流媒体录播环境的设计

2013-09-21清华大学电教中心钟晓流李海霞宋述强

智能建筑与智慧城市 2013年3期

关键词：多功能厅录播扬声器

文｜清华大学电教中心钟晓流李海霞宋述强

流媒体录播环境的设计

文｜清华大学电教中心钟晓流李海霞宋述强

本文以构建一间具有流媒体录播功能的多功能厅为例，详细探讨了流媒体录播应用环境的系统架构与方案设计等。

流媒体录播系统系统设计扩声视觉设计

1 引言

随着计算机应用技术和互联网技术的发展，流媒体录播系统的功能不断增强，应用领域也日益扩大。但录播系统不能孤立地存在，必须置身于一个特定的应用环境中，与环境中的其他设备或应用系统相结合，才能显示其生命力。一个先进的多媒体应用环境，应在系统集成的设计理念上充分体现网络技术、音视频技术、流媒体录播技术、多媒体技术、环境控制技术、系统集成技术及软硬件设计技术紧密结合的整体性，并且本着先进性、实用性、稳定可靠性、完备性、可扩展性和标准化的目标，经过一系列认真的计算机模拟、频谱分析、建筑物理设计和最终的系统集成与测试，保证各系统性能指标的一致，还应经设备选型的优化组合和精密的系统集成，在听觉上实现建声效果好，声音音质优美、悦耳动听；在视觉上实现无盲区、色彩还原好、图像清晰、传输质量稳定可靠；在操作上达到设计人性化、智能化程度高、结构紧凑、便于掌握等目标。

本文将以构建一间具有流媒体录播功能的多功能厅为例，详细探讨流媒体录播应用环境的系统架构、方案设计和设备选型等。

2 项目背景

国家某政府部门需对其多功能厅进行改建。该厅为规则的矩形，长39.8m，宽29.6m，装修后主席台区域净高为11m，观众区净高为5.6m；室内建筑声学条件符合国家标准《厅堂扩声系统设计规范》（GB 50371-2006）的要求；室内照明符合相关规范《建筑照明设计标准》（GB 50034-2004）的要求；室内共有信息点200个；互联网出口带宽为100M～1000M自适应，10M～100M到终端。

用户的功能要求是将该厅设计成能够举办综艺表演、综合会议、视频会议、国际会议、时装表演、中型展览、新闻发布、演讲报告等活动的多功能、多用途场所。

3 设计方案

该厅的设计不同于设备简单叠加的一般设计，而是将成熟的先进技术以最优性价比合理地应用到系统工程中，充分结合了的网络技术、音视频技术、流媒体技术、环境控制技术、软件应用技术。

3.1 目标功能

按照设计方案，改建后的多功能视听厅将成为智能化、现代化的综合应用环境，具有实现以下目标所需的环境与条件：

◆ 运用信息化手段进行新闻发布、时装表演、综艺演出、展览演示；

◆ 举办综合会议、国际会议、视频会议、交互研讨与数字会议、报告演讲；

◆ 运用信息技术开展远程教育、异地培训、远程会议与学术活动；

◆ 进行网络直播、点播以提高重大活动开放程度和教学资源共享程度；

◆ 从设备到资源实现整体智能化。

3.2 扩声系统设计

该厅的扩声系统按最大声压级为103dB设计，扬声器总电功率为11500W。

（1）供声方案与扬声器布局

该厅的扩声系统设计采用了集中式（主扩）与分布式（辅助扩声）相结合的扬声器布局，以及SIS（Spatial Image System，空间成像系统）模式。空间成像系统既可以实现声像在左、中、右方向移动的效果，也可以实现声像在左右间移动、左中之间移动和右中之间移动的效果，能进一步改善声像的空间感；还能通过对人的心理声学作用的利用，使人们获得更好的主观听觉感受。

①主扩扬声器

该厅主扩扬声器的设计如下：

◆ 为主席台正上方中间声道设计了三只中场扬声器和远场扬声器（考虑冗余备份的因素），全部为全音域二分频音箱，频响范围为65～20000Hz，灵敏度为99dB，功率均为500W；

◆ 在主席台台口左右设计了四只舞台前沿的主扩“拉声像扬声器”（考虑冗余备份的因素），全部为双12寸低音单元的三分频音箱，频响范围为38～20000Hz，灵敏度为100dB，功率均为1200W；

