文｜ 清華大學(xué)電教中心 鐘曉流 李海霞 宋述強(qiáng)

流媒體錄播環(huán)境的設(shè)計(jì)

文｜ 清華大學(xué)電教中心 鐘曉流 李海霞 宋述強(qiáng)

本文以構(gòu)建一間具有流媒體錄播功能的多功能廳為例，詳細(xì)探討了流媒體錄播應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)與方案設(shè)計(jì)等。

流媒體錄播系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 擴(kuò)聲 視覺設(shè)計(jì)

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，流媒體錄播系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。但錄播系統(tǒng)不能孤立地存在，必須置身于一個(gè)特定的應(yīng)用環(huán)境中，與環(huán)境中的其他設(shè)備或應(yīng)用系統(tǒng)相結(jié)合，才能顯示其生命力。一個(gè)先進(jìn)的多媒體應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)在系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)理念上充分體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音視頻技術(shù)、流媒體錄播技術(shù)、多媒體技術(shù)、環(huán)境控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)緊密結(jié)合的整體性，并且本著先進(jìn)性、實(shí)用性、穩(wěn)定可靠性、完備性、可擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)，經(jīng)過一系列認(rèn)真的計(jì)算機(jī)模擬、頻譜分析、建筑物理設(shè)計(jì)和最終的系統(tǒng)集成與測(cè)試，保證各系統(tǒng)性能指標(biāo)的一致，還應(yīng)經(jīng)設(shè)備選型的優(yōu)化組合和精密的系統(tǒng)集成，在聽覺上實(shí)現(xiàn)建聲效果好，聲音音質(zhì)優(yōu)美、悅耳動(dòng)聽；在視覺上實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)、色彩還原好、圖像清晰、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定可靠；在操作上達(dá)到設(shè)計(jì)人性化、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于掌握等目標(biāo)。

本文將以構(gòu)建一間具有流媒體錄播功能的多功能廳為例，詳細(xì)探討流媒體錄播應(yīng)用環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)、方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型等。

2 項(xiàng)目背景

國家某政府部門需對(duì)其多功能廳進(jìn)行改建。該廳為規(guī)則的矩形，長39.8m，寬29.6m，裝修后主席臺(tái)區(qū)域凈高為11m，觀眾區(qū)凈高為5.6m；室內(nèi)建筑聲學(xué)條件符合國家標(biāo)準(zhǔn)《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50371-2006）的要求；室內(nèi)照明符合相關(guān)規(guī)范《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034-2004）的要求；室內(nèi)共有信息點(diǎn)200個(gè)；互聯(lián)網(wǎng)出口帶寬為100M～1000M自適應(yīng)，10M～100M到終端。

用戶的功能要求是將該廳設(shè)計(jì)成能夠舉辦綜藝表演、綜合會(huì)議、視頻會(huì)議、國際會(huì)議、時(shí)裝表演、中型展覽、新聞發(fā)布、演講報(bào)告等活動(dòng)的多功能、多用途場(chǎng)所。

3 設(shè)計(jì)方案

該廳的設(shè)計(jì)不同于設(shè)備簡單疊加的一般設(shè)計(jì)，而是將成熟的先進(jìn)技術(shù)以最優(yōu)性價(jià)比合理地應(yīng)用到系統(tǒng)工程中，充分結(jié)合了的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音視頻技術(shù)、流媒體技術(shù)、環(huán)境控制技術(shù)、軟件應(yīng)用技術(shù)。

3.1 目標(biāo)功能

按照設(shè)計(jì)方案，改建后的多功能視聽廳將成為智能化、現(xiàn)代化的綜合應(yīng)用環(huán)境，具有實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)所需的環(huán)境與條件：

◆ 運(yùn)用信息化手段進(jìn)行新聞發(fā)布、時(shí)裝表演、綜藝演出、展覽演示；

◆ 舉辦綜合會(huì)議、國際會(huì)議、視頻會(huì)議、交互研討與數(shù)字會(huì)議、報(bào)告演講；

◆ 運(yùn)用信息技術(shù)開展遠(yuǎn)程教育、異地培訓(xùn)、遠(yuǎn)程會(huì)議與學(xué)術(shù)活動(dòng)；

◆ 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播、點(diǎn)播以提高重大活動(dòng)開放程度和教學(xué)資源共享程度；

◆ 從設(shè)備到資源實(shí)現(xiàn)整體智能化。

3.2 擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該廳的擴(kuò)聲系統(tǒng)按最大聲壓級(jí)為103dB設(shè)計(jì)，揚(yáng)聲器總電功率為11500W。

