融媒体制作系统中云平台的设计与实现

摘  要：利用云技术，西安十四运融媒体制作系统采用“天地一体”的架构。通过5G传输技术、云计算技术、虚拟化超高清非编技术，实现云上的服务能力。正是这样的云端技术，满足了因为新冠肺炎疫情而无法来到西安IBC的部分持权媒体的需求。文章将详细介绍整个融媒体系统中的云媒体平台，以及如何通过云平台实现随时随地提供检索下载编辑能力。

关键词：第十四届全运会;新冠肺炎疫情;云媒体平台

中图分类号：TP311     文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）20-0114-05

Design and Implementation of Cloud Platform in Financial Media Production System

—Take the Cloud Media Platform System in the 14th National Games as an Example

RUAN Pingfan

（Fujian Media Group， Fuzhou  350001， China）

Abstract： Xian 14th National Games financial media production system adopts the architecture of “integration of heaven and earth” through cloud technology. Realize the service capability on the cloud through 5G transmission technology， cloud computing technology and virtualization ultra-high definition non coding technology. It is such cloud technology， meeting the needs of some power holding medias who failed to reach IBC in Xian because of novel coronavirus pneumonia. This paper introduces the cloud media platform in the whole financial media system in detail， and how to provide retrieval， download and editing capabilities anytime and anywhere through the cloud platform.

Keywords： the 14th National Games; novel coronavirus pneumonia; cloud media platform

0  引  言

新冠肺炎疫情在世界范圍内不断蔓延，无疑给第十四届全运会的举办带来了严峻的考验。就像这次临近开幕式，福建疫情暴发，作为持权转播机构之一的福建团队，无法前往西安进行转播报道工作。这只是疫情这种特殊环境下的一个小插曲。

这次十四运，福建广播影视集团的科技文体传媒中心首次作为承接方，辅助主转播机构（HB）完成全运会融媒体制作系统的建设。让因为疫情无法来到赛事现场的观众身临其境，随时随地欣赏到高品质的电视转播，同时也保证因疫情不能来赛事现场的媒体可以无差异地制作播出节目。此时“云”就更加凸显出它的优势。力争打造成为转播标准高、观赛体验佳、科技感强的一届全运会。

本文着重介绍国际广播电视中心融媒体制作系统的搭建，尤其是收录后的素材如何通过云端进行分享，如何通过云平台提供随时随地的编辑能力。让因为疫情不能前往IBC的持权媒体，仍然可以使用主播机构提供的公共信号收录、传送、制作等服务。

1  融媒体制作系统以及云端系统的设计

1.1  融媒体制作系统的设计

第十四届全运会融媒体制作系统中包含有国际广播中心本地系统（以下简称IBC本地系统），公有云系统以及边缘云系统三大系统。这三个系统互联互通，依托于IBC机房本地，西安边缘云以及公有中心云，5G传输链路等基础设施，通过移动和轻量化外场为终端打造一个智能云边端协同的赛事制作系统。系统拓扑图如图1所示。

1.1.1  IBC本地系统

IBC内部署了超高清采、编、播、存、传全套功能的融媒体制作系统。但不同于传统的制作系统，该系统内所有的节目素材都与云端系统同步。

1.1.2  公有云媒体系统

为了实现异地用户的使用，利用云计算、数据和存储资源，在公有云端搭建了云媒体服务平台。为各省持权媒体提供广域范围下的云端移动节目制作支持。

1.1.3  边缘云系统

同时在边缘云中虚拟化部署IBC本地的融媒体制作系统双活后台服务的备份系统，一旦出现本地系统后台宕机，IBC内部所有服务全部由边缘云上的备份系统接管。这样可以减轻IBC内部的系统规模，实现“云边协同”制作模式。

