刘 峥

（新华通讯社通信技术局音视频部，北京 100022）

1 业务概述

随着互联网技术不断创新，三网融合工作快速推进，我国媒体产业迎来快速发展的重大机遇。为此，新华社以已经建成的IP化信号采集调度平台为基础，深入分析现代媒体技术和传播规律，结合新华社的实际情况，提出了建设融合媒体直播信号汇聚调度平台的构想。

新华社视频直播信号统一调度服务平台建设，优化直播服务平台使之具备更强服务能力、提供更好用户体验，提升智能化水平；在工具与流程脱钩的基础上实现直播内容通过流程关联应用；通过调度平台，实现跨多平台的信号传送与内容分发，提供基于直播内容扩展统一信号调度服务；同时建设可服务于新华社各个业务部门、国内外分社、以及国内外新闻媒体用户的具有分布式、移动化能力的融合媒体视频系统，并完善信号调度系统和交互通道，并提升智能化服务能力。

构建基于IP流的统一交互平台，提供IP流的汇聚、调度和分发功能，将社内自有IP流、外来直播流和其他流资源进行统一汇聚，并通过IP化切换矩阵和IP实时流转码技术，实现实时流的调度和多平台分发功能。满足社内社外各业务平台多样化的内容需求，为后期的IP运营提供技术支持。为此，要构建IP实时流统一汇聚平台，构建IP实时流统一调度平台，构建IP实时流统一发布平台。

图1 系统业务架构设计图

重点强化针对视频直播系统的在线管理、业务运转流程监控、信号资源运营的实时调配和运行维护方面的全局性、专业化和智能化支持力度。实现信源可视化管理，降低业务管理的运维门槛，形成独有信号调度服务平台技术体系。开启基于视频信源数据标准化、规范化建设，为后续智能化技术的植入预留好接口，为IP化系统的搭建和应用起到示范和推动作用。贯彻安全服务整合理念，满足信息安全防护统筹管理需要；在系统建设过程中充分考虑并实现统一管理和标准化运维需求，具备IT服务交付能力。

2 架构设计

IP调度系统总体分为信号采集、信号调度和新媒体资源管理三个子系统组成。

信号类汇聚内容类型包括（rtmp，SRT，HLS，UDP，Http等）实时流信号、各类外场或合作IP信号等多种类型。通过信号收录、调度管理、流媒体服务等汇聚软件所得到的IP实时信号可通过调用基础支撑平台的服务，进行智能处理引生成信号相关的元数据信息。架构如图2所示。

图2 系统技术架构设计图

实时信号采集，主要面向国内外分社新华社记者自采信源、新闻采集信源、外场信源和互联网合作信源四类，每一类业务线均可通过独立的通道到社内进行资源汇聚。数据采集，主要分为社内数据采集和外来数据采集两类，社内与社内生产管理平台对接，实现视频、音频、图片、文字等数据的采集录入，也可通过社内用户数据采集实现用户数据接口对接。

基于全IP化的管理模式，将网络IP编码流、远程网络IP流、现场直播信号流等实时源节目信号针对多个输出通道进行矩阵式切换与输出管理，技术调度和节目调度人员可以根据需要即时或定时将已有的信号源调度至任意目标通道。

相比传统的IP调度系统，采用全软件管理方式，对通道的数量与管理可以进行灵活的扩展与增加，直接运行于通用服务器等设备上，从投资成本上可大大降低，功能设计上采用B/S架构管理，并同时具备统一平台与统一管理界面，管理员可以在任何可以具有PC电脑与网络的位置连接管理平台实现节目调度管理。

3 功能设计

3.1 信号采集

3.1.1 4/5G背包

外场记者只需要将高清摄像机的视频线缆接入背包式发射机，即可快速的运用4G/5G网络完成高清最高4K超高清的视频传输，提供多种采集传输方式，分为实时直播、大文件回传、碎片文件回传和数据网桥等。

实时直播：连接摄像机后点击备播屏幕上的直播按钮，即可将信号传输至社内信号调度服务平台。

图3 4/5G传输背包

3.1.2 手机APP

系统可提供社内记者与社内合作单位快捷视频采集传输、快速报道新闻的手段，只需在手机或Pad上安装相应的应用即可完成视频采集、编辑和传输的快速直播功能。支持社内记者可通过自己的手机，下载移动端直播应用。通过此应用，记者可使用自己的手机随时随地发现新闻，快速到达新闻现场实现手机信号的采集回传。

