二次開發(fā)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器實(shí)現(xiàn)IP游字宣傳

■ 張家港市融媒體中心（傳媒集團(tuán)）：鄭雙 范玉君 徐強(qiáng)

本文主要介紹了通過對(duì)高清字幕轉(zhuǎn)碼服務(wù)器改造，軟件方面的二次開發(fā)，轉(zhuǎn)變成IP多通道字幕機(jī)，極大提高了工作效率，賦予值機(jī)人員更高的人性化操作功能，在疫情防控宣傳中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益。

AS-M8000高清字幕轉(zhuǎn)碼服務(wù)器設(shè)備采用了數(shù)字電視/IPTV/OTT提供的最新一代的視頻編碼技術(shù)，可以在更低的帶寬環(huán)境為用戶可提供1920*1080每秒30幀的視頻體驗(yàn)，系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)+專業(yè)GPU，可保證工作的穩(wěn)定性，支持真正的廣播級(jí)應(yīng)用，配置可支持多碼率、多分辨率、多協(xié)議輸出RTS[/HTTP/HLS/UDP/RTP)，支持輪播頻道輸出，可為IPTV、OTT等直播業(yè)務(wù)提供高性價(jià)比、易操作的最新解決方案。轉(zhuǎn)碼服務(wù)器平臺(tái)有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)碼參數(shù)模板管理、主機(jī)和任務(wù)管理、媒資管理，此三個(gè)模塊為平臺(tái)基礎(chǔ)服務(wù)模塊，平臺(tái)所有模塊都可提供API給第三方進(jìn)行調(diào)用。平臺(tái)的底層為轉(zhuǎn)碼器集群，轉(zhuǎn)碼器集群作為通用計(jì)算能力組件可根據(jù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)規(guī)模彈性伸縮，這為改造成IP字幕機(jī)提供了極大便利。

轉(zhuǎn)碼服務(wù)器的架構(gòu)圖如下：

AS-M8000高清字幕轉(zhuǎn)碼服務(wù)器原配置軟件主要服務(wù)于直播編碼解碼，軟件功能簡(jiǎn)一，該設(shè)備主要性能如下：支持一個(gè)輸入，多分辨率、多碼率、多格式，輸出；支持同源多輸出文件I幀對(duì)齊；支持純視頻編碼輸出；支持視頻幀率、碼率控制方式、視頻碼率、視頻大小、視頻寬高比、填充模式用戶自定義設(shè)置；支持profile、Level級(jí)別、幀掃描方式、場(chǎng)序、熵編碼、宏塊劃分用戶自定義；支持多種運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)模式、運(yùn)動(dòng)搜索范圍、運(yùn)動(dòng)估算、運(yùn)動(dòng)偵測(cè)方式選擇；支持GOP類型、關(guān)鍵幀間隔、參考幀個(gè)數(shù)、B幀參考、B幀個(gè)數(shù)、B幀自適應(yīng)等參數(shù)可設(shè)；支持BT.2020寬色域及HDR PQ/HLG變換曲線；支持自動(dòng)切換信源采集流的機(jī)制，即一路輸入流發(fā)生異常斷流，能自動(dòng)切換到備份流進(jìn)行不間斷編碼/轉(zhuǎn)碼輸出；支持選擇1路獨(dú)立的音頻流或者音頻文件和一路視頻流合成一路實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)碼輸出；支持緊急墊片功能，編碼設(shè)備可以設(shè)置一墊播文件，當(dāng)主節(jié)目流發(fā)生異常斷流，轉(zhuǎn)碼器采用自動(dòng)墊播文件實(shí)時(shí)輸出。冗余輸出功能：編碼設(shè)備可以轉(zhuǎn)碼一路實(shí)況流復(fù)制輸出到多個(gè)地址。斷流恢復(fù)功能：直播信源斷流恢復(fù)之后，轉(zhuǎn)碼流自動(dòng)恢復(fù)，并不產(chǎn)生聲畫不同步等問題。特效功能：支持動(dòng)態(tài)可視化加特效，包括臺(tái)標(biāo)、字幕、時(shí)鐘、秒表、馬賽克、毛玻璃、隧道填充，并支持對(duì)特效進(jìn)行計(jì)劃編排?？勺远x編排臺(tái)標(biāo)、字幕疊加的時(shí)間以及持續(xù)時(shí)間。色彩調(diào)節(jié)功能：支持對(duì)亮度、飽和度、對(duì)比度、色差、銳化、降噪等進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。告警功能：支持流異常監(jiān)測(cè)，黑場(chǎng)、靜幀、靜音、馬賽克、彩條等，支持短信郵件通知。

