融媒体制作系统在重大体育赛事中的应用

陈 剑

（福建省广播影视集团，福建 福州 350001）

0 引言

第31 届世界大学生夏季运动会（以下简称大运会）对开闭幕式及18 个竞赛项目共29 个场馆的公用信号采用“全4K”制作。国际广播中心（International Broadcast Centre，IBC）位于东安书院，为各持权转播商（Rights Holding Broadcaster，RHB）提供线上线下广播电视服务。主转播机构采用中央广播电视总台（以下简称总台）技术局“云、边、端”的技术架构，搭建出一套具备混合多级云架构、后台服务虚拟化、云网一体化的融媒体制作系统。云侧依托公有云资源建立起轻量化、移动化的主播机构云媒体服务平台，为全球持权媒体提供更加便捷高效的云上媒体分发服务。边侧利用微服务容器化部署方式，为主转播机构（以下简称IBC）侧就近提供灵活、可弹性扩展、高可用的虚拟化后台服务。端侧提供多种融合编辑制作工具，满足超高清、新媒体生产需求。融媒体制播系统主体分为两部分，一部分为IBC 本地服务，一部分为云媒体服务平台。本文重点论述融媒体制作系统本地服务。

1 融媒体超高清制播系统（本地服务）

本次成都大运会融媒体制播系统（本地服务端）主要由收录系统、场记系统、超高清节目编辑制作系统、融媒体制作系统后台服务器和存储系统组成，服务主要涵盖信号收录服务、场记服务、超高清融合媒体编辑制作服务、赛事集锦传送服务、超高清融合媒体一体化后台服务、归档服务、核心存储服务等多个核心业务模块[1]。融媒体超高清制作网拓扑如图1 所示。

图1 融媒体超高清制作网拓扑图

1.1 信号收录系统

作为国内首次全程采用4K 超高清信号转播的大型体育赛事，成都大运会融媒体制作系统对全部公共信号进行4K 超高清信源收录及高清收录，最大并发24 路。4K 主收录采用全新的ST 2110 标准网际互连协议（Internet Protocol，IP）化交接方式，备收录采用传统串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）交接方式，高清主备收录延续传统SDI交接方式。本次成都大运会采用主备异构收录系统，主收录共配置12 台4K 收录服务器（2 通道）、7 台高清收录服务器（4 通道）、2 台8K 收录服务器（1 通道）以及2 台编单工作站。收录系统具有以下特点。

（1）收录服务对多种信号源实时收录，实现8K、4K 及高清信号的采集、存储。高清收录采用高、中、低三编码进行收录，4K 收录采用高、低两码率进行收录，低码为H.264 MP4 4 Mb·s-1，用于同步到云平台，提供云上检索和移动化剪辑使用[2]。详细编码格式如表1 所示。

表1 文件编码对应表

（2）收录系统支持收录信号边采集、边迁移、边编辑。收录系统每10 min 封装一次收录信号。编辑可在非编软件中实时对收录中的任务进行编辑和优化生成，无须等待文件收录完毕或者整个文件封口后再进行编辑工作。

（3）4K 收录可支持色彩空间和伽马参数设置，支持高动态范围（High Dynamic Range，HDR）信号收录，为制作提供色彩元数据，解决了超高清制作流程中的色彩问题[3]，为世界各地的观众献上顶尖的视觉体验。

（4）收录系统支持对运行的主备收录核心服务及进程进行监控、预警并主动向上级管理平台以明文方式上报。当收录信源出现中断、无声、静帧情况，收录系统主动向“系统监控服务软件”报警。

1.2 场记系统

场记系统实现了公共信号场记信息的实时录入[3]。主播机构提供20 台场记工作站（含20 套信号监看设备），满足赛事高清（High Definition，HD）素材的场记录入需求。场记点与画面帧精度对齐制作系统可准实时检索场记信息。对于录像机收录，提供基于素材的离线场记录入功能。离线场记支持同步至云媒体服务平台。场记系统具有以下特点。

（1）支持通过场记内容检索对应媒体素材片段，支持内容库中的预览界面通过场记点定位直接定位至媒体素材画面。

（2）支持在超高清非线性剪辑软件中查看场记点，拖拽场记点对应素材片段上线，并支持对上线的片段首尾拖拽。

（3）支持场记点同步至云媒体服务平台，与收录系统中低码率耦合，作为云端检索关键词进行检索。

1.3 超高清融媒体编辑制作系统（前端客户端）

融媒体编辑制作是整个融媒体中心的主要业务。为满足公共信号精彩集锦制作、播出以及持权转播商的节目制作下载需求，本系统在现场提供多种编辑制作终端供用户选择使用。具体终端类型如下。

