云媒体内容生产服务平台在大型赛事转播中的应用

曾 志

（福建省广播影视集团，福建 福州 350004）

0 引言

2021 年9 月，陕西省举办了中华人民共和国第十四届运动会（以下简称十四运）。笔者作为主转播机构（Host Broadcaster，HB）福建团队的一员，全程参与到国际广播中心（International Broadcasting Center，IBC）的融媒体制作系统（Convergence Media Production，CMP）建设和运营中，经历了90 d 的设计期、部署期、集成期、调试期、运行期。本制作系统包含融媒体指挥调度中心、信号场记收录中心以及云媒体内容生产服务平台。

1 需求设计

1.1 需求分析

主转播机构（HB）福建团队承担向持权转播商（Rights-Holding Broadcaster，RHB）提供整届赛事所有公共信号的关键任务。笔者作为团队核心成员，参与搭建了十四运云媒体内容生产服务平台。该平台打破传统内容生产模式，将天翼云平台和本地的广播电视中心打通并深度融合，以高效、安全、稳定的赛事资讯共享为核心，为RHB 提供实时、多元化的内容生产服务。

1.2 总体方案

在广泛收集RHB 需求的基础上，福建团队充分利用现有资源和算力，开展十四运云媒体内容生产服务平台的建设。本平台具备信号汇聚分发、移动剪辑、云端新媒体直播切换、赛事新闻爬取与显示、赛事指挥调度以及异构备份收录等功能。

1.3 详细设计

云媒体内容生产服务平台按地域可以分为IBC本地机房和天翼云平台两部分，如图1 所示。IBC本地机房包括矩阵、编码和收录服务器、全能机以及笔记本电脑等。天翼云平台包括媒体服务器和一些后台服务器（如云导播、云分发、云采编、直播随编等服务）。基于强大的软硬件支撑，云媒体内容生产服务平台被拆分为流汇聚分发、云切换制作、移动云采编、异构备份收录这几部分来搭建。这些功能离不开云上和云下资源的支持。以下将介绍这两部分资源。

图1 云媒体内容生产服务平台概况

1.3.1 云上资源

为了保证云上资源的高效、安全、可靠，福建团队采用了电信天翼云的一整套云方案。在管理服务、存储资源、数据库、云直播服务、公网带宽、内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）[1]加速方面做了如下部署。管理服务包括云分发后台服务云导播后台服务、云采编后台服务等，分别服务于流汇聚分发、云切换制作、移动云采编这三大功能；平台使用网络附属存储（Network Attached Storage，NAS）和S3 对象存储[2]两大存储类型，其中NAS存储存放了TB 量级的视频数据，对象存储具备接收300 万次请求的性能。同时，福建团队在云端媒体库和核心机房均部署了Redis 4.0.14、MySQL 5.7、Mongo 3.6.12 等类型的数据库以及提供实时转码、直播录制、截图及人工智能（Artificial Intelligence，AI）审核的云直播服务。经估算，以上方案需要用到的公网带宽如表1 所示。考虑到冗余，团队决定采用上下行均为1 Gb·s-1的带宽方案。为了解决境外地区访问天翼云速度慢的问题，还提供了CDN 加速服务。

表1 上下行带宽估算表

1.3.2 云下资源

云下资源主要来自CDT 矩阵的信号分发。本届赛事的电视转播信号分为高清和4K 两大类。福建团队采用数字电路、裸光纤以及“5G 切片+数字电路”三种不同方式进行信号传输。陕西全省53 个场馆的公用信号、单边信号和风景摄像机信号实时回传到IBC 的TER 机房。TER 机房将这些信号分发给CDT 矩阵，CDT 矩阵再通过分控矩阵分发给HB。

1.3.3 应急方案

流分发汇聚服务和云切换服务都使用电信公司的云上资源。系统建设过程中已同步将这些服务部署到腾讯云平台。一旦电信云资源出现问题，可在短时间内将业务切换到腾讯云，保证流分发和云切换服务的正常进行。