在本系统中，IBC本地系统与公有云端系统通过10G专线连接，可以快速读取对方的存储以及后台服务。

在此次疫情反复下，部分持权媒体无法前往IBC现场，因此他们就只能依靠云端的服务，获得他们所需要的素材。下文将重点介绍云端的媒体服务平台。

1.2  云媒体平台的设计

持权媒体可使用笔记本电脑、PAD、手机等移动设备以5G网络、Wi-Fi方式访问云媒体平台。

1.2.1  云媒体平台后台服务

云媒体服务平台架构由基础设施服务层（IaaS）、媒体平台服务层（PaaS）、媒体软件服务层（SaaS）3层架构组成。IaaS层实现对虚拟机、存储、网络等资源及上层应用服务进行统一的部署、分配、管理。PaaS层主要包括：业务支持服务模块、流程驱动模块、融合资源库模块。将所有服务采用分布式架构，业务负载均衡模式，增强系统高可用性，保障平台的服务持续性。SaaS层部署了满足需要的系统类应用服务，如云检索，云下载，WEB剪辑，为IBC内外用户提供基于云平台的融媒体产品服务。

1.2.2  云媒体平台设计

本次全运会将采用高中低三码率全信号收录，并实时同步到云端，接入云媒体平台。另外直播信号无法覆盖的部分，项目的决赛阶段关键过程用单机拍摄制作成ENG信号，回传到IBC 也同步到云端云媒体平台中。各个持权媒体无论是在IBC内部还是异地都可以在该平台上检索素材，并使用素材。同时，云媒体平台支持通过专业的体育场记信息进行视频检索，用户可根据专业场记信息检索并定位至事件关键帧，提高素材检索精准性和专业性，云平台设计如图2所示。

1.3  主媒体格式规划

前文中我们提到的高中低码率素材格式，以及融媒体制作系统中的主媒体格式为：

高清高质量素材编码格式为DNxHD，封装格式为MXF op-Atom，码率为120 Mbps;中质量素材编码格式为H.264，封装格式为MOV，码率为15 Mbps;低质量素材编码格式为H.264，封装格式为MP4，码率为2 Mbps。DNxHD格式的素材为帧内编码，方便后期节目制作，H.264的长GOP素材兼顾了图像质量和文件大小，适合网络传输。

另外融媒体制作系统中4K超高清高码素材编码格式为XAVC，封装格式为MXFop-Atom，码率为500 Mbps;4K超高清低码素材编码格式为H.264，封装格式为MP4，码率为2 Mbps用于系统流畅预览4K视频。

公有云平台仅提供高清素材的下载，考虑到格式的通用性，高码素材默认转码为AVCintra 100 Mb/s;中码和低码格式和收录格式保存一致。

2  云媒体平台关键功能的实现

融媒体制作系统的公有云端部署有同步服务，合成转码服务，迁移服务，云媒体平台后台的核心服务以及WEB剪辑服务，还带有云存储，云媒体平台里的素材都存放在云存储里。

云媒体平台里分为内容库与专属内容库两部分。内容库里是所有的公共素材，是公开的，它的目录结构与IBC本地的非编系统里的一致，如图3所示，让异地的远程用户和本地的用户在视觉与使用上毫无差别。而专属内容库是非公开的，每个持权媒体编辑下载回传到云平台的素材文件都在这里，不与其他持权媒体共享。这样既保证了私密性，也保障了下载视频的可管可控。

以下是对公有云端的云媒体平台系统的关键功能进行介绍。

2.1  自动同步云端

云媒体平台内容库里的素材都是从本地存储自动同步到云存储的。如收录直播信号的中低码素材就是同步迁移到云端，同时可以边采边编。直播中素材收录自动同步到云端的流程如图4所示。

