ATV客户端云直播系统的设计与应用

摘要：随着媒体融合技术的飞速发展，智能手机用户需求的日益增进，直播已成为各类移动客户端或新媒体平台的重要传播、运营方式。本研究通过分析客户端直播场景的内容生产、推流传输、用户体系、展现形式、互动分享、数据统计、并发处理及安全措施等方面的需求实际，提出并构建了安徽卫视ATV客户端的云直播系统。该系统采用云计算技术和高可用的直播服务集群，实现了快生产、高并发、低延迟的直播体验。

关键词：直播系统；推流；RTMP；HLS；云编辑；回看

中图分类号：TP37；TN948.11 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）22-0120-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

近年来，移动互联网络日新月异，智能手机终端成为最广泛、最及时的传播媒介，集聚了大量移动用户。当前，新媒体直播业态在远程教育、电商带货、企业推广、娱乐游戏、社交媒体等领域蓬勃发展，传统媒体在手机客户端上建设直播业务，既是落实媒体融合移动优先策略，主力军挺进主战场，争夺用户建成新型主流媒体的重要任务，也是发挥内容生产优势，转变经营模式推广创收的重要途径。通过分析直播场景需求、关键技术、业务流程、画面展现及数据应用等方面，构建了安徽卫视ATV客户端云直播系统。

1 需求分析

1.1 场景需求

提出直播业务的各种场景需求是云直播系统功能开发和架构部署的先决基础。ATV客户端在建设初期通过分析自身的内容资源、业务形态、运营设想及保障能力等，提出了电视广播节目频道直播、新闻会议直播、活动现场直播、融媒工作室主播直播、UGC（User Generated Content，用户生成内容）认证达人主播直播、体育赛事直播、慢直播、云连线直播、图文直播、付费定制直播等场景及其属性关键词，见图1。

1.2 功能需求

ATV客户端在直播场景需求的基础上，深化、梳理各个场景的业务逻辑和功能组织[1]，整合各场景业务的共性与差异，概括出了直播业务需要的功能：

直播播放：可通过客户端播放器展现（横屏、竖屏）各类不同清晰度的直播内容，包括视频、音频和图文等。

转码推拉流：支持多格式、多码率视频转码，封装成RTMP（Real-Time Messaging Protocol） 、HLS（HTTP Live Streaming） 、FLV（Flash Video） 等直播流。

推流工具：手机端独立App，支持主播及达人使用手机发起直播，并有美颜滤镜等特效。

直播间管理：可对直播间进行创建、编辑、下线、删除、付费、定时等配置，可以设置直播间权限和规则。

云导播连线：可对多路直播流进行云端预监、切换，加包装特效，合并推流。

互动管理：可配置多种互动形态，包括评论、点赞，主播红包，虚拟礼物等。

广告管理：直播间发布垫片、贴片广告素材和链接，并支持触发跳转第三方App。

电商货品管理：对接第三方电商系统，支持货品上架展示、购买和跳转三方平台。

用户体系管理：能够调用客户端用户体系，与用户积分、财富资金体系对接。

内容安全管理：能够对用户头像、评论及视频等进行内容敏感过滤，CDN （Content Delivery Network，内容分发网络）支持防盗链。

视频拆条管理：能够对直播视频流跟进拆条，生成精彩片段。

视频回看管理：直播结束即时生成视频回看文件，并支持长期存储和回放点播。

直播监看管理：系统内直播视频的服务端监看，状态告警提示。

数据统计管理：统计在线观看人数、观看时长、地域分布、分享转发等直播数据。

1.3 性能需求

可靠性、稳定性：保持连续稳定、流畅、高可用的直播视频流服务，包括必要的主备链路、云主机、负载均衡等。

高画质、低延迟：支持高清以上码率的视频传输，并在传输和连线过程中采用RTMP等协议保持较低延迟。

并发性、扩展性：支持大规模用户同时在线观看，能够根据观众数量弹性伸缩，动态调整资源，应对高流量和高并发需求。

安全性、防盗播：应确保发布内容、互动内容的鉴别和安全过滤，采取防盗链措施，防止非法访问、盗取直播流。

兼容性、易操作：支持Android、IOS、鸿蒙等操作系统，能兼容不同品牌、型号手机；前后台交互界面良好，方便快速上手操作。

2 直播关键技术

2.1 流媒体传输协议

流媒体传输协议在直播业务中占据着核心地位，它负责将压缩视频流实时封装，并高效地传输至直播平台服务端与用户端。其中，RTMP、HLS和RTSP等是业界广泛采用的流媒体协议标准，它们各自具备独特的优势，为直播业务蓬勃发展提供技术支撑[2]。

