淺談基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣播電視信源應(yīng)急傳輸方案設(shè)計(jì)

（廣西廣播電視無線傳播樞紐臺(tái)）

一、引言

截止至2019年底，廣西廣播電視技術(shù)中心管理和維護(hù)全區(qū)廣播電視無線發(fā)射臺(tái)站877個(gè)，其中一至三級(jí)臺(tái)站有124個(gè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)臺(tái)站有753個(gè)。一至三級(jí)臺(tái)站中已有96個(gè)臺(tái)站開通了數(shù)字地面電視的發(fā)射播出。目前臺(tái)站的信號(hào)源傳輸有光纖、衛(wèi)星和數(shù)字微波等傳輸方式，能滿足日常播出需要。本文主要是提出一種結(jié)合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急傳輸廣播電視信源的方案，解決臺(tái)站突然發(fā)生光纖、衛(wèi)星和數(shù)字微波等三個(gè)傳輸通道都出現(xiàn)故障，長(zhǎng)時(shí)間都無法恢復(fù)信號(hào)源傳輸?shù)臉O端情況下，臺(tái)站維護(hù)人員使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與無線傳播樞紐臺(tái)信源總平臺(tái)進(jìn)行連接，應(yīng)急恢復(fù)廣播電視信源傳輸，保障正常播出安全。

二、關(guān)鍵技術(shù)

（一）RTSP

RTSP（Real Time Streaming Protocol），是 TCP/IP協(xié)議中的一種用于實(shí)時(shí)流傳輸?shù)膽?yīng)用層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了一對(duì)多應(yīng)用程序使用TCP或UDP完成多媒體數(shù)據(jù)的傳輸。

（二）TS流

TS流（Transport Stream）：是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一種傳輸碼流通信協(xié)議，是將一個(gè)或多個(gè)已打包的音/視頻和數(shù)據(jù)的PES流經(jīng)過復(fù)用器組合成單一的碼流，用于音視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸。

（三）FFmpeg

FFmpeg是一個(gè)用來錄制、轉(zhuǎn)換以及流化音視頻的開源程序，在Linux系統(tǒng)下進(jìn)行開發(fā)，也可以在Windows、Mac OS X等操作系統(tǒng)中編譯運(yùn)行。

（四）EasyDarwin

EasyDarwin是一款開源RTSP流媒體服務(wù)器軟件，基于go語言編寫，具有高性能、高易用性等優(yōu)點(diǎn)，支持RTSP推或拉模式轉(zhuǎn)發(fā)、具有錄像、檢索、回放、關(guān)鍵幀緩存、RESTful接口等功能、提供WEB后臺(tái)管理，幫助開發(fā)者搭建一個(gè)簡(jiǎn)單、易用、高效的流媒體服務(wù)平臺(tái)。

三、技術(shù)分析

（一）帶寬需求

一套標(biāo)清數(shù)字電視節(jié)目需要2～3M帶寬，廣西廣播電視無線發(fā)射臺(tái)站目前發(fā)射播出的數(shù)字電視有12套中央節(jié)目、4套廣西節(jié)目，數(shù)字地面廣播16套，總需帶寬是50～60M帶寬。4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)理論帶寬是50～100M之間，經(jīng)實(shí)際測(cè)試使用后，4G可以正常傳輸廣播信源，但無法正常傳輸電視信源。5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)商用帶寬實(shí)際能達(dá)到800M～1G之間，能滿足當(dāng)前臺(tái)站廣播電視所有信源傳輸?shù)囊蟆?/p>

（二）TS流的推、拉設(shè)備

當(dāng)前臺(tái)站使用IP復(fù)用器接收來自樞紐臺(tái)總信源平臺(tái)通過光纖線路推送的UDP組播流作為主播信源，同時(shí)接收從衛(wèi)星接收機(jī)推送過來的IP流作為備播信源，然后推流給數(shù)字發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射播出。5G廣播電視信源應(yīng)急傳輸體系并不改變?cè)泄饫w、衛(wèi)星傳輸信源的體系架構(gòu)，只是增加了一個(gè)新的傳輸通道，只需在樞紐臺(tái)總信源平臺(tái)架設(shè)一臺(tái)流媒體服務(wù)器搭建一個(gè)RTSP服務(wù)，臺(tái)站端增加一臺(tái)嵌入式計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)從信源總平臺(tái)提供的RTSP服務(wù)中獲取TS流，并將TS流推送給IP復(fù)用器，從而完成整個(gè)信源傳輸鏈路。

（三）信息安全

樞紐臺(tái)信源總平臺(tái)用于提供信源的IP復(fù)用器的部署在內(nèi)網(wǎng)區(qū)域，流媒體服務(wù)器在外網(wǎng)區(qū)域，為了保證信息安全，兩者之間需要部署隔離軟硬件安全設(shè)備。目前樞紐臺(tái)已經(jīng)實(shí)施部署了內(nèi)外網(wǎng)多層防火墻，內(nèi)外網(wǎng)邊界部署了網(wǎng)閘，在本方案中，在防火墻和網(wǎng)閘上增加策略，只允許IP復(fù)用器通過指定IP和端口推流給流媒體服務(wù)器，服務(wù)器無法訪問IP復(fù)用器，杜絕了從外網(wǎng)入侵內(nèi)網(wǎng)的可能性。