图4 手机直播TVUAnywhere

3.1.3 公网编码器

SRT（Secure Reliable Transport）公网传输：是开源独有的一种在公共互联网中传输高品质且安全稳定可靠的视频的传输技术，全球已有150多个联盟成员，具有广泛的国内外编解码生产厂商支持。传输协议支持公网传输可以在网络丢包率10%-15%时实现低时延视频传输，优于互联网采用的RTMP协议。SRT是能够优化流媒体呈现性能的传输技术，特别是在网络质量不可靠的Internet，SRT在实时的网络状况下提供端到端的安全性、弹性以及动态的终端调整，从而能够时时刻刻地推送最佳的视频质量。SRT作为视频流媒体工作流程的一部分，被应用于内容生成和分发终端之间。在编码（或转码）之后，SRT运用加密并且提供错误补偿。在解码（或转码）之前，SRT解密视频流并且从Internet连接的典型的丢包中启用恢复机制。同时，SRT检测编码/解码/转码终端之间的实时网络性能；为最优化的性能和质量动态的调整终端。相较于卫星或专用（MPLS）网络基础设施，SRT提供了显著的经营灵活性和成本节约。

3.1.4 4K编码器

采用行业领先的4K编码技术，完成现场多机位和VR镜头的超高质量直播。视频编码从5个维度着手，分别是分辨率、宽色域、高色深、高帧率以及高动态范围，并着眼于建立一个4K技术生态圈。信号调度平台4K信号的采集，作为调度平台新兴业务，实现了平台的平滑升级，系统通过增加4K和VR的软件和服务，系统就可支持动态HDR、3D音频、ChinaDRM、4K终端播放等技术与平台。推进4K与5G技术在新华社的落地和发展，让专业更简单。

3.1.5 便携式一体机

它集三维无轨虚拟、多机位切换、录制、播出、调音、延时、字幕、监视为一体的便携导播一体机。设备高度集成化，采用一体便携化设计，携带方便，只需要简单的设备和几个工作人员就可以迅速搭建出专业的演播室，并制作出高质量的视频节目。完全可以实现传统广电系统的小型演播室的功能，并且具有流媒体现场推拉流服务的互联网功能和能力，方便移动直播使用。

图5 便携式导播一体机

3.2 信号收录

信号收录系统对信号调度系统中、信号输入和信号输出的信源进行实时IP流收录、存档。在传统意义上的SDI收录中加入了IP收录，采用UDP协议将需要收录的信源进行编码处理，这样在交换机所连网段都可一收到UDP的组播流，实现了收录信号的IP分发，极大的提高了网络的利用率和收录的灵活性，经常在高访中使用收录公共信号。

3.2.1 调度管理

基于全IP化的管理模式，将网络IP编码流、远程网络IP流、现场直播信号流等实时源节目信号针对多个输出通道进行矩阵式切换与输出管理，节目调度人员可以根据需要即时或定时将已有的信号源调度至任意目标通道。

相比传统的IP调度系统，采用全软件管理方式，对通道的数量与管理可以进行灵活的扩展与增加，直接运行于通用服务器等设备上，从投资成本上可大大降低设采购费用，功能设计上采用B/S架构管理，并同时具备统一平台与统一管理界面，管理员可以在任何可以具有PC电脑与网络的位置连接管理平台实现节目调度管理。

多画面监看：统一资源实时监控，对输入输出信源进行实时预览，多种信号格式监控。对异常信号系统具备判断和报警功能。完成对汇聚与分配的社内所有IP流直播信号的统一监控。

调度管理，基于全IP化的管理模式，将网络IP编码流、远程网络IP流、现场直播信号流等实时源节目信号针对多个输出通道进行矩阵式切换与输出管理，节目调度人员可以根据需要即时或定时将已有的信号源调度至任意目标通道。同一信源支持多个输出通道调度；备播管理、垫片管理、自动检测、调度状态、日志报警、设备热备、服务集群。

实现多格式适配，支持多种信号格式采集与输出，如SDI、IP（RTMP、HLS、HTTP、UDP、RTP等），以各种IP直播方式向社内播出平台、合作互联网平台进行直播内容的发布。