改為字幕機(jī)需增加如下要求：

1.通道：IP輸入，IP輸出。

2.視頻編碼輸出格式：MPEG2/MPEG4/H.264/H.263/H.265；音頻編碼輸出格式：MP2A/AAC/AMR/AC3。

3.支持固定時(shí)長(zhǎng)、定時(shí)插播、順延插播、手動(dòng)緊急插播等編單插播方式，支持插播效果預(yù)覽。

4.高標(biāo)清頻道支持字幕、臺(tái)標(biāo)、角標(biāo)、動(dòng)畫、時(shí)鐘等元素在線插入，其中高、標(biāo)清頻道各6個(gè)，總共12個(gè)頻道。

5.游字廣告可自由分時(shí)間段（例如：一游字播出3次，時(shí)間大概為20:00，20:35，21:00左右），而節(jié)目單只需要編一條就行。

6.時(shí)間設(shè)定相近的廣告，通過手動(dòng)功能，可以避免沖突。（例如：20:00的廣告先播完了，再播20:05的，即使實(shí)際時(shí)間為20:10了，順延也沒關(guān)系）。

7.頻道編組可自由組合。

8.游動(dòng)字幕與角標(biāo)的開播時(shí)間可統(tǒng)一修改，即延遲播出。游動(dòng)字幕與角標(biāo)開播前可以逐條修改成停止播出。角標(biāo)播出停留時(shí)間、間隔時(shí)間可以設(shè)置，可以編組并設(shè)置多個(gè)播出時(shí)段。游動(dòng)字幕多條播出時(shí)間相同時(shí)播出不得同時(shí)出現(xiàn)也不能漏播，可以順序播出。

改造過程中，系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)，反復(fù)產(chǎn)生了諸多兼容性問題，經(jīng)過多重測(cè)試，在服務(wù)器端做了如下這些升級(jí)改造：

1. 設(shè)備原始編碼方式為H.264，有線網(wǎng)絡(luò)公司無法解碼

解決辦法：由于有線網(wǎng)絡(luò)公司部分老式機(jī)頂盒只能解析MPEG2格式的流，所以把編碼方式由H.264換成了MPEG2。

實(shí)現(xiàn)原理：

1.運(yùn)用docker上載設(shè)備適用的MPEG2編碼模塊壓縮包至服務(wù)器中，并啟用。

2.字幕機(jī)管理頁面打開模板管理，更改模板屬性中的編碼格式，選擇MPEG2點(diǎn)擊保存。

3.打開直播轉(zhuǎn)碼，先停止頻道。點(diǎn)擊輸出任務(wù)編輯，切換編碼模板。點(diǎn)擊保存。

4.開始輸出任務(wù)。

5.打開VLC播放器，收看輸出流。打開媒體屬性，看到編碼已更換為MPEG2，有線設(shè)備能順利解碼。

2. 流傳輸過程中，發(fā)現(xiàn)有線臺(tái)解碼器解出流會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，并且網(wǎng)管軟件一直有碼率告警信息

原因：設(shè)備碼率默認(rèn)是VBR方式，VBR是動(dòng)態(tài)碼率，可以將視頻質(zhì)量較好的進(jìn)行傳輸。保證視頻的清晰度。但在傳輸過程中，機(jī)頂盒解出視頻有卡頓和馬賽克現(xiàn)象。

解決方法：將碼率控制改成CBR模式。

1.運(yùn)用docker上載最新的CBR編碼模塊壓縮包至服務(wù)器中，并啟用。

2.字幕機(jī)管理頁面打開模板管理，更改模板屬性中碼率控制，選擇CBR點(diǎn)擊保存。

3.打開VLC播放器，收看輸出流。打開媒體屬性，看到碼率不再波動(dòng)，有線解碼正常，視頻順暢，網(wǎng)管再無告警信息。

3. 畫面清晰度不足，有線反映視頻碼率偏低

原因：有線解碼視頻清晰度不夠。經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，CBR方式下，是固定碼率。碼率太低會(huì)導(dǎo)致畫面清除度不夠。原始碼率為2M，需要大碼率來保證視頻質(zhì)量。

解決方法：

1.字幕機(jī)管理頁面打開模板管理，更改模板屬性中碼率，改為4500點(diǎn)擊保存。

2.打開VLC播放器，收看輸出流。打開媒體屬性，看到碼率變?yōu)?500，有線網(wǎng)管軟件顯示為3.5M，該碼率比較合適。

4. 畫面清晰后，發(fā)現(xiàn)聲音不清晰

原因：經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，CBR模式下音頻碼率太低導(dǎo)致。故需要加大音頻碼率。音頻碼率原始默認(rèn)值為32。另外，音頻編碼類型由aac改為mpega。

