基于融媒體技術(shù)的多類型信號(hào)匯聚體驗(yàn)式廣播可視化直播應(yīng)用實(shí)踐

陳雷 楊煦

【摘要】2020年12月22日，安徽綜合廣播、安徽網(wǎng)絡(luò)廣播電視臺(tái)利用融媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)、攝像機(jī)、墊片等多類型音視頻信號(hào)匯聚，完成了合安高鐵開通全程體驗(yàn)式廣播可視化直播。本文將對(duì)此次融媒體直播的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹，并對(duì)直播過程需要注意和改進(jìn)的方面進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】信號(hào)匯聚 4G單兵 網(wǎng)絡(luò)聚合 廣播可視化 網(wǎng)絡(luò)直播

中圖分類號(hào)：G212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.067

1. 直播背景

近年來，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)字技術(shù)正在加速與社會(huì)各領(lǐng)域深度融合，成為促進(jìn)我國消費(fèi)升級(jí)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型、構(gòu)建國家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的重要推動(dòng)力。這也表明了在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，直播成為越來越多人選擇的一種信息傳播載體。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)直播設(shè)備、各類直播平臺(tái)的發(fā)展，廣播節(jié)目的直播形式從單一的音頻頻率播出轉(zhuǎn)變成面向多終端、多平臺(tái)的可視化播出成為可能。本次直播將利用相關(guān)技術(shù)完成前方多路畫面信號(hào)實(shí)時(shí)回傳至本地直播間直導(dǎo)播一體機(jī)進(jìn)行切換、編碼、推送至客戶端、、網(wǎng)站、微博等平臺(tái)，對(duì)合安高鐵開通儀式、首發(fā)列車乘車過程及到達(dá)，開展近一個(gè)半小時(shí)的體驗(yàn)式廣播可視化直播。

2. 方案設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 難點(diǎn)分析及解決方法

本次直播有百分之八十的過程在高鐵上完成，考慮到高鐵上4G信號(hào)及帶寬很不穩(wěn)定，如何確保前方信號(hào)安全有效的回傳成為需要重點(diǎn)解決的難點(diǎn)問題。為保障信號(hào)回傳的流暢度及用戶體驗(yàn)，前方選擇4G單兵背包（具備三網(wǎng)聚合能力）加攝像機(jī)作為主路信號(hào)，手機(jī)加直播APP作為備路信號(hào)。同時(shí)，在后方的直導(dǎo)播一體機(jī)中準(zhǔn)備合安高鐵宣傳片，在出現(xiàn)前方信號(hào)卡頓或中斷時(shí)，作為備份墊片使用，確保整個(gè)直播過程的完整性。

2.2 主要設(shè)備及軟件選擇

這次直播中需要用到攝像機(jī)、手機(jī)、4G單兵、直播APP、直導(dǎo)播一體機(jī)等設(shè)備，下面對(duì)4G單兵、手機(jī)及直播APP、直導(dǎo)播一體機(jī)的選擇進(jìn)行介紹。

2.2.1 4G單兵

這里的4G單兵指的是用于網(wǎng)絡(luò)直播的單兵設(shè)備，與傳統(tǒng)電視的單兵設(shè)備不同，它可以直接將攝像機(jī)信號(hào)編碼成rtmp流并推送至指定流媒體服務(wù)器。此外，還具備聚合電信、移動(dòng)、聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)的能力，為直播流回傳提供可靠的帶寬保障。本次直播攝像機(jī)信號(hào)以2Mbps碼率進(jìn)行采集回傳，在某一時(shí)刻單兵通過各運(yùn)營商4G網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù)情況如表1：

2.2.2 手機(jī)及直播APP

根據(jù)以往使用手機(jī)直播的經(jīng)驗(yàn)，這里選擇使用蘋果8配備移動(dòng)拍客APP。移動(dòng)拍客APP是直導(dǎo)播一體機(jī)配套的直播應(yīng)用，通過內(nèi)部協(xié)議完成手機(jī)信號(hào)的回傳，具備視頻信號(hào)采集碼率自定義、視頻采集分辨率自定義、tally提示、接收直導(dǎo)播一體機(jī)PGM畫面返送等能力。

2.2.3 直導(dǎo)播一體機(jī)

直導(dǎo)播一體機(jī)是本次直播的核心設(shè)備，自帶配套直播應(yīng)用APP，具備匯聚拉取rtmp流、視頻切換、墊片、延時(shí)、直播碼率自定義、直播分辨率自定義、可向多個(gè)流媒體服務(wù)器推流、調(diào)音臺(tái)、實(shí)時(shí)直播流數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)看等功能。延時(shí)功能可以在直播過程中對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處置，單機(jī)可進(jìn)行最長(zhǎng)10分鐘的延時(shí)播出，為安全播出提供有效保障。調(diào)音臺(tái)為系統(tǒng)自帶的軟調(diào)音臺(tái)，除控制輸入輸出音量外，最重要的是可以進(jìn)行多路音頻信號(hào)的匯聚和選擇輸出。實(shí)時(shí)直播流數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)看包括流媒體服務(wù)器信息、連接次數(shù)、數(shù)據(jù)下載量、數(shù)據(jù)上傳量、上傳平均碼率、推流狀態(tài)、流控制等信息，用于實(shí)時(shí)掌握直播流數(shù)據(jù)的狀態(tài)，為在出現(xiàn)異常時(shí)提供故障排查依據(jù)。