◆ 配置了双18寸的超低频扬声器两只，频响范围为32～280Hz，灵敏度为100dB，功率为1600W。

②辅助扬声器

在厅堂的黄金分割线上设计了两只辅助音箱（考虑延时因素），全部为全音域二分频音箱，频响范围为65～20000Hz，灵敏度为99dB，功率为500W。

③返送扬声器

在舞台区设计了两只返送音箱，为全音域二分频音箱，频响范围为55～20000Hz，灵敏度为99dB，功率为500W。

（2）功率放大器

该厅堂功率放大器的选配根据功率匹配、阻尼匹配、阻抗匹配的原则进行设计。功率放大器频响范围均设计为20～20000Hz，信噪比优于105dB，动态范围优于110dB。

①功率匹配

按功率放大器动态功率为扬声器的150%进行配置。拉声像扬声器和超低频扬声器采用桥接方式进行配接。

②阻尼匹配

功率放大器的阻尼系数按30～100设计。

（3）周边设备

周边设备配置的设计为数字音频处理器两台、双12段反馈抑制器两台、效果器两台。

（4）调音台

配置32路调音台两台（考虑备份因素）。

（5）音源设备

音源设备组成的设计为鹅颈会议话筒十套、演唱话筒六套、无线话筒八套（手持和领夹式各四套）。

（6）其他系统

国内企业捐赠了视频会议系统、60席讨论型数字会议系统和500席同声传译系统，故设计中未包括相关设备选型的内容。

3.3 视频系统设计

考虑到现实需求，视频系统设计采用高标清兼容技术。

（1）微格摄像系统

设计方案采用四信道微格摄像系统，包括摄像机、云台、综合控制器、电源适配器和HUB等设备。

①摄像机

设计全部采用分辨率为1000线的，1/2英寸的3CCD摄像机，信噪比不低于62dB，采用HD-SDI传输。其中一路摄取舞台背景区域的画面，一路为主席台特写镜头摄像机，另外两路为观众区全景摄像机和特写摄像机。

②云台

设计云台为与摄像机联动相配套的液压阻尼云台，水平转角大于300度（±150度），垂直转角大于60度（±30度）。

③综合控制器

综合控制器设计要求带RS232或RS485控制接口，能够通过云台控制摄像机的推、拉、摇、移，能调节摄相机镜头的电动三可变和白平衡、黑平衡。

④HUB

方案设计的HUB为云台与综合控制器的中介，作用是实现摄像机、云台端与综合控制器端的通信，以便实现对摄像机、云台的操作控制。

（2）矩阵分配器

方案设计了广播级16×16的VGA矩阵和16×16音视频矩阵各一台，广播级8进8出音视频分配器和8进8出VGA分配器各一台，广播级4进4出音视频分配器和VGA分配器各两台。

（3）视频切换台

视频切换台设计为8路广播级数字特技台。

（4）信号源设备

方案设计了蓝光DVD播放机两台，DVCPRO数字录像机两台。

（5）大屏幕显示系统

大屏幕显示系统按“1+2”的模式设计。

①中央大屏幕

中央大屏幕系统采用投影机与电动白塑幕布的组合。屏幕尺寸为400英寸。投影机选型为12000流明的三片DMD的DLP工程机，对比度优于1000︰1，分比率优于720p。

②两侧大屏幕

两侧大屏幕设计为P3 LED全彩屏，屏幕尺寸为280英寸，分辨率为1080p，亮度不低于400尼特。

③舞台返送

舞台返送屏设计采用四台50英寸的等离子屏，分辨率为1080p，亮度不低于300尼特。

（6）录播系统

录播系统设计选用嵌入式一体式录播服务器。

①编码器技术指标

设计选用的嵌入式一体式录播服务器的编码器技术指标为：

◆ 采用H.264视频编码，支持720p、1080i、1080p高清视频信号的采集；

◆ 支持高分辨率、高帧率计算机屏幕信号采集，最高支持1920×1200分辨率和60Hz帧率，满足录制高清动态视频、高清计算机屏幕信息的需要；

◆ 支持字幕及时间显示、在录制的视频画面上添加字幕、自定义字幕位置、加入录制时间；

◆ 可以设置不同的编码输出分辨率，满足解码端不同的分辨率需求；

◆ 支持标准的RTSP、TS流传输，可在视频采集编码后生成标准的RTSP、TS媒体流，支持VLC、QuickTime等通用播放器接收，并可配合第三方的解码设备使用。