（1）供聲方案與揚(yáng)聲器布局

該廳的擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了集中式（主擴(kuò)）與分布式（輔助擴(kuò)聲）相結(jié)合的揚(yáng)聲器布局，以及SIS（Spatial Image System，空間成像系統(tǒng)）模式?？臻g成像系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)聲像在左、中、右方向移動(dòng)的效果，也可以實(shí)現(xiàn)聲像在左右間移動(dòng)、左中之間移動(dòng)和右中之間移動(dòng)的效果，能進(jìn)一步改善聲像的空間感；還能通過對(duì)人的心理聲學(xué)作用的利用，使人們獲得更好的主觀聽覺感受。

①主擴(kuò)揚(yáng)聲器

該廳主擴(kuò)揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)如下：

◆ 為主席臺(tái)正上方中間聲道設(shè)計(jì)了三只中場(chǎng)揚(yáng)聲器和遠(yuǎn)場(chǎng)揚(yáng)聲器（考慮冗余備份的因素），全部為全音域二分頻音箱，頻響范圍為65～20000Hz，靈敏度為99dB，功率均為500W；

◆ 在主席臺(tái)臺(tái)口左右設(shè)計(jì)了四只舞臺(tái)前沿的主擴(kuò)“拉聲像揚(yáng)聲器”（考慮冗余備份的因素），全部為雙12寸低音單元的三分頻音箱，頻響范圍為38～20000Hz，靈敏度為100dB，功率均為1200W；

◆ 配置了雙18寸的超低頻揚(yáng)聲器兩只，頻響范圍為32～280Hz，靈敏度為100dB，功率為1600W。

②輔助揚(yáng)聲器

在廳堂的黃金分割線上設(shè)計(jì)了兩只輔助音箱（考慮延時(shí)因素），全部為全音域二分頻音箱，頻響范圍為65～20000Hz，靈敏度為99dB，功率為500W。

③返送揚(yáng)聲器

在舞臺(tái)區(qū)設(shè)計(jì)了兩只返送音箱，為全音域二分頻音箱，頻響范圍為55～20000Hz，靈敏度為99dB，功率為500W。

（2）功率放大器

該廳堂功率放大器的選配根據(jù)功率匹配、阻尼匹配、阻抗匹配的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。功率放大器頻響范圍均設(shè)計(jì)為20～20000Hz，信噪比優(yōu)于105dB，動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)于110dB。

①功率匹配

按功率放大器動(dòng)態(tài)功率為揚(yáng)聲器的150%進(jìn)行配置。拉聲像揚(yáng)聲器和超低頻揚(yáng)聲器采用橋接方式進(jìn)行配接。

②阻尼匹配

功率放大器的阻尼系數(shù)按30～100設(shè)計(jì)。

（3）周邊設(shè)備

周邊設(shè)備配置的設(shè)計(jì)為數(shù)字音頻處理器兩臺(tái)、雙12段反饋抑制器兩臺(tái)、效果器兩臺(tái)。

（4）調(diào)音臺(tái)

配置32路調(diào)音臺(tái)兩臺(tái)（考慮備份因素）。

（5）音源設(shè)備

音源設(shè)備組成的設(shè)計(jì)為鵝頸會(huì)議話筒十套、演唱話筒六套、無線話筒八套（手持和領(lǐng)夾式各四套）。

（6）其他系統(tǒng)

國內(nèi)企業(yè)捐贈(zèng)了視頻會(huì)議系統(tǒng)、60席討論型數(shù)字會(huì)議系統(tǒng)和500席同聲傳譯系統(tǒng)，故設(shè)計(jì)中未包括相關(guān)設(shè)備選型的內(nèi)容。

3.3 視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到現(xiàn)實(shí)需求，視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用高標(biāo)清兼容技術(shù)。

（1）微格攝像系統(tǒng)

設(shè)計(jì)方案采用四信道微格攝像系統(tǒng)，包括攝像機(jī)、云臺(tái)、綜合控制器、電源適配器和HUB等設(shè)備。

①攝像機(jī)

設(shè)計(jì)全部采用分辨率為1000線的，1/2英寸的3CCD攝像機(jī)，信噪比不低于62dB，采用HD-SDI傳輸。其中一路攝取舞臺(tái)背景區(qū)域的畫面，一路為主席臺(tái)特寫鏡頭攝像機(jī)，另外兩路為觀眾區(qū)全景攝像機(jī)和特寫攝像機(jī)。

②云臺(tái)

設(shè)計(jì)云臺(tái)為與攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)相配套的液壓阻尼云臺(tái)，水平轉(zhuǎn)角大于300度（±150度），垂直轉(zhuǎn)角大于60度（±30度）。