RTMP协议：

RTMP协议作为一款主流的开放视频推流协议，旨在优化播放器与服务器间多媒体数据传输效率和稳定性，有效解决多路复用和分包难题。当基于TCP/IP传输层的连接建立后，RTMP协议通过独特的“握手”机制，确保客户端与服务端之间安全、可靠地建立起RTMP Connection链接，默认工作在1935端口。

RTMP协议显著特点：实时性好，延迟低，通常仅为2至5秒；流式传输，无须在客户端缓存；支持视频流自由拖动和灵活点播回放；协议简单，主流 CDN厂商都支持；使用Flash播放器；基于TCP传输，在弱网环境下丢包率较高。

HLS协议：

HLS协议是基于HTTP的流媒体传输协议，把编码好的整条流切割成可以通过HTTP下载的ts视频片段小文件，并生成一个配套的.m3u8纯文本列表索引文件，提供给客户端，客户端顺序不停地拉取这些片段文件重新组装播放，看起来是在播放连续流。

HLS协议显著特点：HLS可方便透过防火墙或者代理服务器；视频片段文件方便客户端快速选择和切换码率；可方便应用CDN分发加速；主要应用在iOS系统；延迟较高，通常在10～30秒。

表1 常用流媒体传输协议对比

[协议 传输机制 原理 时延 优势 主要场景 RTMP TCP 数据接收后立即发送 2～5秒 实时性好、延时低 PC端、移动端互动直播 HLS HTTP 集合一段时间数据生成TS文件切片及M3U8索引文件 10～30秒 跨平台、码率自适应 移动端直播点播 ]

2.2 CDN加速技术

CDN内容分发网络是直播平台提升用户观看体验的关键技术。CDN构建了一套由分布在不同地理位置的多台服务器节点组成的复杂网络[6]，这些节点能将直播内容即时推送到距离用户最近的边缘节点服务器，确保用户能够就近迅速、直接获取所需内容，无须频繁地向源站发起请求，这种机制避免了频繁回源请求站造成的延迟，缓解了源站压力，还显著降低网络拥塞的风险，带来了更加流畅、无延迟的观看体验。

CDN的分布式架构赋予了强大的容错能力，即使某个分发节点发生故障，其他节点也能迅速接管，确保服务连续性。CDN还具备智能的负载均衡机制，能够自动将用户请求分配到负载较轻的节点，从而保持整个系统的稳定、可靠运行。

在安全方面，通过设置Referer防盗链、URL鉴权、远程鉴权、IP黑白名单及User-Agent黑白名单等多种安全措施，CDN能识别并过滤非法用户，有效保护直播内容安全，防止盗链盗播，提升系统的整体安全。

2.3 云计算与存储技术

云计算与存储是直播平台不可或缺的基础支撑。通过部署在云端的主机服务器等，直播平台能够弹性调配计算资源、数据库资源及负载均衡配置，使得直播平台能够轻松应对用户的高并发访问，保障每一位观众都能享受到流畅、稳定的直播体验。

与此同时，云存储作为直播平台数据管理的核心，为平台提供了高可用、高可扩展且灵活安全的数据存储服务。无论是直播过程中的实时数据记录，还是历史直播内容的存储与回放，云存储都能提供稳定、安全、可靠的服务。

2.4 内容审核AI技术

内容审核AI（Artificial Intelligence，人工智能）是直播平台内容安全检测的核心防线。基于图片、文本、音视频的智能检测技术，为用户上传的图片、文字、音视频等内容提供自动审核[5]，多场景精准识别并屏蔽涉黄、涉暴等违规内容。内容审核AI具备高度灵活性和自学习性，能够根据政策和标准进行实时更新和调整，通过不断学习和优化，提高审核准确性和效率，更好地适应不同场景和内容类型的需求，进而显著降低业务运营中的违规风险，大大减轻了人工审核的负担。