图6 调度服务平台登录UI

图7 调度服务平台主页

图8 调度服务平台传输页面

图9 调度矩阵式监控界面

3.2.2 多格式IP信源适配

图10 单调度节点设计

支持第三方标准SDI/IP传输数据本地采集，从而适配其他各种第三方信号，如卫星、有线、微波、网络，或其他第三方传输设备；支持本地输出IP信号，HD/SD-SDI信号；支持经由本地采集/汇聚的SDI/IP信号，转换为GRID信号，到IP调度Cloud中，让其他调度节点服务器进行IP调度；支持接收IP调度Cloud中其他接收转发节点转发过来的数据，并实现多信源无缝切换输出；通过选件板卡，可支持模拟复合、模拟分量、S-Video等视频格式及AES/EBU、模拟等音频格式输出；IP信源接收转发节点设备支持对传输端进行远程控制和对运行情况进行实时监察，可以远程调整传输端的编码参数、监看传输端所连接的3G/4G/Wi-Fi无线接入链路的数据传输情况；低延迟地编码采集以及特有的优化算法保证广播级的图像输出质量；转发IP信源的同时具备一定的按需转码能力；最大可支持4路无缝切换或20路有缝切换能力。

3.2.3 双切换模式

图11 切换流程图

支持“无缝切换”和“有缝切换”，可根据台方业务需要，配置各调度节点。具体采用“有缝”还是“无缝”，且日后可以随时更改各调度服务器，进行“有缝”&“无缝”间业务模式转换。

“无缝切换”模式主要面向在线直播应用。频道节目间切换可无缝处理。“有缝切换”可主要面对收录，或非频繁切换的在线节目调度所使用。

两种切换模式均具备自动垫片功能，垫片素材可以是新华社提供的视频和图片。

3.2.4 分级部署

一是分组管理：新华社可根据具体业务需求对输入和输出进行分类管理，可自定义栏目组。二是分布式部署：新华社可采用去中心化部署，可有效减少中心节点的带宽和资源压力。但仍可保证统一管控。三是分权限管理：根据台里需要，定制管理权限，可支持面向分布式节点架构的统一网管管控，也可根据业务需要分配给不同业务节点以响应业务流的管理调度权限。

3.2.5 编排管理

自定义播出时间控制：自定义时间线，调整输入输出播出控制，自动生成表单，按自定义时间编排播出，主要应用于应急活动，如外场信号接入，突发信源接入。操作灵活，应急性高。可直接投放IPTV、手机网页和演播室等多平台推送。

节目单播出控制：支持编单功能，可按照节目单进行编单自动切换调度处理。支持B/S的Web管理界面。主要用于IP播控管理，系统支持手动编单管理，支持节目单自动导入功能，如台方需求，可与台方播控系统对接。

开放式接口：提供开放API，可支持定制管理流程（根据时间线，编单调度），也可与第三方管理系统对接。可支持编单系统，自动切换、频道节目置换。以下为编单调度界面：

图12 根据时间线/节目单进行编单自动切换调度处理

3.2.6 流媒体服务

用于信号调度系统中，信号输入拉流和信号输出并发推流使用，社内可通过该服务拉取合作信源，接收新闻采集信源和外场信源，也可将调度输出的信号推送到该服务上完成对合作单位、社内播出的IP流推送。

支持PC、手机、平板、互联网电视等多终端的流媒体播出系统，集多种视频传输协议输入、视流封装、协议翻转、切片技术等功能于一体，可为用户提供同一信号源输入后进行多种协议、多种终端自适应播出服务。系统不但具有可视化Web监控管理界面同时还具备高效的缓存、切片技术支持多屏时移、播放预览、快速响应等应用体验。通过规模化部署可支持多级节点级联和流服务集群管理，支持百万级以上大规模并发扩展需求。目前系统可达60Mb/s的4K信源分发。

图13 流媒体源站系统设计

3.2.7 多画面监测报警

完成码流解码视音频内容的实时监测报警、多画面组合和码流监测信息显示等功能。支持色彩格式显示、色彩格式异常报警、黑场、静音、伴音静帧、无伴音静帧、音量过高、音量过低等故障、多画面组合显示、码流监测信息显示、全程录像和故障触发录像等功能。每台主机支持双屏显示，支持VGA/DVI/HDMI输出。所有监测信号节目的多画面显示和视音频监测，每台主机支持双屏显示。

图14 调度服务平台多画面界面

3.2.8 码流监测探针

系统提供对IP传输、媒体封包两个层面的深入分析，可广泛用于流媒体服务器压力分析、网络质量评估及流媒体播放质量检测等场合。BHIP89既可以作为监测仪器用于日常运维的系统故障定位，也可以作为常规部署的监测设备。支持UDP、RTP、HTTP、RTMP、RTSP、HLS等 传 输 协 议， 支 持FLV、MP4、3GP、TS、MP2T、MP2T+RTP等封装格式的流媒体质量监测。支持流媒体自动探测，自动发现网络节点中所有正在发生的流媒体传输业务，准确识别各种协议类型，提取媒体URL、媒体响应时间、媒体时长等关键信息。