③綜合控制器

綜合控制器設(shè)計(jì)要求帶RS232或RS485控制接口，能夠通過云臺(tái)控制攝像機(jī)的推、拉、搖、移，能調(diào)節(jié)攝相機(jī)鏡頭的電動(dòng)三可變和白平衡、黑平衡。

④HUB

方案設(shè)計(jì)的HUB為云臺(tái)與綜合控制器的中介，作用是實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)、云臺(tái)端與綜合控制器端的通信，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)、云臺(tái)的操作控制。

（2）矩陣分配器

方案設(shè)計(jì)了廣播級(jí)16×16的VGA矩陣和16×16音視頻矩陣各一臺(tái)，廣播級(jí)8進(jìn)8出音視頻分配器和8進(jìn)8出VGA分配器各一臺(tái)，廣播級(jí)4進(jìn)4出音視頻分配器和VGA分配器各兩臺(tái)。

（3）視頻切換臺(tái)

視頻切換臺(tái)設(shè)計(jì)為8路廣播級(jí)數(shù)字特技臺(tái)。

（4）信號(hào)源設(shè)備

方案設(shè)計(jì)了藍(lán)光DVD播放機(jī)兩臺(tái)，DVCPRO數(shù)字錄像機(jī)兩臺(tái)。

（5）大屏幕顯示系統(tǒng)

大屏幕顯示系統(tǒng)按“1+2”的模式設(shè)計(jì)。

①中央大屏幕

中央大屏幕系統(tǒng)采用投影機(jī)與電動(dòng)白塑幕布的組合。屏幕尺寸為400英寸。投影機(jī)選型為12000流明的三片DMD的DLP工程機(jī)，對(duì)比度優(yōu)于1000︰1，分比率優(yōu)于720p。

②兩側(cè)大屏幕

兩側(cè)大屏幕設(shè)計(jì)為P3 LED全彩屏，屏幕尺寸為280英寸，分辨率為1080p，亮度不低于400尼特。

③舞臺(tái)返送

舞臺(tái)返送屏設(shè)計(jì)采用四臺(tái)50英寸的等離子屏，分辨率為1080p，亮度不低于300尼特。

（6）錄播系統(tǒng)

錄播系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用嵌入式一體式錄播服務(wù)器。

①編碼器技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)選用的嵌入式一體式錄播服務(wù)器的編碼器技術(shù)指標(biāo)為：

◆ 采用H.264視頻編碼，支持720p、1080i、1080p高清視頻信號(hào)的采集；

◆ 支持高分辨率、高幀率計(jì)算機(jī)屏幕信號(hào)采集，最高支持1920×1200分辨率和60Hz幀率，滿足錄制高清動(dòng)態(tài)視頻、高清計(jì)算機(jī)屏幕信息的需要；

◆ 支持字幕及時(shí)間顯示、在錄制的視頻畫面上添加字幕、自定義字幕位置、加入錄制時(shí)間；

◆ 可以設(shè)置不同的編碼輸出分辨率，滿足解碼端不同的分辨率需求；

◆ 支持標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、TS流傳輸，可在視頻采集編碼后生成標(biāo)準(zhǔn)的RTSP、TS媒體流，支持VLC、QuickTime等通用播放器接收，并可配合第三方的解碼設(shè)備使用。

②信號(hào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)單元技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)選用的錄播服務(wù)器信號(hào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)單元的技術(shù)指標(biāo)為：

◆ 采用專用硬件設(shè)備，不宜采用工控機(jī)插視頻采集卡的方式；

◆ 所采用的視頻格式能支持更多操作系統(tǒng)，如Windows操作系統(tǒng)、Mac OS操作系統(tǒng)；

◆ 支持通過多種瀏覽器（如Internet Explorer 8及以上版本、Safari、Chrome、Firefox、Opera等）進(jìn)行服務(wù)器訪問；

◆ 宜采用ASF、MP4等流媒體文件格式；

◆ 直播延時(shí)小于3s；

◆ 支持H.264視頻編碼、AAC音頻編碼；

◆ 支持 CIF、4CIF、720p、1080p錄制格式。

③錄播服務(wù)器功能

錄播系統(tǒng)核心的記錄、直播、點(diǎn)播功能均基于信號(hào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，因此系統(tǒng)的性能由所采用的硬件及軟件系統(tǒng)決定；一般要求信號(hào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備為專業(yè)服務(wù)器，嵌入式系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能要求如下：

◆ 基于IP網(wǎng)絡(luò)，采用分布式產(chǎn)品架構(gòu)，可以對(duì)視頻、音頻信號(hào)和計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)屏幕信號(hào)進(jìn)行同步組合錄制、直播；

◆ 支持兩信道視頻、一信道VGA計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)屏幕信號(hào)、一信道立體聲音頻同時(shí)錄播；