3. 回傳碼率及直播碼率選擇

表2數(shù)據(jù)為在非高鐵環(huán)境下測(cè)試獲得，受地域、環(huán)境等因素影響，各地帶寬情況存在偏差，以上數(shù)據(jù)僅供參考，在直播前均須實(shí)地測(cè)速，為回傳碼率、直播碼率的選擇提供有效依據(jù)。

3.1 回傳碼率

回傳信號(hào)有攝像機(jī)信號(hào)和手機(jī)信號(hào)兩路，攝像機(jī)信號(hào)通過4G單兵和三網(wǎng)聚合網(wǎng)絡(luò)回傳，手機(jī)信號(hào)通過直播APP和手機(jī)4G網(wǎng)絡(luò)回傳。

信號(hào)回傳使用的是上行帶寬，是回傳碼率選擇重要指標(biāo)之一。4G單兵聚合了電信、移動(dòng)、聯(lián)通三家共計(jì)三張4G卡，總上行帶寬保底達(dá)到70Mbps。手機(jī)使用單張電信4G卡，上行帶寬能夠達(dá)到10Mbps。綜合考慮環(huán)境、后方帶寬、手機(jī)處理性能等因素，4G單兵回傳碼率選擇2Mbps，手機(jī)回傳碼率選擇1Mbps。

3.2 直播碼率

直播帶寬涉及到兩路下行和一路上行。兩路下行帶寬用于后方直導(dǎo)播一體機(jī)拉取前方兩路信號(hào)，下行帶寬至少需要3M。一路上行用于直導(dǎo)播一體機(jī)將播出流推送至CDN，由CDN分發(fā)至各播出平臺(tái)播出。后方使用的是電信10M專線，結(jié)合上下行帶寬、用戶手機(jī)解碼性能和帶寬因素，為保證良好的用戶體驗(yàn)，直播碼率選擇2Mbps，分辨率為1920×1080。

4. 架構(gòu)設(shè)計(jì)及直播流程實(shí)現(xiàn)

4.1 直播流程實(shí)現(xiàn)

直播中視頻信號(hào)傳輸是基于RTMP（Real Time Messaging Protocol）協(xié)議即實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議的。RTMP是一種設(shè)計(jì)用來進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要用來在Flash/AIR平臺(tái)和支持RTMP協(xié)議的流媒體/交互服務(wù)器之間進(jìn)行音視頻和數(shù)據(jù)通信，與HTTP一樣，都屬于TCP/IP四層模型的應(yīng)用層。RTMP工作在TCP之上，默認(rèn)使用1935端口，也可根據(jù)需要自定義端口。

直播流程實(shí)現(xiàn)如下：首先，攝像機(jī)信號(hào)通過4G單兵編碼為RTMP流，通過聚合網(wǎng)絡(luò)推送至流媒體服務(wù)器。手機(jī)信號(hào)通過移動(dòng)拍客APP編碼為RTMP流，通過4G網(wǎng)絡(luò)推送至流媒體服務(wù)器;其次，直導(dǎo)播一體機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)從流媒體服務(wù)器拉去前方推送的RTMP流，經(jīng)直導(dǎo)播一體機(jī)切換延時(shí)后編碼推流至流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器生成RTMP或HTTP兩種協(xié)議的播流地址;最后，客戶端、網(wǎng)站以及其他第三方平臺(tái)引用流媒體服務(wù)器提供的播流地址即可呈現(xiàn)在用戶面前。在實(shí)際直播中，播流是經(jīng)過CDN加速分發(fā)的，保證高并發(fā)下收看的流暢度。同時(shí)，為避免出現(xiàn)播流地址盜鏈產(chǎn)生不必要CDN費(fèi)用支出，播流地址應(yīng)通過加密、設(shè)置白名單等手段進(jìn)行訪問控制。

5. 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

由于本次直播是臨時(shí)接到的任務(wù)，準(zhǔn)備較為倉促。此外，雖此前對(duì)這類直播方式進(jìn)行過理論分析和討論，但未經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)，經(jīng)驗(yàn)方面也有所欠缺。直播結(jié)束后，我們對(duì)直播過程進(jìn)行了復(fù)盤，總結(jié)出以下三點(diǎn)需要注意的地方。①4G主路信號(hào)和手機(jī)備路使用的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)存在差異，回傳的信號(hào)存在一定的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，且延時(shí)時(shí)長(zhǎng)略有不同。建議在以后的直播中所有信號(hào)回傳盡量使用相同網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，避免此類情況。②應(yīng)充分考慮每一個(gè)環(huán)節(jié)的帶寬需求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合理的帶寬和碼率，并預(yù)留足夠的冗余帶寬。這次直播我們就遇到了因后端下行帶寬波動(dòng)，在某段時(shí)間里獲取前方兩路信號(hào)時(shí)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，只能臨時(shí)將備路信號(hào)中斷，保證主路信號(hào)的流暢度。③前后方的溝通是靠電話完成的，指令的傳達(dá)還是受到一定限制，后期將考慮使用4G對(duì)講系統(tǒng)解決直播所有環(huán)節(jié)的通訊問題。

6. 結(jié)束語

多類型信號(hào)匯聚體驗(yàn)式廣播可視化直播具有設(shè)備及人力投入少、易操作、攜帶組裝便攜、受現(xiàn)場(chǎng)條件限制小等特點(diǎn)。此外，它可以接入手機(jī)、攝像機(jī)、無人機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、第三方平臺(tái)分享直播流等多種信號(hào)源，非常適用于面向互聯(lián)網(wǎng)終端的各類融媒體直播場(chǎng)景。