臺(tái)站端的嵌入式計(jì)算機(jī)開啟防火墻，關(guān)閉外網(wǎng)所有進(jìn)站端口，拒絕外網(wǎng)的任何訪問請(qǐng)求。通過登錄VPN安全與樞紐臺(tái)的流媒體服務(wù)器連接，且只允許拉流程序訪問流媒體服務(wù)器的RTSP服務(wù)端口，其他出站端口全部關(guān)閉。且只有在應(yīng)急時(shí)候，該計(jì)算機(jī)才會(huì)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)連接外網(wǎng)，平時(shí)處于斷網(wǎng)狀態(tài)，從而保證了信息安全。

四、架構(gòu)拓?fù)?/h2>

基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣播電視信源應(yīng)急傳輸方案的總體架構(gòu)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)分兩大部分組成：

一是樞紐臺(tái)總信源平臺(tái)端，負(fù)責(zé)提供廣播電視信源流媒體服務(wù)。因?yàn)槭峭ㄟ^移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以在樞紐臺(tái)數(shù)據(jù)機(jī)房的外網(wǎng)區(qū)域的云服務(wù)器中，劃出了一個(gè)虛擬機(jī)，創(chuàng)建基于linux系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器。處在內(nèi)網(wǎng)區(qū)域的IP復(fù)用器經(jīng)過三層交換機(jī)，防火墻和網(wǎng)閘，IP推流方式將廣播電視信源TS流推給流媒體服務(wù)器。流媒體服務(wù)器實(shí)時(shí)接收IP復(fù)用器的推流，創(chuàng)建了一個(gè)RTSP服務(wù)，等待臺(tái)站端的連接和拉流請(qǐng)求。

二是臺(tái)站端，負(fù)責(zé)向總信源平臺(tái)的流媒體服務(wù)器拉取廣播電視信源TS流。臺(tái)站端新增一臺(tái)搭載linxu系統(tǒng)的嵌入式計(jì)算機(jī)，通過連接4G/5G智能手機(jī)連接到Internet上，然后登錄樞紐臺(tái)數(shù)據(jù)機(jī)房外網(wǎng)區(qū)域的VPN服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)與樞紐臺(tái)總信源平臺(tái)的流媒體服務(wù)器進(jìn)行連接和拉流請(qǐng)求，最后將拉取回來的TS流，再次通過IP推流方式，推送給臺(tái)站端的IP復(fù)用器，完成信源鏈路的傳輸。(圖1)

五、核心軟硬件實(shí)現(xiàn)

（一）信源總平臺(tái)流媒體服務(wù)器RSTP服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

流媒體服務(wù)器搭載Ubuntu16.04系統(tǒng)，從github上的官方庫上下載最新的easydarwin軟件，解壓后打開EasyDarwin文件夾，在easydarwin.ini中可修改rtsp推流拉流服務(wù)端口，服務(wù)界面用戶密碼和端口號(hào)（如圖2所示）；配置好參數(shù)后，輸入./start.sh以服務(wù)方式啟動(dòng)，可以打開瀏覽器輸入http://localhost:10008, 進(jìn)入控制頁面（如圖3所示），RTSP服務(wù)成功啟動(dòng)，實(shí)時(shí)接收內(nèi)網(wǎng)區(qū)域IP復(fù)用器的推流，并等待臺(tái)站端的拉流請(qǐng)求。

圖1 基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣播電視信源應(yīng)急傳輸架構(gòu)拓?fù)?/p>

（二）臺(tái)站端嵌入式計(jì)算機(jī)TS流轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)

將最新的ffmpeg安裝包放進(jìn)臺(tái)站端嵌入式計(jì)算機(jī)，進(jìn)行解壓后，輸入./ffmpeg命令啟動(dòng)ffmpeg軟件，然后輸入“ffmpeg -i rtsp://流媒體服務(wù)器IP:端口-c copy -f flv -y udp://組播IP:端口”命令，實(shí)現(xiàn)從流媒體服務(wù)器中拉取廣播電視信源TS流，并將TS流推送給臺(tái)站的IP復(fù)用器，完成廣播電視信源鏈路的傳輸。

圖2 easydarwin的參數(shù)配置

圖3 RTSP服務(wù)控制頁面

六、結(jié)語

本文淺談了一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣播電視信源應(yīng)急傳輸體系構(gòu)建方案，在不改變?cè)行旁磦鬏斖ǖ兰軜?gòu)的基礎(chǔ)上，在臺(tái)站光纖線路、衛(wèi)星通信都出現(xiàn)故障的極端情況下，臺(tái)站維護(hù)人員通過4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急傳輸廣播信源，先恢復(fù)廣播的發(fā)射播出。待5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋后，借助5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)增加一條廣播和電視信源應(yīng)急傳輸通道，為臺(tái)站安全播出提供了更有力的保障，更提高了臺(tái)站安全播出系數(shù)。