基于NDI架构的流媒体演播室制播平台设计与实现

张文彬

（贵州广播电视台，贵州 贵阳 550002）

0 引 言

在互联网技术与媒体融合高速发展的今天，单一流程、单一出口的节目生产系统，在互联网思维的贯彻、与新兴媒体在内容、渠道、平台、经营、管理等方面的融合等诸多领域存在着严重不足，已远远不能满足当下的节目制作需求，落后于时代的发展。贵州广播电视台根据媒体品牌战略目标和融合制播需求，拟在充分利用现有设备的基础上，新建一个在全国具有较高竞争力和影响力的民生新闻类现象级流媒体制播平台，实现集网际协议（Internet Protocol，IP）化多屏联动、横竖屏同播、远程制作、云连线为一体的流媒体演播室，以适应新媒体技术创新应用和节目内容生产，全力推动广电媒体供给侧的改革。

1 系统概述

随着贵州广播电视台新媒体直播节目形式的多样化，传统演播室制作系统已不能满足多节目形态需求和制作要求。因此，为满足新闻新媒体业务需求，需进行新媒体直播演播室技术系统的创新及改进。结合贵州广播电视台现有演播室实际情况，A606演播室是一个完善的传统基带高清新闻直播演播室，具备主备双链路制作技术系统，以视频高清矩阵作为基带信号汇聚调度中心，只能满足传统媒体节目制作方式。通过全面的技术考察和详细的方案论证发现，网络设备接口（Network Device Interface，NDI）协议网络化满足新媒体制作IP流信号的转换、调度分发、监看管理等技术要求。因此，贵州广播电视台决定将A606传统新闻演播室改造成IP化流媒体演播室。

根据新媒体制作NDI协议网络化技术特性需求，贵州广播电视台采购了支持NDI协议的广播级流媒体现场制作设备、流媒体/基带信号互转设备、流信号汇聚输入/输出（Input/Output，I/O）网关设备、手机远程连线设备以及远程制作设备等，搭建基于NDI协议网络化的多信号源汇聚与分发、多格式信号转换、多功能制作方式等适应于媒体融合生产的流媒体演播室制播系统。整个系统设计采用NDI+基带双链路模式，以IP化浅压缩形式进行新媒体节目制作，实现流媒体系统与传统基带设备充分融合。

2 技术系统总体架构

与IP化制作相比，传统媒体演播室以串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）基带视频为基础的节目制作，面临着多信源采集、远程互动制作、流信号共享及多平台分发等方面的挑战，难以满足当前新媒体视频制作的需要。因此，本文所述的流媒体演播室制播平台技术系统总体架构采用NDI+基带模式设计，搭建互为主备或独立制作横竖屏双链路的流媒体演播室制播系统，主要由视频技术系统、音频技术系统、Tally系统、同步系统、监看系统及网络系统等几个部分组成。

2.1 视频技术系统

整个视频技术系统设计采用基于NDI+基带双链路视频技术系统的节目制作方式，主要包含前端信号采集、NDI现场制作、末端发布以及后期制作，如图1所示。

2.1.1 信号采集和发布

整个系统基带链路主要用于前端信号源采集、信号调用指派、信号录制发布以及画面监看等，主要设备包括高清摄像机（包含相机）、高清蓝光机、在线服务器、32×34高清视频矩阵、固态高清延时器、帧同步机以及其他周边设备如机箱板卡等。系统设计了5讯道横屏摄像机+3讯道竖屏相机+2路本地蓝光放机+2路外来基带信号，利用传统高清矩阵作为系统基带信号汇聚调度中心。基带矩阵输入为各类SDI信号源以及流媒体切换台输出的基带M/E/PGM/PVW，基带矩阵输出信号至NDI I/O网关和各基带终端设备，如蓝光录机、艾迪普包装机、监看屏、景观屏（不包括电视墙）以及送播控光机等。最终，通过现场制作后，把主备基带信号通过视频2×1开关和高清延时器后送播、录制、监看。

