腦播放器以及機頂盒輸出的音頻信號進入調(diào)音臺，分別作為音頻播出的主路和備路信號，調(diào)音后作為最終節(jié)目播出。

（4）液晶電視 接收電腦播放器及機頂盒的視頻信號，用于輔助監(jiān)看。

3. 系統(tǒng)實現(xiàn)

整個電視節(jié)目轉(zhuǎn)播系統(tǒng)核心包括兩個部分，第一是對節(jié)目播出電腦的配置，包括播放器配置和切換軟件的開發(fā)；第二是在接入節(jié)目播出電腦輸出的音頻后，廣播直播間調(diào)音臺的設(shè)置調(diào)整。

3.1 播放器測試

對于播放器的需求一是需要支持多節(jié)目UDP TS流的播放以及節(jié)目切換，二是穩(wěn)定性好，能夠在視音頻正常的情況下連續(xù)播放高清碼流。

節(jié)目播出電腦的操作系統(tǒng)采用性能較穩(wěn)定的Linux發(fā)行版Ubuntu 16.04系統(tǒng)。在ubuntu系統(tǒng)下測試了幾款較為流行的播放器，包括vlc、mplayer、smplayer。測試內(nèi)容包括是否支持對UDP TS流的播放、多節(jié)目流的選擇功能、視音頻正常情況下的連續(xù)播放時長。Ubuntu平臺下的多播放器測試結(jié)果見表1。

表1 Ubuntu平臺下的多播放器測試結(jié)果

（1）UDP TS流播放 三款播放器均支持播放UDP協(xié)議的TS節(jié)目流。

（2） 多頻道選擇 由于總控輸出的UDP流為多節(jié)目的TS流，即一個地址包含多個節(jié)目，因此需要播放器支持以參數(shù)選擇的方式打開某個地址中特定頻道的功能。vlc和mplayer均有參數(shù)支持選擇頻道，但是smplayer無法選擇播放流中的指定節(jié)目，且會出現(xiàn)視音頻誤匹配的情況，即出現(xiàn)播放節(jié)目1的視頻和節(jié)目2的音頻的情況。

（3）連續(xù)正常播放時長 由于涉及播出，播放器的穩(wěn)定性是一個非常重要的指標(biāo)。在測試中，vlc（v2.0.4）比較穩(wěn)定，vlc（v2.2.2）在播放一天左右后會出現(xiàn)未知原因的音頻丟失情況，mplayer播放器在連續(xù)播放3天后出現(xiàn)了卡頓、無聲音的情況，而包括smplayer和其他未列舉的播放器未得到更好的測試結(jié)果。需要說明的是在測試vlc更新版本軟件（v3.0.2）也出現(xiàn)了音頻丟失現(xiàn)象，在此不予列舉。綜上所述，最終本系統(tǒng)的播放器選用v2.0.4版的vlc播放器。在實際使用時，需要設(shè)置系統(tǒng)策略定期重啟電腦，避免可能因播放器長時間播放，出現(xiàn)內(nèi)存泄漏導(dǎo)致死機的情況。

3.2 切換軟件

操作人員對節(jié)目播出電腦的操作主要是電視頻道的切換，為了方便操作人員的操作，同時最大程度地降低誤操作的可能性，放棄了傳統(tǒng)的全鍵盤和鼠標(biāo)的操作，改為使用獨立的數(shù)字小鍵盤進行操作，配合切換軟件，可以快速切換各頻道。

切換軟件主要功能實現(xiàn)包括以下方面：

（1）查詢并獲取小鍵盤設(shè)備按鍵事件

在linux系統(tǒng)下，對于鼠標(biāo)、鍵盤等輸入設(shè)備的操作會在系統(tǒng)中產(chǎn)生input事件，捕獲這一事件就能判斷出鼠標(biāo)鍵盤的具體操作。要對事件進行捕獲，首先在路徑/proc/bus/input/device下找到數(shù)字小鍵盤對應(yīng)的event編號，如圖2所示Name為“SEM USB Keyboard”的設(shè)備即為所使用的小鍵盤，其對應(yīng)event編號為event13。然后操作鍵盤時讀取其在路徑/dev/input下對應(yīng)的節(jié)點/dev/input/event13，即可獲取鍵盤按鍵信息，包括按鍵碼和事件類型。按鍵碼是用于標(biāo)識鍵盤上每個按鍵的標(biāo)號，按鍵事件包括按下和釋放。捕獲按鍵碼和按鍵事件類型后就可以設(shè)定邏輯觸發(fā)執(zhí)行預(yù)先寫好的播放器腳本。

（2）節(jié)目播放

VLC播放器支持命令行啟動，并可同時添加各種需要的參數(shù)。在本項目中，當(dāng)切換軟件捕獲按鍵命令后，啟動vlc播放器，需要指定以下參數(shù)：①碼流UDP地址，即總控發(fā)出的UDP TS組播流地址；② 節(jié)目號，由于源碼流為多節(jié)目TS流，需要指定播放其中的哪一套節(jié)目，由參數(shù)“--program”指定；③ 全屏顯示，由參數(shù)“--fullscreen”控制。

（3）小鍵盤開關(guān)