5. 平臺(tái)升級(jí)步驟

1.先在一臺(tái)可以聯(lián)上阿里云的機(jī)器上，把相應(yīng)的image拉下來，使用docker pull鏡像地址。

2.使用docker images檢查本地是否已有此鏡像，假設(shè)鏡像名稱是aaa:v1。

3.運(yùn)行docker save aaa:v1>aaa_v1.tar保存鏡像到一個(gè)文件。

4.將aaa_v1.tar上傳到相應(yīng)的離經(jīng)服務(wù)器上。

5.在離線服務(wù)器上運(yùn)行docker load—input aaa_v1.tar此命令把文件中的內(nèi)容成鏡像。

6.在離線服務(wù)器上運(yùn)行docker images查看是否有aaa:v1這個(gè)鏡像。

7.將docker compose配置文件中的鏡像版本名稱相應(yīng)升級(jí)，然后再運(yùn)行docker-compose up。

6. 具體過程

1.通過xshell連接到遠(yuǎn)程機(jī)器。

2.因?yàn)榘踩?，機(jī)器不通公網(wǎng)，所以需要用U盤將升級(jí)包拷到機(jī)器。

3.加載升級(jí)包。

4.執(zhí)行find/-name docker-compose.yml命令，找到相關(guān)目錄。

5.Cd進(jìn)入docker-compose.yml目錄。

6.修改相應(yīng)的鏡像。

7.執(zhí)行docker-compose up-d命令。

8.升級(jí)完成。

經(jīng)過二次開發(fā)，該字幕機(jī)即實(shí)現(xiàn)如下性能，滿足播出需求：

支持一鍵順延：在不允許添加游字情況下，可以清除內(nèi)容并可以順延到其他時(shí)間；支持一鍵恢復(fù)：會(huì)把順延的游字繼續(xù)播放；支持一鍵刪除；支持即時(shí)插播：模板可定制，方便定義高清、標(biāo)清頻道編碼器參數(shù)，編碼方式可自由修改；支持自動(dòng)處理沖突：發(fā)生沖突時(shí)，自動(dòng)順延，內(nèi)容正常播出；支持動(dòng)態(tài)修改游字內(nèi)容；支持游字設(shè)置游動(dòng)次數(shù)；支持游字多個(gè)時(shí)間段自由組合；支持臺(tái)標(biāo)設(shè)置間隔時(shí)間、持續(xù)時(shí)間；支持計(jì)劃綁定單個(gè)或多個(gè)頻道；支持頻道綁定單個(gè)或多個(gè)計(jì)劃；支持單個(gè)或多個(gè)刪除、修改尚未播出的內(nèi)容；特效計(jì)劃：計(jì)劃的執(zhí)行頻率支持單次、每天、逢單、逢雙、每周；支持設(shè)置字幕的顏色、字體、大小、水平位置、排列方式、滾動(dòng)速度、字體間距等功能；支持選擇畫布大小如：16:9、16:10、4:3、5:4、5:3、1366*768、1360*768和1280*600；支持設(shè)置圖標(biāo)可視化拖拽大小，自定義移動(dòng)位置；支持預(yù)覽特效內(nèi)容詳情；支持添加特效模板并可以應(yīng)用于多個(gè)頻道或計(jì)劃；支持按頻道或者按計(jì)劃查看特效信息；支持選擇頻道分發(fā)計(jì)劃；支持選擇模板后預(yù)覽模板的特效內(nèi)容；支持編輯選擇的特效模板；支持已添加的特效模板顯示的時(shí)間段和顯示總時(shí)長(zhǎng)；支持在計(jì)劃開始的日期任意時(shí)間段內(nèi)添加特效模板、動(dòng)態(tài)修改頻道與計(jì)劃的綁定關(guān)系；支持在時(shí)間軸刻度上修改特效的顯示的時(shí)間段；支持在時(shí)間軸上拖拽時(shí)間長(zhǎng)度或移動(dòng)時(shí)間范圍；支持選定內(nèi)容時(shí)，時(shí)間軸上高亮定位顯示已選內(nèi)容。