1.3.1 超高清编辑制作服务终端

现场共计20 台4K/HD 全兼容非线性编辑制作终端和16 台虚拟化4K/HD 全兼容非线性编辑制作终端，主要用于节目编辑制作使用。这些终端支持多层、多格式、高低码率视音频素材的实时混编和多层特技实时处理，与收录服务紧耦合，支持“边采集、边迁移、边编辑”，有效提升节目制作效率[4]。

1.3.2 上下载服务终端

上下载服务终端用于对蓝光、P2、移动硬盘等介质中的素材进行挑选、编辑、上载，将大量素材挑选和单轨编辑类的简单工作放置在前端完成，达到节省存储资源和提高生产效率的目的；同时提供介质下载服务，可实现导出功能，将制作成品文件合成下载并直接移动至存储介质。

1.3.3 远程素材挑选终端

远程素材挑选终端主要用于持权转播商在IBC挑选下载素材。挑选终端中部署超高清非线性编辑工具，用户可通过远程素材挑选终端挑选素材下载至挑选终端的本地存储空间，通过安全隔离设备拷贝下载素材至移动存储介质。远程素材挑选终端也可作为云媒体平台的挑选下载站点，满足用户随时随地进行素材挑选及多位编辑人员同时挑选的应用场景。

1.3.4 文件化播出服务终端

文件化播出服务终端主要用于公共信号精彩集锦的信号播送，采用赛事节目管理系统进行视频制作和串联单编辑。主播机构集锦制作团队使用编辑制作服务终端推送成品节目至播出服务终端播出，播出服务终端采用主备联动方式播出，并支持在播出服务终端侧对待播节目再次进行播出顺序调整。

1.4 融媒体一体化后台

后台服务一直是系统的核心，是系统的大脑。本次后台服务器部署采取基于容器化的方案来实现，即物理服务器+虚拟软件+容器平台。融媒体一体化后台服务采用微服务的分层体系，由基础资源层、平台服务层及业务应用层共同构成。系统服务平台的软件结构以后台服务为支撑，通过多种底层引擎的支持，为上层应用提供多种业务应用模块。通过建设基础资源池，实现了对虚拟机、主机集群、存储、网络等资源及上层应用服务进行统一的部署、分配、调度、监控及管理，并具备便捷的扩展能力。通过建设公共服务平台层满足业务支撑服务体系，为各工具集提供开展各项业务的支撑服务。通过建设业务应用层满足业务应用需求。采用微服务架构，具有以下优点：

（1）每个服务可以进行任意扩展，部署更为灵活，能够有效提升资源利用率；

（2）可以针对每个服务进行单独修改，满足用户需求，使业务创新更便捷；

（3）可靠性和容错性更高，不会因为某一个服务的故障导致系统瘫痪，服务与服务之间不会互相影响；

（4）系统不会被限制在某个技术栈上，每个微服务模块可以根据特性选择最适合的技术栈；

（5）微服务架构可进行持续性部署。

融媒体制作网系统软件服务如图2 所示。

图2 融媒体超高清制作网软件服务示意图

本次大运会融媒体制作技术系统中，后台服务采用全云原生框架，以平台服务+工具的思路构建业务系统。后台系统服务高度解耦，基础技术架构具有良好的弹性和容错性[4]。

本系统中，核心服务没有单一的调度指挥和数据库中心，每一个节点都是平等的（即每个节点都可以通过竞选成为vip 节点，负责请求调度），同时提供计算资源和存储资源，所有节点都可以自动去寻找接收任务。传统的负载均衡架构中，如果某一节点（如转发服务器）出现故障，会导致整个系统瘫痪无法使用。而在本系统中，单一节点出现故障后，当前节点中正在执行的任务会超时处理，随即可重做再分配给其他节点。故障节点则自动从负载均衡转发列表移出，避免单一调度中心失效导致的核心服务停止，保证整个集群高可用。为了保证主转播机构融媒体制作系统的整体安全，边缘节点部署整套主转播机构系统边缘节点双活后台服务，主转播机构本地主服务数据1 ∶1 写入双活系统。当主转播机构的本地系统出现整体故障，收录、场记、编辑站点可直接接入边缘节点后台服务，继续开展相关业务。