2.1.2 NDI现场制作

NDI是NewTek公司提出的网络设备接口协议标准，具有超低延时、帧精度处理、多格式自适应、支持设备及数据流在局域网内相互自适应识别等优点。在传输视频数据流以外，NDI协议还可同时携带多通道浅压缩视音频数据流及元数据信息，其流数据支持双向收发，发送者和接收者均可通过局域网建立数据流信息共享[1]。

NDI现场制作是整个系统网络化调度分发的技术核心，包括IP流信号的NDI转换、NDI调度分发、NDI监看管理以及NDI互联互通等技术环节[2]，采用两台万兆以太网交换机、两台流媒体现场制作系统NewTek TC1切换台、两套流媒体/基带信号互转和信号汇聚I/O网关、两套手机移动端远程连线系统、NDI转换盒若干以及NDI在线包装机两台（可作为制作机、播出机、横屏包装机、竖屏包装机）等。万兆以太网交换机堆叠，作为NDI流信号汇聚中心，将所有基带转换后的NDI信号和流媒体设备NDI信号进行数据流汇聚，最终在NDI流媒体设备之间互相自适应识别数据流，进行NDI信号调用。流媒体现场制作系统切换台是整个技术系统的核心设备，通过NDI I/O网关和NDI转换盒实现基带信号与NDI流信号的双向转换，在局域网内，能根据使用需求灵活调度、使用各类不同格式、不同制式、不同路由的NDI信号参与节目制作。手机连线系统通过手机端小程序将手机视音频信号接入系统，实时输出NDI流信号供流媒体制作系统切换台调用，并返送一路演播室信号到手机端监看进行实时互动。最终完成节目制作后，直接通过流媒体现场制作系统切换台进行网络推流直播。

2.2 音频技术系统

音频技术系统采用了主备数字调音台+流媒体制作系统内置调音台架构进行设计，互相进行音频信号输送，同时满足基带双链路加嵌送播和流媒体制作系统直接网络推流直播。音频技术系统架构如图2所示。

图2 音频技术系统架构图

2.2.1 数字音频系统

数字音频系统由数字主备调音台组成。主调音台为YAMAHA DM1000数字调音台，可输入28路音频信号，其中20路为模拟音频，8路为数字音频。备调音台为YAMAHA 01V96模拟调音台，可输入24音频信号，其中16路为模拟信号，8路为数字信号。主备数字调音台主要是作为音频信号源采集、控制、输出单元和监测单元，整个音频系统设计4路有线话筒和4路无线话筒，两路流媒体音频信号，3路高清蓝光放像机信号，3路艾迪普在线包装信号，两路外来帧同步信号，两台双通道电话耦合器。主备调音台输出数字音频信号经过数字音频2×1开关后，双路送至音频板卡与视频信号加嵌送播，输出模拟音频信号供录制设备、流媒体设备及扩声设备使用。

2.2.2 流媒体制作系统内置调音台

流媒体制作系统内置调音台有16路信号源音频通道可独立控制，线路音频输入4路，线路音频输出2路，可进行输入输出音频路由自定义和视音频跟随设置。系统接收来自主备数字调音台指派的线路音频信号，经过内置调音台控制、路由分离设置、加嵌后进行网络推流直播，并输出外来IP流音频信号到主备数字调音台参与节目制作。

2.3 监看系统

整个监看系统设计包括导播间电视墙、竖屏制作区监看、演播厅返看以及景观墙显示。电视墙监看信号分为两组，Kaleido画面分割器输出3路监看信号，其中1路画分作为SONY视频矩阵基带信号调用画分显示，另外两路分别是节目视频信号（Program，PGM）和预览画面（Preview，PVW）信号画分显示。作为流媒体核心设备的NDI切换台、NDI I/O、远程连线设备都具有独立的操作界面显示，既是技术操作界面，也是应急切换界面，通过高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）画分矩阵调用到电视墙上进行监看。

导播间内设置竖屏节目制作区域。竖屏制作区设置3块显示屏。其中，1块纵置，显示流媒体制作系统竖屏PGM信号监看；另外两块横置，分别显示流媒体制作系统自带的竖屏画分输出显示，其中1块是操作界面，可直接使用鼠标键盘进行操作，另外一块只是竖屏画分监看。

