吳杰 薛忠明 常州市金壇區(qū)廣播電視臺(tái)

1.引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，以手機(jī)業(yè)務(wù)為主的新媒體形式、移動(dòng)辦公、電子商務(wù)等模式逐漸成為主要應(yīng)用。傳統(tǒng)的廣播電視行業(yè)受到互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的巨大沖擊，業(yè)務(wù)量和受眾群體數(shù)量大幅下滑，亟需開(kāi)發(fā)新的媒體形式，開(kāi)展融合傳統(tǒng)媒體業(yè)務(wù)，才能在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大潮下健康發(fā)展。

流媒體形式的廣播電視直播，順應(yīng)了視頻和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，徹底改變了過(guò)去電視的被動(dòng)收看方式，實(shí)現(xiàn)了電視、廣播的互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)等平臺(tái)實(shí)時(shí)播放和點(diǎn)播，為用戶提供了多種觀看、收聽(tīng)渠道，并在社會(huì)各行各業(yè)的應(yīng)用中深入延伸。在此環(huán)境背景下，經(jīng)由江蘇省臺(tái)的關(guān)心幫助和技術(shù)支持，廣播電視臺(tái)手機(jī)臺(tái)手機(jī)直播推流系統(tǒng)的項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

2.手機(jī)直播推流設(shè)計(jì)

2.1 手機(jī)直播推流系統(tǒng)

直播推流系統(tǒng)如圖1所示。

2.2 硬件平臺(tái)

經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)交流，我臺(tái)選用惠普服務(wù)器作為推流服務(wù)器的硬件平臺(tái)，服務(wù)器參數(shù)：2U機(jī)架，Intel E5-2603v4雙CUP服務(wù)器通過(guò)硬件raid做硬盤(pán)鏡像raid1設(shè)置，保障系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，雙路供電保障電路、電源的穩(wěn)定。經(jīng)測(cè)試使用，該平臺(tái)滿足7×24小時(shí)全天候直播運(yùn)行的需求。

2.3 軟件環(huán)境

推流平臺(tái)服務(wù)器自主安裝了Linux系統(tǒng)的穩(wěn)定版本CentOS-7，CentOS是基于RedHatEnterpriseLinux(RHEL/口碑極佳但收費(fèi)昂貴)的源代碼編譯的免費(fèi)版本，來(lái)自于RedHatEnterprise依照開(kāi)源代碼規(guī)定的源代碼所編譯而成，不僅繼承了RHEL強(qiáng)大的穩(wěn)定性，而且提供免費(fèi)更新，適合廣播級(jí)的網(wǎng)絡(luò)直播。軟件特點(diǎn)：

圖1 直播推流系統(tǒng)

（1）CentOS可 以 理 解 為 RedHatAS， 本 質(zhì) 是RedHatES的改進(jìn)產(chǎn)品，操作使用與RedHat相同，性能穩(wěn)定優(yōu)越；

（2）CentOS系統(tǒng)完全免費(fèi)，不存在序列號(hào)、版權(quán)的問(wèn)題；

（3）CentOS特有的yum命令支持在線升級(jí)，即時(shí)更新系統(tǒng)；

（4）CentOS修正了許多RHEL的缺陷。

2.4 硬件卡編碼

手機(jī)APP平臺(tái)的直播、點(diǎn)播媒體格式為流媒體形式，需要對(duì)電視、廣播的信號(hào)進(jìn)行編碼調(diào)制，硬件設(shè)備需要安裝PCI-E采集卡。

經(jīng)過(guò)性能參數(shù)比較測(cè)試，我臺(tái)選定了一款性價(jià)比高的DeckLink Duo PCI Express采集卡。該卡擁有4個(gè)獨(dú)立3G-SDI接口，支持各類SD、HD的SDI格式，高清采集編碼可達(dá)到1080P。

DeckLink Duo實(shí)際上是將兩塊獨(dú)立的SDI采集播放卡合二為一，占用單個(gè)PCI Express插槽，配有兩個(gè)SDI輸入和兩個(gè)SDI輸出接口，還有一個(gè)常用的三電平（Tri-sync）/黑場(chǎng)（Blackburst）同步信號(hào)輸入接口。

同時(shí)DeckLink Duo卡還擁有輸入輸出自定義的特性，4個(gè)SDI接口都是完全獨(dú)立的，相當(dāng)于將四塊采集、播放卡的功能壓縮為一塊SDI采集、播放卡，因此4個(gè)接口均可輸入和輸出完全不同的視頻格式和視頻流，并且都能同時(shí)進(jìn)行采集和播放處理，具有極大的靈活性，非常適用媒體播放、實(shí)時(shí)多通道采集播放等場(chǎng)景應(yīng)用。

