陳 劍

（福建省廣播影視集團(tuán)，福建 福州 350001）

0 引言

第31 屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)（以下簡稱大運(yùn)會(huì)）對(duì)開閉幕式及18 個(gè)競賽項(xiàng)目共29 個(gè)場館的公用信號(hào)采用“全4K”制作。國際廣播中心（International Broadcast Centre，IBC）位于東安書院，為各持權(quán)轉(zhuǎn)播商（Rights Holding Broadcaster，RHB）提供線上線下廣播電視服務(wù)。主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)采用中央廣播電視總臺(tái)（以下簡稱總臺(tái)）技術(shù)局“云、邊、端”的技術(shù)架構(gòu)，搭建出一套具備混合多級(jí)云架構(gòu)、后臺(tái)服務(wù)虛擬化、云網(wǎng)一體化的融媒體制作系統(tǒng)。云側(cè)依托公有云資源建立起輕量化、移動(dòng)化的主播機(jī)構(gòu)云媒體服務(wù)平臺(tái)，為全球持權(quán)媒體提供更加便捷高效的云上媒體分發(fā)服務(wù)。邊側(cè)利用微服務(wù)容器化部署方式，為主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)（以下簡稱IBC）側(cè)就近提供靈活、可彈性擴(kuò)展、高可用的虛擬化后臺(tái)服務(wù)。端側(cè)提供多種融合編輯制作工具，滿足超高清、新媒體生產(chǎn)需求。融媒體制播系統(tǒng)主體分為兩部分，一部分為IBC 本地服務(wù)，一部分為云媒體服務(wù)平臺(tái)。本文重點(diǎn)論述融媒體制作系統(tǒng)本地服務(wù)。

1 融媒體超高清制播系統(tǒng)（本地服務(wù)）

本次成都大運(yùn)會(huì)融媒體制播系統(tǒng)（本地服務(wù)端）主要由收錄系統(tǒng)、場記系統(tǒng)、超高清節(jié)目編輯制作系統(tǒng)、融媒體制作系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)組成，服務(wù)主要涵蓋信號(hào)收錄服務(wù)、場記服務(wù)、超高清融合媒體編輯制作服務(wù)、賽事集錦傳送服務(wù)、超高清融合媒體一體化后臺(tái)服務(wù)、歸檔服務(wù)、核心存儲(chǔ)服務(wù)等多個(gè)核心業(yè)務(wù)模塊[1]。融媒體超高清制作網(wǎng)拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 融媒體超高清制作網(wǎng)拓?fù)鋱D

1.1 信號(hào)收錄系統(tǒng)

作為國內(nèi)首次全程采用4K 超高清信號(hào)轉(zhuǎn)播的大型體育賽事，成都大運(yùn)會(huì)融媒體制作系統(tǒng)對(duì)全部公共信號(hào)進(jìn)行4K 超高清信源收錄及高清收錄，最大并發(fā)24 路。4K 主收錄采用全新的ST 2110 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）化交接方式，備收錄采用傳統(tǒng)串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）交接方式，高清主備收錄延續(xù)傳統(tǒng)SDI交接方式。本次成都大運(yùn)會(huì)采用主備異構(gòu)收錄系統(tǒng)，主收錄共配置12 臺(tái)4K 收錄服務(wù)器（2 通道）、7 臺(tái)高清收錄服務(wù)器（4 通道）、2 臺(tái)8K 收錄服務(wù)器（1 通道）以及2 臺(tái)編單工作站。收錄系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

（1）收錄服務(wù)對(duì)多種信號(hào)源實(shí)時(shí)收錄，實(shí)現(xiàn)8K、4K 及高清信號(hào)的采集、存儲(chǔ)。高清收錄采用高、中、低三編碼進(jìn)行收錄，4K 收錄采用高、低兩碼率進(jìn)行收錄，低碼為H.264 MP4 4 Mb·s-1，用于同步到云平臺(tái)，提供云上檢索和移動(dòng)化剪輯使用[2]。詳細(xì)編碼格式如表1 所示。