◆ 支持多平臺(tái)、多瀏覽器在線訪問；

◆ 支持錄制文件在線編輯、PPT圖片自動(dòng)索引等功能；

◆ 采用B/S訪問架構(gòu)，支持跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)平臺(tái)直播功能（即無論用戶使用的是Windows還是Mac OS操作系統(tǒng)，均可使用相應(yīng)瀏覽器接收節(jié)目直播；用戶可通過 包 括 Internet Explorer、Mozilla Firefox、Apple Safari等在內(nèi)的所有流行的瀏覽器登陸錄播服務(wù)器接收直播的視頻、音頻和計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)屏幕內(nèi)容）；

◆ 支持通過IE瀏覽器進(jìn)行點(diǎn)播（非實(shí)時(shí)）；支持用戶在點(diǎn)播時(shí)通過文本模式或圖片模式查找想要點(diǎn)播的文件，也支持通過節(jié)目名稱、節(jié)目錄制時(shí)間、會(huì)議記錄名稱等信息搜索需要點(diǎn)播的文件；支持根據(jù)PPT圖片索引或文字索引跳轉(zhuǎn)點(diǎn)播節(jié)目的段落；

◆ 支持通過圖片、文字、“圖片+文字”三種索引方式查看節(jié)目內(nèi)容，能夠支持10～100個(gè)直播、點(diǎn)播用戶同時(shí)在線觀看；

◆ 支持Web方式訪問及管理；

◆ 支持多種操作系統(tǒng)訪問；

◆ 支持移動(dòng)終端訪問；

◆ 支持多級(jí)權(quán)限管理；

◆ 支持多種資源生成模式，如電影模式、資源模式、多碼流模式等；

◆ 支持大容量存儲(chǔ)。

3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

表1展示了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的控制設(shè)備的種類、控制接口和控制方式。

表1 多功能廳中控系統(tǒng)設(shè)備種類及控制方式表

3.5 信號(hào)連接端口設(shè)計(jì)

信號(hào)連接端口（LAN除外）的設(shè)計(jì)主要為多功能廳舞臺(tái)臺(tái)口與控制室之間的信號(hào)連接設(shè)計(jì)，按全數(shù)字化傳輸?shù)囊筮M(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）弱電接口

弱電接口設(shè)計(jì)如下：

◆ 計(jì)算機(jī)信號(hào)連接界面為6個(gè)VGA接口；

◆ 話筒連接界面為20個(gè)XLR接口；

◆ 音視頻連接界面為10個(gè)RCA接口（4個(gè)音頻接口、6個(gè)視頻接口）；

◆ 視頻連接界面為4個(gè)BNC接口；

◆ 高清視頻連接界面為4個(gè)DVI接口、4個(gè)HDMI接口。

（2）強(qiáng)電接口

為了減少干擾，凡接入系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)接入系統(tǒng)的同一路電源。接口設(shè)計(jì)為AC 220～250V的10A五孔插座四個(gè)、AC 220～250V的15A五孔插座兩個(gè)。

4 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為該多功能廳的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖。

5 結(jié)束語

任何類型或形式的錄播系統(tǒng)的建設(shè)和設(shè)計(jì)，必須本著先進(jìn)性、實(shí)用性、穩(wěn)定可靠性、完備性、可拓展性和標(biāo)準(zhǔn)化之目標(biāo)，以再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和動(dòng)感視聽為目的。為了讓用戶了解流媒體錄播系統(tǒng)在各種環(huán)境中的配套應(yīng)用，必須提供基于用戶需求且符合目標(biāo)功能需求的、全面的解決方案。設(shè)計(jì)方案是指導(dǎo)系統(tǒng)集成的藍(lán)本，對(duì)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)原理、綜合布線（管線路由、連接方法）接口協(xié)議、控制信令都應(yīng)有明確的圖示和解釋。本文給出了接受某政府部門委托進(jìn)行的具有流媒體錄播功能的多功能廳環(huán)境設(shè)計(jì)的一個(gè)示例，限于設(shè)計(jì)時(shí)間和具體條件，有些因素可能會(huì)考慮不周全，歡迎同行多指教、交流。

1 多媒體教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2010（10）

2 劉健.SIS擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].音響技術(shù)，2001（3）

3 宋建功，張冀中.課程錄播系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011（8）

4 吳建家，符水波.“智能錄播系統(tǒng)”關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探析[J].中國教育信息化，2010（12）

5 鐘曉流，畢雄，李學(xué)農(nóng)，等.多媒體教學(xué)環(huán)境工程建設(shè)規(guī)范（第一冊(cè)）建筑物理、信息網(wǎng)絡(luò)、供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011

6 鐘曉流.錄播技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012