②信号存储转发单元技术指标

设计选用的录播服务器信号存储转发单元的技术指标为：

◆ 采用专用硬件设备，不宜采用工控机插视频采集卡的方式；

◆ 所采用的视频格式能支持更多操作系统，如Windows操作系统、Mac OS操作系统；

◆ 支持通过多种浏览器（如Internet Explorer 8及以上版本、Safari、Chrome、Firefox、Opera等）进行服务器访问；

◆ 宜采用ASF、MP4等流媒体文件格式；

◆ 直播延时小于3s；

◆ 支持H.264视频编码、AAC音频编码；

◆ 支持 CIF、4CIF、720p、1080p录制格式。

③录播服务器功能

录播系统核心的记录、直播、点播功能均基于信号存储转发设备，因此系统的性能由所采用的硬件及软件系统决定；一般要求信号存储转发设备为专业服务器，嵌入式系统。设计的系统功能要求如下：

◆ 基于IP网络，采用分布式产品架构，可以对视频、音频信号和计算机动态屏幕信号进行同步组合录制、直播；

◆ 支持两信道视频、一信道VGA计算机动态屏幕信号、一信道立体声音频同时录播；

◆ 支持多平台、多浏览器在线访问；

◆ 支持录制文件在线编辑、PPT图片自动索引等功能；

◆ 采用B/S访问架构，支持跨浏览器、跨操作系统平台直播功能（即无论用户使用的是Windows还是Mac OS操作系统，均可使用相应浏览器接收节目直播；用户可通过包括 Internet Explorer、Mozilla Firefox、Apple Safari等在内的所有流行的浏览器登陆录播服务器接收直播的视频、音频和计算机动态屏幕内容）；

◆ 支持通过IE浏览器进行点播（非实时）；支持用户在点播时通过文本模式或图片模式查找想要点播的文件，也支持通过节目名称、节目录制时间、会议记录名称等信息搜索需要点播的文件；支持根据PPT图片索引或文字索引跳转点播节目的段落；

◆ 支持通过图片、文字、“图片+文字”三种索引方式查看节目内容，能够支持10～100个直播、点播用户同时在线观看；

◆ 支持Web方式访问及管理；

◆ 支持多种操作系统访问；

◆ 支持移动终端访问；

◆ 支持多级权限管理；

◆ 支持多种资源生成模式，如电影模式、资源模式、多码流模式等；

◆ 支持大容量存储。

3.4 控制系统设计

表1展示了设计控制系统的控制设备的种类、控制接口和控制方式。

表1 多功能厅中控系统设备种类及控制方式表

3.5 信号连接端口设计

信号连接端口（LAN除外）的设计主要为多功能厅舞台台口与控制室之间的信号连接设计，按全数字化传输的要求进行设计。

（1）弱电接口

弱电接口设计如下：

◆ 计算机信号连接界面为6个VGA接口；

◆ 话筒连接界面为20个XLR接口；

◆ 音视频连接界面为10个RCA接口（4个音频接口、6个视频接口）；

◆ 视频连接界面为4个BNC接口；

◆ 高清视频连接界面为4个DVI接口、4个HDMI接口。

（2）强电接口

为了减少干扰，凡接入系统的设备应接入系统的同一路电源。接口设计为AC 220～250V的10A五孔插座四个、AC 220～250V的15A五孔插座两个。

4 系统拓扑结构

图1为该多功能厅的系统拓扑结构原理图。

5 结束语

任何类型或形式的录播系统的建设和设计，必须本着先进性、实用性、稳定可靠性、完备性、可拓展性和标准化之目标，以再现现场和动感视听为目的。为了让用户了解流媒体录播系统在各种环境中的配套应用，必须提供基于用户需求且符合目标功能需求的、全面的解决方案。设计方案是指导系统集成的蓝本，对系统的拓扑结构、系统原理、综合布线（管线路由、连接方法）接口协议、控制信令都应有明确的图示和解释。本文给出了接受某政府部门委托进行的具有流媒体录播功能的多功能厅环境设计的一个示例，限于设计时间和具体条件，有些因素可能会考虑不周全，欢迎同行多指教、交流。