表1 文件編碼對(duì)應(yīng)表

（2）收錄系統(tǒng)支持收錄信號(hào)邊采集、邊遷移、邊編輯。收錄系統(tǒng)每10 min 封裝一次收錄信號(hào)。編輯可在非編軟件中實(shí)時(shí)對(duì)收錄中的任務(wù)進(jìn)行編輯和優(yōu)化生成，無須等待文件收錄完畢或者整個(gè)文件封口后再進(jìn)行編輯工作。

（3）4K 收錄可支持色彩空間和伽馬參數(shù)設(shè)置，支持高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）信號(hào)收錄，為制作提供色彩元數(shù)據(jù)，解決了超高清制作流程中的色彩問題[3]，為世界各地的觀眾獻(xiàn)上頂尖的視覺體驗(yàn)。

（4）收錄系統(tǒng)支持對(duì)運(yùn)行的主備收錄核心服務(wù)及進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警并主動(dòng)向上級(jí)管理平臺(tái)以明文方式上報(bào)。當(dāng)收錄信源出現(xiàn)中斷、無聲、靜幀情況，收錄系統(tǒng)主動(dòng)向“系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)軟件”報(bào)警。

1.2 場記系統(tǒng)

場記系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公共信號(hào)場記信息的實(shí)時(shí)錄入[3]。主播機(jī)構(gòu)提供20 臺(tái)場記工作站（含20 套信號(hào)監(jiān)看設(shè)備），滿足賽事高清（High Definition，HD）素材的場記錄入需求。場記點(diǎn)與畫面幀精度對(duì)齊制作系統(tǒng)可準(zhǔn)實(shí)時(shí)檢索場記信息。對(duì)于錄像機(jī)收錄，提供基于素材的離線場記錄入功能。離線場記支持同步至云媒體服務(wù)平臺(tái)。場記系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

（1）支持通過場記內(nèi)容檢索對(duì)應(yīng)媒體素材片段，支持內(nèi)容庫中的預(yù)覽界面通過場記點(diǎn)定位直接定位至媒體素材畫面。

（2）支持在超高清非線性剪輯軟件中查看場記點(diǎn)，拖拽場記點(diǎn)對(duì)應(yīng)素材片段上線，并支持對(duì)上線的片段首尾拖拽。

（3）支持場記點(diǎn)同步至云媒體服務(wù)平臺(tái)，與收錄系統(tǒng)中低碼率耦合，作為云端檢索關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索。

1.3 超高清融媒體編輯制作系統(tǒng)（前端客戶端）

融媒體編輯制作是整個(gè)融媒體中心的主要業(yè)務(wù)。為滿足公共信號(hào)精彩集錦制作、播出以及持權(quán)轉(zhuǎn)播商的節(jié)目制作下載需求，本系統(tǒng)在現(xiàn)場提供多種編輯制作終端供用戶選擇使用。具體終端類型如下。

1.3.1 超高清編輯制作服務(wù)終端

現(xiàn)場共計(jì)20 臺(tái)4K/HD 全兼容非線性編輯制作終端和16 臺(tái)虛擬化4K/HD 全兼容非線性編輯制作終端，主要用于節(jié)目編輯制作使用。這些終端支持多層、多格式、高低碼率視音頻素材的實(shí)時(shí)混編和多層特技實(shí)時(shí)處理，與收錄服務(wù)緊耦合，支持“邊采集、邊遷移、邊編輯”，有效提升節(jié)目制作效率[4]。

1.3.2 上下載服務(wù)終端

上下載服務(wù)終端用于對(duì)藍(lán)光、P2、移動(dòng)硬盤等介質(zhì)中的素材進(jìn)行挑選、編輯、上載，將大量素材挑選和單軌編輯類的簡單工作放置在前端完成，達(dá)到節(jié)省存儲(chǔ)資源和提高生產(chǎn)效率的目的；同時(shí)提供介質(zhì)下載服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)出功能，將制作成品文件合成下載并直接移動(dòng)至存儲(chǔ)介質(zhì)。