1.3.4 平台展示

至此，整个云媒体内容生产服务平台已基本成型，但还需要一个展示和指挥调度的窗口。福建团队搭建了由16 块大屏组成的融媒体指挥调度中心展示屏，如图2 所示，将电视、手机、数字媒体等各种媒介的信息集中展示，展示内容包括信源监看（屏1 ～4）、全能机主副屏监看（屏5 ～6 和屏14 ～15）、指挥调度和通话定位（屏7 和屏10）、云切换平台（屏8）、赛时赛况系统（屏9）、竖屏客户端监看（屏11）、新闻线索捕捉（屏12）、云分发通道编排单（屏13）以及云分发流监控（屏16 ～18）。

图2 融媒体指挥中心大屏实景图

2 流汇聚分发平台

2.1 背景分析

流分发汇聚平台是为赛事公共信号提供云端流媒体信号接收、分发、协议转换、转码等功能的软件即服务（Software as a Service，SaaS）[3]平台。授权用户从赛程表生成的电子节目单（Electrical Program Guide，EPG）获取公共信号的分发地址并进行拉流，实现信号分发可管控。

2.2 方案设计

福建团队在天翼云部署多台流媒体服务器用于流分发。分控矩阵ROSS 输出的36 路高清信号经过6 台编码推流服务器推流到流汇聚分发平台进行分发，拉流笔记本通过实时消息传输协议（Real Time Messaging Protocol，RTMP）的方式拉取直播流到本地并投到大屏进行监看，新媒体用户访问EPG得到拉流地址并从天翼云拉取实时直播流。整体方案设计如图3 所示。

图3 高清流分发平台示意图

2.3 具体实现

福建团队通过调用ROSS 矩阵的画分功能将来自CDT 矩阵的高清和4K 源信号用九宫格的方式输出实现了投屏监看，并将源信号送给对应的编码推流服务器和收录服务器。编码推流服务器通过10 Gb·s-1专线将信号推流至流分发平台进行汇聚分发，收录服务器则将信号以文件形式存到固态硬盘（Solid State Disk，SSD）上。流汇聚分发的核心设备是最高支持144 路的ROSS 矩阵。该矩阵在流汇聚分发中起到以下两大作用。

作用一是充当画分，ROSS 矩阵的输入端口为所有高清信源，可以定义若干输出端口为多画面输出，从而达到一个输出口输出多画面的效果，最终福建团队使用4 个画分输出来实现监看36 路高清源信号的目的，如图2 所示的第1 ～4 屏。由于ROSS 矩阵和大屏相隔数十米，福建团队借助了串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）TO 高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）转换盒和HDMI 光纤收发器来实现视频信号从矩阵到大屏的远距离传输。

作用二是提供编码器的信号源。所有编码推流的高清和4K 服务器信号源也都来自ROSS 矩阵。这些推流服务器将赛事公共信号推流至天翼云，用户根据需要进行拉流监看。如图2 所示的第16 ～18 屏。

2.4 分发成果

整届全运会，高清信号共分发了612场、3 400 h，4K 信号共分发166 场、700 h。用于中央广播电视总台央视频、CCTV5、陕西起点等App 客户端的直播，满足了RHB 高可靠、强时效、跨地域、低成本的赛事转播需求。

3 云切换制作平台

3.1 平台概况

HB 首次向RHB 提供基于公有云的高灵活、轻量化的云切换制作服务。在5G 网络的加持下，RHB 通过云切换服务可快速、直接获取高清/4K 信号，并结合本地演播室信号进行节目的导切、包装及解说等制作。云切换系统如图4 所示。

图4 云切换系统示意图

3.2 方案设计

云切换制作平台方案采用国内知名厂商的云导播切换台作为核心设备。该切换台基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构，支持8 通道信源监看、导播切换、多通道调音、字幕、画中画、网络拉流、直播推流、通道录制及直播连线等功能，支持帧精度切换、延时、应急切播和安全可靠传输（Secure Reliable Transport，SRT）、RTMP[4]、实时通信（Real-Time Communication，RTC）等多种协议的信号接入，支持多种编码，如图2 所示屏8。