1.5 核心存储

成都大运会信号为超高清制作，超高清文件具有单体文件容量大、碎片文件数量多、并发吞吐量高、高带宽持续读写时间长等特点。本次赛事使用分布式存储系统，配套相应的存储服务，保障赛事期间收录素材的在线存储量和读写带宽。系统的带宽估算如表2 所示。网络带宽的极限峰值可能达到7 460 Mb·s-1，根据冗余思维策略，预估带宽在10 Gb·s-1。

表2 带宽估算表

分布式存储具有以下优点。

（1）支持媒体文件偏移读写方式，即获取文件信息后，通过对视音频的理解按偏移位置进行文件读取，解决视音频合一素材的按需高效访问，实现媒体文件的快速SEEK 操作。

（2）支持“超高清融合媒体编辑制作服务”中各类型编辑终端接入，提供并发读写I/O 和媒体文件偏移读写支持；支持超高清融合媒体一体化后台服务、“归档服务”中后台转码、管理和归档终端接入，提供可靠的并发读写I/O。

（3）IBC 融媒体制作系统设备支持通过通用网络文件系统协议（Common Internet File System，CIFS）、Samba、文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）等协议访问核心存储服务，实现对8K/4K/HD节目素材文件的高速读写操作和8K/4K/HD 媒体内容的高性能存储。

（4）提供对存储系统各个参数的实时监测，支持以Web 或其他图形化方式进行远程管理。管理界面内可查看各个存储池的信息，包括冗余策略、所属硬盘池、数据健康度和状态等，支持对硬盘容量、硬盘负载、内存占用、中央处理器（Central Processing Unit，CPU）占用的监控。

数据的安全性一直是重中之重，本次转播采用14节点分布式存储方案，采用原始数据（Original Data Count，ODC）+冗余数据（Redundant Data Count，RDC）模式保证数据安全。本系统纠删码设置为4（原始数据分块个数）+2（冗余数据分块），即素材文件将被分为4 份数据文件和2 份校验文件存储[5]。单节点允许2 块硬盘同时发生故障、1 座节点离线，不丢数据。在硬盘出现故障时，将根据校验文件进行数据计算和修复，速度为每小时2 TB。数据修复完成时，插入备件硬盘即可。

2 云媒体服务平台

本次转播IBC 借力天翼云网技术，部署了主要面对新媒体用户的应用服务，支持移动化的节目制作、合成、传输，用于持权转播商和电子新闻采集（Electronic News Gathering，ENG）制作团队上载拍摄素材并进行ENG 赛事内容制作，融媒体制作系统内收录素材通过10 Gb·s-1传输专线自动同步代理码率文件至云媒体平台内容库；同时，与之对应的媒体元数据、场记内容、智能分析标志等信息一并同步至云媒体平台，支持在公有云媒体服务平台上对收录素材进行浏览、检索、智能检索；提供云端打点挑选、下载素材功能。

云媒体平台具备轻量化编辑工具，可针对平台内容库素材进行云端剪辑和合成等操作，合成文件可用于新媒体视频稿件分享。剪辑工具支持横竖屏编辑。剪辑完成后，可合成至云媒体服务平台内容库，并支持下载至个人本地设备，满足用户不同场景下需求。

主播机构在边缘节点侧部署4 节点虚拟化编辑站点，基于硬件虚拟化技术和远程投射技术，充分利用边缘节点资源弹性能力，以工具集方式集中部署，实现远程超高清制作能力。IBC 融媒体制作系统和边缘节点侧通过运营商专线互联，非线性编辑工具可直接访问融媒体制作系统内素材。用户侧可通过有线网络远程访问系统，并通过轻量化终端接入、使用边缘节点侧超高清非线性编辑工具对节目进行制作。系统支持4K/HD 节目混合编辑并将编辑成果直接合成下载至终端本地，支持第二屏远程高码率监看，实现编辑工具的轻量化和移动化。同时，在边缘节点资源池部署核心后台服务，与IBC形成异地双活后台节点，当IBC 后台核心制作服务出现重大事故，可切换到边缘云的后台服务，保证直播系统正常运行，不影响节目制作，做到异地灾备。边缘云结构如图3 所示。

图3 边缘云结构图

3 结语

随着互联网新兴媒体的崛起，电视体育报道迈向了多渠道、多平台的融媒体时代。如何让技术更好地服务于融媒体报道，是电视技术人应该深入思考的问题。融媒体超高清制作系统的建设不应该只局限于如何提高质量图像，保证节目稳定性，应该更多地切合实际需求，进行技术创新，在保证公共信号稳定性的同时，多点开花，满足新媒体的需求，为融媒体的宣传提供有力的保障。