1.3.3 遠(yuǎn)程素材挑選終端

遠(yuǎn)程素材挑選終端主要用于持權(quán)轉(zhuǎn)播商在IBC挑選下載素材。挑選終端中部署超高清非線性編輯工具，用戶可通過遠(yuǎn)程素材挑選終端挑選素材下載至挑選終端的本地存儲(chǔ)空間，通過安全隔離設(shè)備拷貝下載素材至移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。遠(yuǎn)程素材挑選終端也可作為云媒體平臺(tái)的挑選下載站點(diǎn)，滿足用戶隨時(shí)隨地進(jìn)行素材挑選及多位編輯人員同時(shí)挑選的應(yīng)用場景。

1.3.4 文件化播出服務(wù)終端

文件化播出服務(wù)終端主要用于公共信號(hào)精彩集錦的信號(hào)播送，采用賽事節(jié)目管理系統(tǒng)進(jìn)行視頻制作和串聯(lián)單編輯。主播機(jī)構(gòu)集錦制作團(tuán)隊(duì)使用編輯制作服務(wù)終端推送成品節(jié)目至播出服務(wù)終端播出，播出服務(wù)終端采用主備聯(lián)動(dòng)方式播出，并支持在播出服務(wù)終端側(cè)對(duì)待播節(jié)目再次進(jìn)行播出順序調(diào)整。

1.4 融媒體一體化后臺(tái)

后臺(tái)服務(wù)一直是系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)的大腦。本次后臺(tái)服務(wù)器部署采取基于容器化的方案來實(shí)現(xiàn)，即物理服務(wù)器+虛擬軟件+容器平臺(tái)。融媒體一體化后臺(tái)服務(wù)采用微服務(wù)的分層體系，由基礎(chǔ)資源層、平臺(tái)服務(wù)層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層共同構(gòu)成。系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)的軟件結(jié)構(gòu)以后臺(tái)服務(wù)為支撐，通過多種底層引擎的支持，為上層應(yīng)用提供多種業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊。通過建設(shè)基礎(chǔ)資源池，實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬機(jī)、主機(jī)集群、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源及上層應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的部署、分配、調(diào)度、監(jiān)控及管理，并具備便捷的擴(kuò)展能力。通過建設(shè)公共服務(wù)平臺(tái)層滿足業(yè)務(wù)支撐服務(wù)體系，為各工具集提供開展各項(xiàng)業(yè)務(wù)的支撐服務(wù)。通過建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用層滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。采用微服務(wù)架構(gòu)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）每個(gè)服務(wù)可以進(jìn)行任意擴(kuò)展，部署更為靈活，能夠有效提升資源利用率；

（2）可以針對(duì)每個(gè)服務(wù)進(jìn)行單獨(dú)修改，滿足用戶需求，使業(yè)務(wù)創(chuàng)新更便捷；

（3）可靠性和容錯(cuò)性更高，不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)服務(wù)的故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，服務(wù)與服務(wù)之間不會(huì)互相影響；

（4）系統(tǒng)不會(huì)被限制在某個(gè)技術(shù)棧上，每個(gè)微服務(wù)模塊可以根據(jù)特性選擇最適合的技術(shù)棧；

（5）微服務(wù)架構(gòu)可進(jìn)行持續(xù)性部署。

融媒體制作網(wǎng)系統(tǒng)軟件服務(wù)如圖2 所示。

圖2 融媒體超高清制作網(wǎng)軟件服務(wù)示意圖

本次大運(yùn)會(huì)融媒體制作技術(shù)系統(tǒng)中，后臺(tái)服務(wù)采用全云原生框架，以平臺(tái)服務(wù)+工具的思路構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)。后臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)高度解耦，基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)具有良好的彈性和容錯(cuò)性[4]。