直播中的素材實时存入收录服务器中的缓存目录。本地迁移服务将该文件实时迁至本地IP集群存储中，同时入本地端内容库里，用户就可以在本地端非编内容库里看到;这时本地同步服务就发起同步，待10分钟一段封口好，将新文件的中低码素材从本地存储同步迁移到云端S3对象存储，同时对应的媒体元数据、场记内容等通过云同步服务一并同步至云媒体平台，这样就完成了素材的自动同步。因为直播中的素材是不断增加的，所以无论本地还是云端内容库里该文件大小也在不断地增大，并且可以进行编辑。但用户不会看到分段素材，只会看到一个大小在不断增长的素材，直到最后收录结束。该功能就是通过IBC与公有云间的10 G专线进行天地同步的。另外ENG制作回传的素材也是如此流程自动同步到云端的。

2.2  云端挑选下载

对于异地持权媒体，想要使用融媒体制作系统里的素材，最常用的操作就是在云媒体内容库里选择需要的素材文件下载。这样就实现了持权媒体在互联网环境下，通过云平台获得公用信号素材的需求，丰富了主播机构与持权媒体间的文件交互形式。

从用户提交下载申请，到素材文件在本地硬盘落地，需要经过后台转码、资源同步上传、用户下载三个过程。先云端发起转码请求，线下后台服务收到消息后，发起转码迁移，将线下存储中的选定素材，转码成需要的格式，再迁移进入云存储。完成后将信息传递给云端后台服务，发起入库流程，在云媒体平台的专属内容库就可以看到。如果要下载到本机存储，就从云存储里读取下载。后台流程如图5所示。

2.2.1  下载流程

在云媒体平台用户可以视频整段下载、打点拼接下载、转码下载。远程用户可通过互联网访问云平台，挑选素材后交由后台迁移转码服务执行转码和迁移上云操作，最终的结果会展示在云端专属库内。专属库中的资源可以通过浏览器下载的方式将素材下载到本机硬盘，也可以把资源链接分享给其他用户下载。

另外出库目标还可以是IBC内部指定的挑选工作站。所谓的挑选工作站就是在每家RHB演播区配备一至两台编辑站点，采用万兆光纤方式跨楼层接入融媒体制作系统，可使用B/S及C/S方式进行素材检索、打点、下载;打点挑选的素材支持后台集群渲染，高码率文件推送RHB终端。每个云平台账号都对应着自家的挑选工作站，用户可以选择将在云端挑选好的素材下载到挑选工作站的本地硬盘上，进入播出系统直接SDI播出，或者将下载的素材导入线下的专属库中作为私有的编辑素材。

2.2.2  后台迁移转码服务

后台迁移转码，配置5个刀片服务器，每个刀片安装一张NVIDA RTX6000 GPU卡，按1虚2做GPU虚拟化，虚拟成10台迁移转码服务器。每台迁移转码服务器上运行4个转码执行器，总共40个执行器，支持40个并发的转码任务。每个执行器4K任务转码效率约为1，高清任务的转码效率约为6倍。也就是说在不超过40个并发转码任务的前提下，60分钟的4K素材，用户等待转码的时间约为60分钟，60分钟高清素材，用户等待转码的时间不超过10分钟。

2.2.3  网络带宽需求

同步上传时间取决于IBC到公有云的网络带宽和并发上传的进程数量。本系统包含36路高清信号收录和10路4K信号收录，按规划的码率实时同步上传，占用带宽为：

（20 Mbps+2 Mbps）×36+（36 Mbps+2 Mbps）×10≈1.2 Gbps

用户挑选后的高码素材上传，按5倍速，15路并发计算，带宽需求为：

120 Mbps×5×15=9 000 Mbps≈8.8 Gbps

即当IBC以10 Gbps带宽连接公有云时，在15个并发申请时，可以5倍速向云端同步。同步一小时的素材，约需12分钟。

用户下载速度取决于用户的带宽，假设以200 Mbps的宽带接入，下载60分钟高码素材，耗时为：

120 Mbps/200 Mbps×60=36分钟

下载60分钟20 Mbps的中码素材，耗时约为6分钟。

综上所述，60分钟的自选高清素材，从提交申请到下载到本地，总共耗时约10+12+36=58分钟。主要耗时在用户侧，如果用户带宽提升至1 Gbps，耗时将缩短至30分钟。