功能創(chuàng)新方面：

整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)基于微服務(wù)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，各子系統(tǒng)的功能可以互相調(diào)用，每個(gè)子系統(tǒng)都提供API，平臺(tái)基于B/S架構(gòu)，且前后臺(tái)分離，前臺(tái)完全基于H5技術(shù)實(shí)現(xiàn)，瀏覽器不必安裝插件實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)的后臺(tái)服務(wù)既支持在裸機(jī)上部署，也支持完全在Kubernetes容器集群中運(yùn)行，并支持基于helm的技術(shù)實(shí)現(xiàn)一鍵部署。

系統(tǒng)平臺(tái)有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)碼參數(shù)模板管理、主機(jī)和任務(wù)管理和媒資管理，此三個(gè)模塊為平臺(tái)基礎(chǔ)服務(wù)模塊，平臺(tái)所有模塊都可提供API給第三方進(jìn)行調(diào)用。平臺(tái)的底層為轉(zhuǎn)碼器集群，轉(zhuǎn)碼器集群作為通用計(jì)算能力組件可根據(jù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)規(guī)模彈性伸縮。

IP輸入?yún)f(xié)議：UDP/RTMP/RTSP/MMS/HTTP，IP輸出協(xié)議：TS over UDP/RTP/HTTP/RTSP FLV over HTTP/RTMP/HTTP Live Streaming/3GP over RTP/MMS；輸出分辨率：320*240；480*360；720*576；1280*720；1920*1080；3840*2160；自定義；支持一個(gè)輸入，多分辨率、多碼率、多格式，輸出。

軟件簡(jiǎn)潔操作方便：只要有一臺(tái)電腦就可以頁面操作，實(shí)現(xiàn)字幕臺(tái)標(biāo)的添加與管理，上手快，學(xué)習(xí)成本低。

一鍵上傳圖片序列：可以直接上傳圖片序列，無需再使用額外工具進(jìn)行臺(tái)標(biāo)的編輯，簡(jiǎn)化了操作的步驟，提高了工作效率。

計(jì)劃任務(wù)：對(duì)字幕臺(tái)標(biāo)可實(shí)現(xiàn)周期，定時(shí)等預(yù)設(shè)任務(wù)，并且自動(dòng)處理時(shí)間上的沖突，再也無需為繁雜的任務(wù)調(diào)度與排序頭疼，也避免了人工處理可能導(dǎo)致的失誤。

模板管理：可實(shí)現(xiàn)多模板切換，隨時(shí)選擇或調(diào)整預(yù)設(shè)模板。

分發(fā)管理：首創(chuàng)高效率的分發(fā)模式，支持多頻道、單頻道、模板與任務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，優(yōu)化了操作人員的邏輯復(fù)雜度。

能自由定義頻道分辨率，可實(shí)現(xiàn)多頻道高清、標(biāo)清同播。

該設(shè)備系統(tǒng)方便簡(jiǎn)捷的操作步驟、穩(wěn)定的運(yùn)行性能、超高的工作效率，具備了超強(qiáng)的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)行大力推廣，在各級(jí)廣播電視臺(tái)或傳媒中心等播出機(jī)構(gòu)應(yīng)用，以充分發(fā)揮其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

改造過后的多通道IP游字系統(tǒng)極大提高了工作效率，對(duì)于本市政府宣傳、民生實(shí)事、公益廣告、天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等宣傳提供了更好的工具，相對(duì)于我單位原來的游字設(shè)備，需要多點(diǎn)多段分時(shí)設(shè)置，半自動(dòng)游字，容易漏播，甚至錯(cuò)播，該IP字幕機(jī)實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)置完畢，設(shè)置完畢后人員就不再需介入，設(shè)備全自動(dòng)多頻道分發(fā)廣告，賦予值機(jī)人員更高的人性化操作功能。采用全數(shù)字，TS OVER IP模式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案讓臺(tái)內(nèi)技術(shù)人員使用軟件功能更加方便快捷，簡(jiǎn)化操作步驟，高效地進(jìn)行宣傳業(yè)務(wù)流程的運(yùn)作，相比建設(shè)之前播出系統(tǒng)的軟件程序繁多，功能單一，新系統(tǒng)整合更加統(tǒng)一化、界面化，流程透明化、智能化，化繁為簡(jiǎn)，在系統(tǒng)功能方面更全面、高效，在實(shí)際使用上達(dá)到了我單位預(yù)期規(guī)劃的效果。特別是在今年年初的張家港新冠疫情產(chǎn)生后，設(shè)備幾乎全天不間斷的游字防疫宣傳，日播出量高達(dá)6000條次，該播出設(shè)備方便簡(jiǎn)捷的操作步驟、穩(wěn)定的運(yùn)行性能、超高的工作效率，在疫情防控宣傳中發(fā)揮了重要作用。