本系統(tǒng)中，核心服務(wù)沒有單一的調(diào)度指揮和數(shù)據(jù)庫中心，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是平等的（即每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過競選成為vip 節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)請(qǐng)求調(diào)度），同時(shí)提供計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，所有節(jié)點(diǎn)都可以自動(dòng)去尋找接收任務(wù)。傳統(tǒng)的負(fù)載均衡架構(gòu)中，如果某一節(jié)點(diǎn)（如轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器）出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓無法使用。而在本系統(tǒng)中，單一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)中正在執(zhí)行的任務(wù)會(huì)超時(shí)處理，隨即可重做再分配給其他節(jié)點(diǎn)。故障節(jié)點(diǎn)則自動(dòng)從負(fù)載均衡轉(zhuǎn)發(fā)列表移出，避免單一調(diào)度中心失效導(dǎo)致的核心服務(wù)停止，保證整個(gè)集群高可用。為了保證主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)融媒體制作系統(tǒng)的整體安全，邊緣節(jié)點(diǎn)部署整套主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)系統(tǒng)邊緣節(jié)點(diǎn)雙活后臺(tái)服務(wù)，主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)本地主服務(wù)數(shù)據(jù)1 ∶1 寫入雙活系統(tǒng)。當(dāng)主轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)的本地系統(tǒng)出現(xiàn)整體故障，收錄、場記、編輯站點(diǎn)可直接接入邊緣節(jié)點(diǎn)后臺(tái)服務(wù)，繼續(xù)開展相關(guān)業(yè)務(wù)。

1.5 核心存儲(chǔ)

成都大運(yùn)會(huì)信號(hào)為超高清制作，超高清文件具有單體文件容量大、碎片文件數(shù)量多、并發(fā)吞吐量高、高帶寬持續(xù)讀寫時(shí)間長等特點(diǎn)。本次賽事使用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，配套相應(yīng)的存儲(chǔ)服務(wù)，保障賽事期間收錄素材的在線存儲(chǔ)量和讀寫帶寬。系統(tǒng)的帶寬估算如表2 所示。網(wǎng)絡(luò)帶寬的極限峰值可能達(dá)到7 460 Mb·s-1，根據(jù)冗余思維策略，預(yù)估帶寬在10 Gb·s-1。

表2 帶寬估算表

分布式存儲(chǔ)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）支持媒體文件偏移讀寫方式，即獲取文件信息后，通過對(duì)視音頻的理解按偏移位置進(jìn)行文件讀取，解決視音頻合一素材的按需高效訪問，實(shí)現(xiàn)媒體文件的快速SEEK 操作。

（2）支持“超高清融合媒體編輯制作服務(wù)”中各類型編輯終端接入，提供并發(fā)讀寫I/O 和媒體文件偏移讀寫支持；支持超高清融合媒體一體化后臺(tái)服務(wù)、“歸檔服務(wù)”中后臺(tái)轉(zhuǎn)碼、管理和歸檔終端接入，提供可靠的并發(fā)讀寫I/O。

（3）IBC 融媒體制作系統(tǒng)設(shè)備支持通過通用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議（Common Internet File System，CIFS）、Samba、文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）等協(xié)議訪問核心存儲(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)8K/4K/HD節(jié)目素材文件的高速讀寫操作和8K/4K/HD 媒體內(nèi)容的高性能存儲(chǔ)。

（4）提供對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，支持以Web 或其他圖形化方式進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。管理界面內(nèi)可查看各個(gè)存儲(chǔ)池的信息，包括冗余策略、所屬硬盤池、數(shù)據(jù)健康度和狀態(tài)等，支持對(duì)硬盤容量、硬盤負(fù)載、內(nèi)存占用、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）占用的監(jiān)控。

數(shù)據(jù)的安全性一直是重中之重，本次轉(zhuǎn)播采用14節(jié)點(diǎn)分布式存儲(chǔ)方案，采用原始數(shù)據(jù)（Original Data Count，ODC）+冗余數(shù)據(jù)（Redundant Data Count，RDC）模式保證數(shù)據(jù)安全。本系統(tǒng)糾刪碼設(shè)置為4（原始數(shù)據(jù)分塊個(gè)數(shù)）+2（冗余數(shù)據(jù)分塊），即素材文件將被分為4 份數(shù)據(jù)文件和2 份校驗(yàn)文件存儲(chǔ)[5]。單節(jié)點(diǎn)允許2 塊硬盤同時(shí)發(fā)生故障、1 座節(jié)點(diǎn)離線，不丟數(shù)據(jù)。在硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，將根據(jù)校驗(yàn)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和修復(fù)，速度為每小時(shí)2 TB。數(shù)據(jù)修復(fù)完成時(shí)，插入備件硬盤即可。