當(dāng)前一路廣播信號(hào)和一路電視信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)直播，需要對(duì)兩路獨(dú)立的視音頻流進(jìn)行采集，DeckLink Duo卡已能輕松勝任。

2.5 音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換加嵌

直播推流系統(tǒng)的硬件編碼信號(hào)均為SDI接口，當(dāng)前電視播出節(jié)目信號(hào)為SDI信號(hào)，可以直接輸入硬件編碼卡，但廣播音頻信號(hào)為模擬信號(hào)（即使是數(shù)字信號(hào)，由于廣播與電視的音頻采樣率差異也仍需要轉(zhuǎn)換），需要轉(zhuǎn)換音頻信號(hào)加嵌輸入至采集板卡。

音頻轉(zhuǎn)換器選擇Blackmagic MiniConverter Audi-o to SDI產(chǎn)品，BMD Mini Converter Audio to SDI 迷你轉(zhuǎn)換器可以將4通道模擬音頻或8通道數(shù)字音頻嵌入進(jìn)SDI視頻信號(hào)中。

Mini Converter SDI轉(zhuǎn)換器，采用標(biāo)準(zhǔn)6.35mm大三芯插孔，可自適應(yīng)SD、HD等視頻信號(hào)格式。轉(zhuǎn)換器外形結(jié)構(gòu)緊湊小巧，采用標(biāo)準(zhǔn)接口，簡(jiǎn)單易用，可達(dá)到廣播級(jí)轉(zhuǎn)換技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)價(jià)格低廉，具有低抖動(dòng)和SDI時(shí)鐘恢復(fù)等功能，可以長(zhǎng)距離傳輸并保證高質(zhì)量圖像信號(hào)。

Mini Converter SDI轉(zhuǎn)換器采用傳輸速度為HDSDI兩倍的3 Gb/s SDI技術(shù)，完全兼容SD-SDI和HD-SDI設(shè)備，同時(shí)支持輸入視頻信號(hào)自適應(yīng)。轉(zhuǎn)換器還帶有冗余SDI接口信號(hào)輸入，可以連接備份信號(hào)。當(dāng)主SDI輸入信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，自動(dòng)切換至冗余輸入信號(hào)，提高了輸出信號(hào)的可靠性，滿足當(dāng)前廣播網(wǎng)絡(luò)推流直播的安全要求。

2.6 推流格式

手機(jī)APP直播平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，硬件編碼設(shè)備已經(jīng)調(diào)試完成，視音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼處理后，通過(guò)IP信號(hào)方式推送至省臺(tái)的信號(hào)匯聚服務(wù)端，整體信號(hào)傳輸流程基本完成。

編碼過(guò)程中涉及網(wǎng)絡(luò)直播流的選擇問(wèn)題。目前主流的流媒體協(xié)議有mms、http-flv、rtmp、hls等。考慮到網(wǎng)絡(luò)直播的延時(shí)要求，初步選定http-flv、rtmp兩種協(xié)議方式，它們的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較低，內(nèi)容延遲在2～5秒左右，基本滿足網(wǎng)絡(luò)直播的低延時(shí)需求；同時(shí)它們的播放客戶端安裝率高，只要瀏覽器支持FlashPlayer就能輕松播放。

RTMP是Real Time Messaging Protocol（實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議）的簡(jiǎn)稱，是一種基于TCP協(xié)議的協(xié)議族，包含RTMP基本協(xié)議和RTMPS、RTMPT、RTMPE等多種變種。RTMP主要設(shè)計(jì)用于流媒體實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，在Flash、AIR和支持RTMP協(xié)議的交互服務(wù)器、流媒體等設(shè)備之間進(jìn)行視音頻、數(shù)據(jù)的通信。支持該協(xié)議的軟件包括Adobe Flash Media Server、VLC、Ultrant Flash Media Server、Red5等等。RTMP協(xié)議方式通過(guò)NetConnection連接到服務(wù)器，實(shí)時(shí)播放服務(wù)器的FLV文件，通過(guò)SEEK可以選擇任意的視頻播放點(diǎn)實(shí)時(shí)播放，提供了一種全面并且容易實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議來(lái)保證流信息的傳輸。

HttpFlv協(xié)議方式其實(shí)就是http+flv的模式，將視音頻數(shù)據(jù)封裝為FLV格式，然后再通過(guò) HTTP 協(xié)議傳輸給客戶端播放。傳輸流程為客戶端通過(guò)服務(wù)端的IIS服務(wù)，將FLV下載至本地播放。該協(xié)議方式雖然節(jié)省了服務(wù)器資源，但對(duì)客戶端而言會(huì)有緩存數(shù)據(jù)的殘留，而且需要緩存完成后才能任意切換播放點(diǎn)，影響速度和保密性。