2.4 Tally系统

传统Tally技术系统是直接通过传统切换台触发通用输出（General Purpose Output，GPO）信号进行Tally显示，流媒体现场制作系统不能直接触发GPO信号，无法直接显示Tally状态，需在制作系统设备上安装TritallyPro软件，将Tally控制信号转换为GPO信号触发摄像机Tally显示。纵置相机竖屏Tally信号显示是通过NDI转换盒接入核心交换机，Tally信号通过NDI数据流控制信号网络传输至NDI转换盒上进行Tally显示。

2.5 同步系统

整个系统使用两台TG700同步信号发生器，通过ECO800同步倒换再进入同步分配板块，对所有接同步信号设备同步锁相，其余同步信号分别接入不同的接口板，供未来增加设备使用。

2.6 网络环境

整个系统建立在台业务网络架构下，并对系统使用的网络环境进行稳定性、安全性和可靠性等全方位的测试，预留相应网络扩容空间，可根据节目需求不断扩充网络系统规模。系统内设计两台交换机进行堆叠处理，组建双链路NDI流数据局域网。两台核心交换机分别接入一路来自不同链路的台专线业务网，确保网络入口冗余备份，将演播室内各新媒体网络主备系统单独分开接到不同核心交换机上，确保网络环境安全备份。各业务模块都是基于局域网实现NDI数据流调度和互联互通，同时提供新媒体网络、推流直播网络安全保障。

3 系统技术亮点

整个系统设计实现了包括横竖屏制作、手机远程连线互动、NDI网络化互联互通、NDI信号的协议转换等在内的多种直播技术应用，具备新媒体横竖屏制作分发能力、低延时远程互动制作能力、NDI网络化调度管理能力以及新媒体融合制作能力。

3.1 横竖屏制作

在新媒体技术日益成熟的时代，以垂直视角让人们关注真正重要的信息，强调信息的轻量化输出，使用户获取信息更快速、直观，成为网络直播的一种趋势。从传统“横屏”到“竖屏”，不仅仅是内容比例从16∶9变到9∶16，视听语言、叙事思维、内容创造思维也发生了变化。竖屏视频的垂直框架叙事要求视频创作者打破根深蒂固的叙事思维，重新构建全新的竖屏构图及叙事理论体系[2]。因此，系统设计横竖屏同步制作时，保留原有基带设备和横屏机位用于横屏节目制作。通过安装L型快装板，将相机架成竖屏拍摄的方式；新增NDI协议转换盒，将竖屏信号转换成NDI流信号供竖屏制作系统调度使用。流媒体制作系统同时建立非标准视频宽高比（如9∶16竖屏和方形视频）以及普通横屏视频宽高比（16∶9）制作工程进行横竖屏高质量节目制作，并配备独立横竖屏轻量化字幕包装设备，实现移动端横屏和竖屏同步在不同新媒体平台的直播呈现[3]。

3.2 手机实时连线互动

实时互动性是新媒体区别于传统媒体的最明显特征。新媒体的诞生为受众与传播者之间、受众与受众之间搭建起即时交互的平台，从中衍生出丰富多样的互动方式。互动已经成为新媒体直播过程中增加观众黏性、提高留存率的重要手段。互动性如何实现，一直是困扰传统电视人的难题。结合A606流媒体演播室技术系统设计的全NDI化和易拓展特性，贵州广播电视台搭建了两套专业多通道远程手机实时视频连线互动系统，支持同时接入4～16路手机信号或者计算机端音视频信号及1路本地主持人返送信号。并且，每路远程信号都以NDI流信号方式独立输出，可以提供无距离限制、无干扰和高清视频质量的网络互动场景，应用于海内外记者连线、突发事件报道、视频电话会议以及远程教育培训等场景。通过微信小程序快速接入，以NDI数据流的方式接入A606流媒体制作系统，实现低延迟、高效率的实时互动[4]。