2.2.4  云媒体平台的下载转码效率

为了测试云媒体平台素材后台转码效率，笔者对多条统一格式的收录素材，按高码、中码、低码三种下载码率需求进行合成转码下载测试，结果如表1所示，可以看出转码的效率不低于四倍。

2.2.5  云端与本地端下载的转码效率对比

为了对比线上线下转码的效率，笔者用同一段素材下载同一格式，用不同的设备进行多次操作，取平均值，测试结果如表2所示。

云端挑选下载，依赖的是后台集群转码服务器的转码能力。云端与本地的转码效率对比，是后台集群转码与非编站点前台转码效率的对比。从测试结果，可以看出GPU虚拟化后的转码执行器转码效率低于非编站点的转码效率，高于同樣是做了GPU虚拟化的虚拟非编的转码性能。但是云端后台转码的优势在于多个执行器同时运行，不占用前台资源，用户可以在逐一挑选所需的素材提交后台转码，后台转码时不影响前台的操作，当用户挑选素材数量较多时，后台执行器并发执行，效率要高于前台的挑选一条转码一条的工作模式。

2.3  多样化的云编辑方式

2.3.1  Web剪辑

该剪辑工具是由云媒体平台提供的，轻量化模版剪辑工具，支持代理码率剪辑及云合成，合成码率限定为4 Mbps H.264，用于新媒体视频制作发布剪辑工具提供丰富模板，支持横竖屏编辑。剪辑成果支持一键下载至设备的硬盘，也可以传回本地系统。

2.3.2  虚拟非编

虚拟非编在边缘云端和IBC本地各部署了5台。在IBC公共编辑区内有五台，安装在瘦客户端上。另外五台虚拟非编部署在边缘云上，供外借使用，不限制在IBC内部，只要在达到基本要求的笔记本或瘦客户端上安装软件，随时随地利用5G网络，通过互联网访问，就可以进行高清、4K甚至8K素材的编辑，而且编辑体验与实体机无差，合成后的成片也可直接进入非编系统的专属内容库。支持4K的3层实时编辑，4K高清节目混合编辑。

2.3.3  移动非编

移动非编是将超高清非线性编辑制作软件进行移动化的节目制作、合成、传输。此次全运会主播机构提供了19台的移动非编制作工具，其中15台给了ENG制作团队，其编辑成果最终通过云同步服务自动同步到国际广播中心系统内容库中;另外预留4台供给需要的持权转播商租赁使用，其编辑成果最终回传到云媒体平台专属内容库中。其最大的亮点就是可以不局限在IBC中进行节目的制作，可以将个人拍摄素材上载到移动非编笔记本，同云端素材在同一时间线上混合编辑，实现了天地混编。

2.3.4  编辑软件性能对比

以上编辑方式各有利弊，根据需求选择，如考虑疫情不能来IBC，只能使用云端服务的话，虚拟非编和Web剪辑是较优的选择，移动非编也可以在IBC外使用，但需要租用设备，对于外地用户就不太方便。虚拟非编也是账号租用的方式，如果只是想简单编辑Web剪辑是最好的选择，对于新媒体而言，它生成的素材完全适合移动端设备观看，方便快捷。

3  结  论

新冠疫情打乱了国际体育赛事的整体布局和计划，由此带来的影响必将倒逼全运会做出更多适应性调整，同时也加快了改革创新，化“危”为“机”。云端服务在这次全运会中的应用，既解决了疫情带来的危机，也成为一大亮点，是虚拟化和云计算技术在广电系统运用推广的好时机。面对互联网发布的新需求，也要求广电突破传统业务观念，升级业务架构以主动的姿态迎接互联网浪潮。

参考文献：

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作者简介：阮平凡（1984.01—），女，汉族，福建福州人，工程师，工程硕士，研究方向：节目制作系统。