對(duì)這兩種協(xié)議方式進(jìn)行比較可見(jiàn)，http_flv協(xié)議是虛擬無(wú)限大的http流文件，只能做直播使用；而rtmp協(xié)議可以做推流和更多的操作，靈活性優(yōu)于http_flv協(xié)議方式?？紤]到省臺(tái)穩(wěn)定推流的要求，我臺(tái)最終選擇使用rtmp協(xié)議進(jìn)行推流。

2.7 流媒體格式

推流協(xié)議和服務(wù)設(shè)置完成后，直播平臺(tái)服務(wù)器還需要設(shè)置流媒體收錄、編碼、壓縮、封裝、分發(fā)等服務(wù)，省臺(tái)服務(wù)端使用HLS協(xié)議進(jìn)行直播傳輸。

HLS (HTTP Live Streaming)是蘋(píng)果公司的動(dòng)態(tài)碼率自適應(yīng)技術(shù)，基于HTTP的流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，主要用于各類終端的視音頻直播服務(wù)，包含m3u(8)索引文件、TS流分片和加密串等文件。

HLS的工作原理是將整個(gè)媒體流切片成單個(gè)TS片段來(lái)下載，通過(guò)HTTP協(xié)議每次下載一部分。當(dāng)媒體流播放時(shí)，客戶端選擇從不同的備用源中以不同的速度來(lái)下載該資源，允許流媒體會(huì)話去適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率。在開(kāi)始一個(gè)流媒體會(huì)話時(shí)，客戶端首先下載一個(gè)含原始數(shù)據(jù)的M3U (m3u8)列表索引文本文件，用于找尋可用的媒體流。HLS只請(qǐng)求基本的HTTP報(bào)文數(shù)據(jù)，可以穿過(guò)任何允許HTTP數(shù)據(jù)通過(guò)的代理服務(wù)器或防火墻，易于使用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或CDN來(lái)傳輸媒體流，內(nèi)容分發(fā)途徑眾多，穿透性比較高。

另外由于HLS實(shí)現(xiàn)了碼率自適應(yīng)，不同帶寬的客戶端可以自動(dòng)切換至適合自己網(wǎng)絡(luò)的視音頻流播放，提高了網(wǎng)絡(luò)直播的流暢體驗(yàn)。

2.8 推流服務(wù)設(shè)置

我臺(tái)一路廣播直播，一路電視直播，需要設(shè)置兩路直播推流信號(hào)。

電視直播推流設(shè)置如下：

videoChannel=1/選擇Decklink video CH1通道1接口encodeMode=0/選擇SD audio/video encode標(biāo)清視音頻編碼rtmpUrl=rtmp://live-dft-push-yf.jstv.com/live/jintan_xw /設(shè)置推流網(wǎng)址

videoBitrate=2000000 /設(shè)置視頻碼率2Mb/S audioBitrate=96000 /設(shè)置音頻碼率96Kb/S

廣播直播推流設(shè)置同上，只是去掉了視頻信號(hào)。至此，網(wǎng)絡(luò)直播推流系統(tǒng)已搭建完成，觀眾可以直接通過(guò)以下網(wǎng)址：

http://live-dft-hls-yf.jstv.com/live/jintan_xw/online.m3u8

http://live-dft-hls-yf.jstv.com/live/jintan_89/online.m3u8

收看、收聽(tīng)我臺(tái)的電視、廣播直播節(jié)目，同時(shí)省臺(tái)對(duì)我臺(tái)重要自辦節(jié)目（新聞、民生等欄目）也做了收錄服務(wù)，方便隨時(shí)點(diǎn)播回看。

服務(wù)器推流系統(tǒng)檢測(cè)界面如圖2所示。手機(jī)APP直播界面如圖3所示。

圖2 服務(wù)器推流系統(tǒng)檢測(cè)界面

3.總結(jié)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、高速編解碼技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了廣播電視播出技術(shù)的新革命。特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，沖擊了傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)，催生出手機(jī)APP直播、點(diǎn)播平臺(tái)的需求。著眼未來(lái)，我臺(tái)在省臺(tái)的幫助支持下開(kāi)發(fā)了廣電手機(jī)臺(tái)APP平臺(tái)的直播、點(diǎn)播和便民信息化服務(wù)，開(kāi)拓了廣電媒體傳播的新形式，滿足了人民群眾通過(guò)手機(jī)看電視、看直播、聽(tīng)廣播的新型服務(wù)需求。

圖3 手機(jī)APP直播界面