3 系统架构

云直播系统与客户端后台一同部署在华为云上，使用华为云主机、高斯数据库、审核AI能力、存储及网络安全服务等云上资源。流媒体转码服务集成七牛云视频转码推流能力，采用前后端分离和微服务技术进行开发，并支持根据实际需求进行资源弹性扩展。

如图2，将云直播系统总体划分为三个子块，包括用于向系统管理员和直播管理员提供全面直播管理与监控功能的直播管理控制台VMS（Video Management System） ；用于向观众用户提供观看服务的App端直播页、H5分享页面；用于认证融媒主播或其他活动方发起直播的推流工具。

3.1 频道直播

频道直播模块用于向用户提供本台电视频道、广播频道节目的实时直播和回看功能。在直播管理控制台VMS的直播模块页面，可以配置播出频道节目名称、每周节目单、回看控制、节目垫片、节目流高标清多码率、节目流地址以及主备节目流自动倒换，如图3所示。VMS按节目单自动同步收录直播频道流，生成节目回看。用户还可以通过App端订阅关注的时段节目，切换不同码率清晰度。

3.2 活动直播

活动直播模块用于发布各类活动现场直播、新闻会议现场直播、体育赛事活动现场直播、户外监控视频慢直播[4]及定向受众的付费定制直播等。将活动现场摄像机位、手机端、电脑端及无人机等多种输入直播流通过本地导播一体机或云导播台，经VMS直播管理后台导播选用包装后，推送发布至CDN节点，并可以根据观看效果需要开启多机位功能。观众在客户端现场直播页面选择或订阅观看，并可以自主切换活动现场多机位拍摄画面。

3.3 互动直播

互动直播模块用于向各融媒工作室融媒号主播直播、认证UGC达人直播、云连线直播及重要会议新闻或产品发布的图文直播等。由手机端或电脑端随时随地发起直播推流到直播系统VMS后台发布至CDN节点，观众在客户端对应融媒号页面直播窗口观看和互动。融媒号开播时，其头像部位同步标识开播提醒，向客户端内用户提示浏览。主播、嘉宾等可以进行远程连线互动，合并推流，完成“云采访”和“云录制”进一步丰富直播互动形式。也可以截取直播过程中的精彩片段、直播截图发布图文直播。具备横、竖屏形式的推流展现及美颜特效。互动直播间可以接入第三方直播流，也可以作为直播源被第三方拉取。

3.4 直播间管理

直播间管理模块为直播管控人员提供了统一的直播间管理界面，见图4，包括封面图、展示列表、直播配置、审核发布、直播状态和定时上下线等。直播间也能独立进行基础样式装修及配置，例如横竖屏、封面、标题、简介、机位、授权、分享、回看、广告、评论等。

3.5 直播数据

直播数据模块用于向运营人员及主播提供每场直播的多维度数据和可视化图表。例如，某场直播在不同时间段的浏览量、点赞量、评论量趋势图，见图5；统计观众用户每次进入直播间的时间、观看总时长、进入次数、点赞次数、聊天条数及IP地址等。

3.6 云导播

云导播模块用于后台导播人员对直播信号流的切换、合并和特效包装等操作。区别于传统导播设备，采用云平台集群形式软部署，可以接入手机端、电脑端、摄像机直推、无人机直推、网络流媒体及第三方推流工具等多类终端推出的不同通道、不同分辨率的RTMP、HLS直播流，支持横屏、竖屏，最高支持4k分辨率[3]。具有PVW/PGM（Preview/Program，演播室预监画面/播出节目画面）切换、编辑画面场景、拼接、转场特技、字幕、图标、延时设置及多机位画面合成能力，见图6。

多人视频连线，在直播的同时，通过云导播可以与多个主播手机推流工具端等进行远程连线并给予Tally提示，导播可以指挥调度多个现场机位。紧急情况下，能够切换备用输入或垫片播出。实时录制PGM输出视频，生成MP4或HLS格式；可以配置多码流播出，满足不同网络环境下的用户观看需求。