2 云媒體服務(wù)平臺(tái)

本次轉(zhuǎn)播IBC 借力天翼云網(wǎng)技術(shù)，部署了主要面對(duì)新媒體用戶的應(yīng)用服務(wù)，支持移動(dòng)化的節(jié)目制作、合成、傳輸，用于持權(quán)轉(zhuǎn)播商和電子新聞采集（Electronic News Gathering，ENG）制作團(tuán)隊(duì)上載拍攝素材并進(jìn)行ENG 賽事內(nèi)容制作，融媒體制作系統(tǒng)內(nèi)收錄素材通過10 Gb·s-1傳輸專線自動(dòng)同步代理碼率文件至云媒體平臺(tái)內(nèi)容庫；同時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的媒體元數(shù)據(jù)、場記內(nèi)容、智能分析標(biāo)志等信息一并同步至云媒體平臺(tái)，支持在公有云媒體服務(wù)平臺(tái)上對(duì)收錄素材進(jìn)行瀏覽、檢索、智能檢索；提供云端打點(diǎn)挑選、下載素材功能。

云媒體平臺(tái)具備輕量化編輯工具，可針對(duì)平臺(tái)內(nèi)容庫素材進(jìn)行云端剪輯和合成等操作，合成文件可用于新媒體視頻稿件分享。剪輯工具支持橫豎屏編輯。剪輯完成后，可合成至云媒體服務(wù)平臺(tái)內(nèi)容庫，并支持下載至個(gè)人本地設(shè)備，滿足用戶不同場景下需求。

主播機(jī)構(gòu)在邊緣節(jié)點(diǎn)側(cè)部署4 節(jié)點(diǎn)虛擬化編輯站點(diǎn)，基于硬件虛擬化技術(shù)和遠(yuǎn)程投射技術(shù)，充分利用邊緣節(jié)點(diǎn)資源彈性能力，以工具集方式集中部署，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程超高清制作能力。IBC 融媒體制作系統(tǒng)和邊緣節(jié)點(diǎn)側(cè)通過運(yùn)營商專線互聯(lián)，非線性編輯工具可直接訪問融媒體制作系統(tǒng)內(nèi)素材。用戶側(cè)可通過有線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)，并通過輕量化終端接入、使用邊緣節(jié)點(diǎn)側(cè)超高清非線性編輯工具對(duì)節(jié)目進(jìn)行制作。系統(tǒng)支持4K/HD 節(jié)目混合編輯并將編輯成果直接合成下載至終端本地，支持第二屏遠(yuǎn)程高碼率監(jiān)看，實(shí)現(xiàn)編輯工具的輕量化和移動(dòng)化。同時(shí)，在邊緣節(jié)點(diǎn)資源池部署核心后臺(tái)服務(wù)，與IBC形成異地雙活后臺(tái)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)IBC 后臺(tái)核心制作服務(wù)出現(xiàn)重大事故，可切換到邊緣云的后臺(tái)服務(wù)，保證直播系統(tǒng)正常運(yùn)行，不影響節(jié)目制作，做到異地災(zāi)備。邊緣云結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 邊緣云結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)新興媒體的崛起，電視體育報(bào)道邁向了多渠道、多平臺(tái)的融媒體時(shí)代。如何讓技術(shù)更好地服務(wù)于融媒體報(bào)道，是電視技術(shù)人應(yīng)該深入思考的問題。融媒體超高清制作系統(tǒng)的建設(shè)不應(yīng)該只局限于如何提高質(zhì)量圖像，保證節(jié)目穩(wěn)定性，應(yīng)該更多地切合實(shí)際需求，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，在保證公共信號(hào)穩(wěn)定性的同時(shí)，多點(diǎn)開花，滿足新媒體的需求，為融媒體的宣傳提供有力的保障。