3.3 具体实现

赛场节目信号（Program，PGM）通过5G 背包、编码推流器、手机App 等推流设备将流信号推送到云端，授权用户只需要使用连接4G 网络的笔记本电脑登录云导播切换台，即可完成调音、包装、切换等工作，支持向观众展示除PGM 外的多拍摄视角。实现过程中也有诸多技术亮点，例如为了实现前后方Tally 联动处理，采用了基于网际互连协议（Internet Protocol，IP）流的手机专业生成内容（Professional Generated Content，PGC）Tally 联动显示系统，同时将手机App、小程序、连线盒子等终端接入通话房间，实现低延时的IP 通话。系统还支持对摄像、记者、灯光等人员进行分组，从而实现导播与各工种之间的沟通互不干扰。导播还可事先添加视频文件到云导播台实现一键切播，保证了播出安全。

4 移动云采编系统

4.1 系统简介

依托天翼云上的计算存储网络资源，福建团队定制了一款基于公网访问的全运会云采编App。该App 是建立在云端的制作、采访、编辑一体化的新媒体平台[5]。编辑可以随时随地通过装有该App 的移动设备访问云端资源库，获取实时的直播赛事流进行推流直播或在线编辑，实现多种终端跨区域的协同制作。

4.2 方案设计

本方案为采编用户提供云资源库、PGC 推流、直播随编和在线编辑这四大功能模块，根据用户的角色授予相应的权限。其中，云资源库主要提供公共素材库的共享服务，云服务平台上收录的素材会自动同步到公共素材库，用户可以管理公共素材库和台属素材库的内容；用户可以用自有移动设备进行PGC 推流直播，支持自定义推流地址和推流参数；用户可以使用直播随编功能将公共素材库的素材拆条、暂存、合成到资源库中供调用；用户还可以通过在线编辑模块，对台属库中素材进行剪切、多视频顺序调换以及合成等操作。

5 异构收录系统

5.1 诞生背景

收录系统在本地和云上已经各搭建了一套，因此本平台的异构收录系统作为第三备使用。基于异构的原则，数据存放介质为SSD 固态硬盘而非分布式存储节点。根据业务特点，收录系统只循环收录近72 h 素材，提供并发36 路高清信号和10 路4K 信号的收录能力。录制下来为每10 min一段（实现帧精度对齐）、视音频一体的素材，均为Op-1a 编码、MXF 格式封装。

5.2 具体方案

4K 信号方面，福建团队使用3 台4 通道的4K 收录服务器，最多支持12 通道同时收录，收录格式为XAVC 50p 500 Mb·s-1的码率。机身满插4 张SSD，通道A、B 绑定SSD1 和SSD2，通道C、D 绑定SSD3和SSD4。SSD1 写满后自动写入SSD2，以此类推。

高清信号方面，福建团队使用6 台6 通道的高清收录服务器，最多支持36 通道同时收录，收录格式为DNxHD 50i 120 Mb·s-1的码率。机身满插2 张SSD，所有录制任务都会优先写入SSD1，待SSD1 写满后自动切换至SSD2。待2 张盘全部写满，手动更换新盘。

5.3 应急场景

当两份主收录均出现异常，无法对外提供收录素材时，用户可以手动将本系统收录的素材引入到主收录资源库中。4K 和高清的引入效率分别为4 倍速和22 倍速，确保收录素材的绝对安全。

6 结语

第十四届全运会已经圆满落下帷幕。云媒体内容生产服务平台创新性地将各项广电前沿技术融合应用到赛事内容制作的方方面面。云分发、云制作、云采编这些云计算时代的产物必将越来越广泛地使用，从而提高内容制作和分发的质量、效率，为大型赛事内容生产服务平台的搭建提供参考。