3.3 NDI协议转换和互联互通

流媒体制作系统是基于台业务网独立制作局域网进行搭建。系统采用NDI协议网络化架构设计，在制作局域网络内可进行NDI流信号自适应识别，支持NDI流媒体设备之间、演播室之间的数据流传输调用。对于传统演播室，可以利用NDI协议转换设备将传统演播室信号打通，将各种基带信号转换为NDI网络信号，实现NDI网络内所有NDI设备信号资源的实时共享和互联互通，极大地提高了新媒体直播的信号调度分发、轻量化包装及媒体播放等工作环节的制作效率。

3.4 安全性、稳定性和易扩展性

整个流媒体制作技术系统设计为NDI+基带双链路架构，所有设备均采用主备冗余安全备份，无论是作为基带核心的视频矩阵出现故障，还是作为NDI流媒体制作核心的设备出现故障，每个节点和链路都有互为主备的信号来源，都能保证演播室具备应急运转的能力。供配电安全方面，传统基带设备和万兆核心交换机皆为双冗余电源，单电源主备流媒体设备则采用分别接入不同不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）的方式规避电路故障风险。

在扩展应用方面，系统基于NDI协议网络化架构设计，在局域网内，只需支持NDI协议，硬件设备都可以实时获取和识别所有NDI数据流信号。对于传统基带设备，只需要增加一个简单的NDI转换盒，就可以实现信号NDI网络化，也可以借助NewTek官方开放的NDI工具进行NDI信号的调度和集中管理，满足日常节目制作中对外快速扩展需求。

4 新媒体节目制作模式

流媒体演播室直播平台建成后，投入到多样化民生新闻类现象级新媒体节目制作中，为贵州广播电视台新媒体节目制作提供有力的技术支撑和服务保障，在新技术创新性和实用性上得到有效实践，主要有横屏和横竖屏节目制作模式等。

4.1 横屏节目制作

横屏节目制作，备流媒体制作系统通过NDI流信号调用主流媒体制作系统主PGM进行联动，主备制作系统PGM信号经过2×1开关分别送主备信号到总控，最终由总控推流主备信号到播出端进行网络直播。另外，主备制作系统也可单独分别网络推流到播出端进行网络直播。制作重要节目时，系统内所有设备则是双机互为备份的工作状态，流媒体制作系统可以通过切换面板进行双机同步切换。主备制作系统参与节目的所有信号和场景必须保持一致，最终同样通过送总控推流到播出端进行网络直播，也可单独分别推流到播出端进行网络直播。

4.2 横竖屏节目制作

横竖屏制作时，技术系统采用一套流媒体制作系统建立为横屏模式、另一套建立为竖屏模式，横屏制作系统直接输出PGM基带信号通过视频2×1开关和高清延时器后送播，或者通过横屏制作系统直接进行网络推流直播。而竖屏制作系统通过竖屏制作系统直接进行网络推流直播到抖音、快手、视频号等播出端进行竖屏网络直播[5]。字幕包装系统则由两台NDI通用软件包装机分别提供横竖屏个性化包装信号。整个演播室部署主备核心交换机和子母无线路由器，供所有演播区域内无线投屏使用，并通过NDI I/O网关与高清视频矩阵实现投屏信号所有设备均能调用，满足横竖屏同步制作需求。

5 结 语

流媒体演播室制播平台主要应用于贵州广播电视台现象级民生新闻节目网络制播，有效地满足现象级民生新闻多种信号汇聚、多屏联动制播生产、多网络信号源调用、多信号格式转换等全媒体节目制作业务需求，实现横竖屏、大小屏同步制播和分发，实现低延时、高质量、声画同步等双向远程直播连线互动，实现NDI流信号的协议转换、调度管理及分发等。系统具备远程节目制作能力，满足多场景、多景别快速呈现，具备轻量化NDI字幕包装、NDI数据流共享、NDI实时监看录制等功能。随着新媒体技术的不断创新和发展，5G、4K、虚拟制作、人工智能、AIGC等技术手段正在推动着媒体改革和创新，这也是贵州广播电视台在媒体融合改革和技术创新应用上的一大举措，为贵州广播电视台在今后新技术探索和应用上建立新媒体环境下的实战演练基地。