3.7 直播监看

直播监看模块用于对系统内所有PGM/PVW直播流信号的集中管理和监看。在Web页面实时显示获取的直播编码、服务器转发、网络通断等状态信息。智能告警策略，实时监测直播流的状态，检测断流、卡顿等异常情况；当检测到异常情况时，触发告警机制，并自动切换到预设的安播图片或视频进行垫播；可自定义选择后台消息、短信、微信等多种告警通知方式。

3.8 互动管理与内容安全

虚拟礼物互动模块用于丰富直播期间用户与主播之间互动体验。通过与App端用户体系、财富体系、积分体系、支付体系的双向打通，在直播过程中，用户可以兑换或购买虚拟礼物道具视效表达对主播直播的支持；也可以参加在直播中发起的抢红包、砸金蛋、投票等互动活动。

互动评论管理模块用于处理用户之间的评论互动，确保直播间健康、积极的讨论氛围。管理员可以配置开启或关闭评论，可以对评论内容进行审核；管理员和用户都可以对评论内容进行回复、追评；对于不当或违规的评论，可以进行删除操作；同时还可以将评论内容批量导出。

内容安全过滤模块负责对直播环节涉及的文字、图片和视频等进行安全管理。通过调用客户端敏感词库和内容审核能力，对直播内容、评论、昵称、头像等由用户生产的内容进行多模态安全过滤，防范出现违规内容。也可以自定义设置评论用户的黑白名单及IP地址段。

3.9 CDN对接

CDN接入基础流程[7]：在CDN控制台中，添加直播系统待加速域名，控制台自动生成对应的CNAME域名；登录域名解析系统，将DNS解析配置由待加速域名指向该CNAME域名，见图7；并根据直播实际场景，优化源站配置、回源配置、缓存配置和资源预热配置。

CDN安全配置：在源站和CDN端均配置了HTTPS证书，实现客户端到源站全链路HTTPS加密，保障直播内容传输安全。

防盗链与鉴权设置：为确保直播内容安全传输并防止潜在攻击者盗取直播推流URL地址造成流量损失和成本增加，采取了防盗链和鉴权等多重安全措施。

配置防盗链策略，通过基于HTTP请求头中的Referer字段对用户身份进行识别和规则过滤；配置直播地址URL鉴权，CDN节点对鉴权URL中的加密串和时间戳鉴权信息进行验证，确保只有合法的用户请求才能被处理。

4 结束语

经过对场景需求、关键技术、系统架构及功能模块等方面的细致探索与实践，我们依托公有云资源，在客户端平台上构建出一套稳定可靠、用户友好的直播系统。上线三年以来，开展各类活动直播近400场次，平稳承担了每年安徽春晚直播、安徽经济人物颁奖礼直播、中高考揭线直播等高并发场景的访问流量，后续将进一步优化直播展示页面和VMS管理能力。系统不仅满足了广大用户对融媒体直播内容日益丰富多样的需求，同时也为传统媒体在完善移动端内容生产流程、优化用户体验、拓展移动端影响力，提供了可行的技术支撑和解决方案借鉴。

参考文献：

[1] 王江波.基于Yaf的火星直播后台管理系统的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2018.

[2] 王旭鹏.RTMP推流直播在媒体融合时代的意义与影响[J].电视技术，2021，45（9）：74-77.

[3] 吕国钧.《一起镇江》移动轻直播的云导播台功能设计[J].西部广播电视，2019（8）：192-193，195.

[4] 张国红.哈密景区视频直播平台的设计与实现[J].广播电视信息，2024，31（1）：39-41.

[5] 韩涛，卜青原，杨晓蕊.云新闻发布平台直播流智能审核控制系统的设计与实现[J].广播与电视技术，2023，50（5）：55-58.

[6] 黄大伦，彭小英.内容分发网络技术分析[J].河南科技，2021，40（28）：18-20.

[7] 李英斌.CDN动态调整技术及其在新媒体直播领域的应用[J].现代电视技术，2020（11）：68-71.

【通联编辑：梁书】