使用以上鍵盤監(jiān)聽的方法進行按鍵監(jiān)聽識別，即使在小鍵盤功能（Num Lock）關(guān)閉的情況下也能正常運作。為了確保操作員是在小鍵盤usb連接正常時進行操作，規(guī)定必須打開（Num Lock）功能后才能操作。在技術(shù)實現(xiàn)方面，監(jiān)聽到按鍵時先讀取Num Lock狀態(tài)，在Num Lock打開的前提下才會對按鍵進行進一步的功能響應(yīng)。

（4）小鍵盤斷線重連

圖2 數(shù)字小鍵盤在系統(tǒng)中的設(shè)備信息

在意外情況下，小鍵盤的usb連接可能會因為外部原因被斷開。因此在切換軟件中需設(shè)置邏輯檢測小鍵盤是否連接上系統(tǒng)，方法是在包含輸入設(shè)備信息的系統(tǒng)路徑/proc/bus/input/device中查找是否包含小鍵盤信息，如果未檢測到設(shè)備，則在交互界面上輸出提示信息，間隔一段時間后繼續(xù)檢測，直到檢測到設(shè)備才開始監(jiān)聽按鍵邏輯。

按鍵監(jiān)聽軟件使用交互采用終端界面，如圖3所示。

圖3 按鍵響應(yīng)程序界面

3.3 廣播直播間調(diào)音臺的設(shè)置

節(jié)目播出電腦音頻輸出接口為SPDIF，經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換后通過音頻數(shù)字線纜接入調(diào)音臺的數(shù)字輸入接口模塊上。因為原機頂盒的信號保留，所以需要在調(diào)音臺上增加A/B鍵切換邏輯，用于兩路信號的切換。

在用調(diào)音臺有兩種型號分別是RM4200D和RX52，在功能使用上略有區(qū)別。

3.3.1 RM4200D

DHD RM4200D調(diào)音臺有自身研發(fā)專用的控制軟件TOOLBOX4，可對調(diào)音臺進行個性化設(shè)置，十分簡潔和便利。將電腦與調(diào)音臺通過網(wǎng)線連接，在電腦上打開TOOLBOX4控制軟件。

首先，在DSP frameI/O將TV推流解碼電腦音頻輸入定義為TV，機頂盒音頻輸入定義為JDH，在fader channels里加入CH32 TV和CH10 JDH。

如圖4所示。

在console里，點擊需設(shè)置功能的調(diào)音臺控制面，選擇兩個RM420-012模塊的空白鍵（地址碼#C11），分別定義為TV和JDH并選擇好各自對應(yīng)的音源。

圖4 DSP frameI/O（左）及fader channels（右）中的設(shè)置

其次，是給這兩個定義好的按鍵設(shè)置邏輯功能，實現(xiàn)A/B鍵切換的功能。以在第9路推子上實現(xiàn)A/B切換為例，在logic systemlogic function里增加兩個判斷邏輯量SEL TV和SEL JDH，同時在右側(cè)的設(shè)置框里修改設(shè)置，這里面增加了一條FS Fader 9低電平的條件，意思是只有當(dāng)?shù)?路推子是未推起的狀態(tài)時才能實現(xiàn)切換，目的是防止誤操作，最后，在Edit script界面里編輯一段8位16進制數(shù)，圖 5 所 示 是 SEL TV 的 腳 本 110D0000， 6， 00， 08， 00，20， 00， 00，其中的 6代表 6 選 1，08 代表推子序號為第9路推子，20為16進制，代表輸入調(diào)音臺的信號源序號即第32路CH32 TV，按下Select…鍵選擇源為LF SEL TV。同樣的設(shè)置SEL JDH的腳本為110D0000， 6， 00， 08， 00， 0A， 00， 00。 至 此，RM4200調(diào)音臺A/B鍵切換功能實現(xiàn)。

圖5 Logic Function（左）及Edit Script（右）中的設(shè)置

3.3.2 RX52

RX52調(diào)音臺系列是DHD公司在RM4200系列調(diào)音臺基礎(chǔ)上進行了升級和改進后的產(chǎn)品，從硬件架構(gòu)、DSP處理能力、軟件控制等方面與RM4200系列相比，都更加簡潔、強大和穩(wěn)定，在A/B鍵切換功能設(shè)置上就能體現(xiàn)出來。

RX52調(diào)音臺控制軟件為TOOLBOX8。首先，在I/O overview里將TV推流解碼電腦音頻輸入定義為TV，機頂盒音頻輸入定義為JDH，在fader channels里加入CH41 TV和CH9 JDH。

其次，在console里，點擊需設(shè)置功能的調(diào)音臺控制，選擇兩個模塊空白鍵，分別定義為TV和JDH，并選擇好各自對應(yīng)的音源fader channel，function…里選擇 Direct input select，Act…里選擇on fader fader 9，同樣選擇在第9路推子上做切換。

至此，RX52的A/B鍵切換也設(shè)置完畢，可以明顯看出，和RM4200D調(diào)音臺相比，RX52的設(shè)置簡便了許多。

4. 總結(jié)

此次廣播直播室電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的改造，改變了原有模式信號源為單一外來信號的缺點。通過新增一路內(nèi)部信號通路，使得信號源更穩(wěn)定，即使出現(xiàn)問題也可以追根溯源。同時，新增系統(tǒng)與原機頂盒播出系統(tǒng)形成主備，從而加強了廣播播出的安全性。

圖6 RX52的console設(shè)置