臺網融合探索高清節目直播新模式

潘杰 鎮江文廣集團

1. 項目背景

2018年我臺的融媒體事業發展取得了長足的進步，節目與技術的轉型獲益良多，多個融創類節目蓬勃發展，采用新模式、新技術、新渠道，結合兩微一端擴展節目的制作與宣傳，取得了豐碩的成果。為適應融媒體發展，自主研發適合廣電特色的APP客戶端，融合民生、新聞、視頻直播、政務服務等基本需求，根據用戶的反饋進行不斷完善。

目前，電視臺作為公眾媒體，無論是傳統媒體還是新媒體，所承擔的社會責任都是為社會和大眾服務。但是，電視臺只是節目的制作端，網絡公司才是傳輸和用戶使用端，這樣就割裂了用戶與內容快速有效的連接，用戶對節目的喜惡無法及時反饋給制片人，更別提對于內容直接的互動及參與。電視臺的節目如何通過網絡提供更好的服務，以及如何實現交互，把節目推送到用戶終端，已經是迫切需要解決的問題。

《法制進行時》欄目是我臺法制類的主打節目，曾獲得全國法制類的優秀節目。該欄目形式多樣，內容精彩，收視率常年排在全市前列。但在互聯網視頻的沖擊下，也是每況愈下，按照過去僅在電視端直播的方式已經無法適應時代發展和用戶需要。為順應融媒體發展的大潮，欄目打破傳統邊界，開拓思路，積極進取新的領域，開始探索互聯網發展之路。從去年開始該欄目增加了庭審在線直播項目，可以在手機端、電腦端、電視端多渠道收看節目。從行業內走向全社會，關注外部效應，并通過邊界的延伸盡量把外部效應內部化，通過臺網協作模式開展“媒體+產業”“內容+渠道”促成新興產業形態的核心趨勢。

2.項目流程設計與關鍵性技術分析

此次的法院庭審網絡直播項目，采用了多場景、多信號的聯動直播方式。主場景設置在法院庭審現場，輔助場景包括三個地點：包括電視演播室的專家解讀；戶外公交車上的市民采訪；公交公司內的遠程收看司機專訪。信號傳輸方式采用HD-SDI+網絡專線+4G的方式，實現多信號的終端匯聚切換，最終推流到APP平臺實現直播互動。

2.1 直播技術流程設計

直播采用的技術流程為：視音頻信號采集 —＞視音頻信號處理—＞編碼和封裝—＞推流到服務器—＞服務器流匯聚分發—＞客戶端播放

圖1 項目總體設計

2.2 項目主要設備選型

視頻信號采集使用SONY PXW-X280高清攝像機，通過HD-SDI接口傳輸視頻信號，基于SMPTE串行鏈路標準，通過75歐姆同軸電纜傳輸未壓縮的數字視頻，可輸出1080/50i信號，采用三片 1/2 英寸Exmor CMOS 成像器，滿足高靈敏度和低噪聲性能，同步錄制采用雙 SxS 存儲卡槽。

4G信號傳輸使用捷成優聯M-live V820便攜式傳輸設備、接入服務器、解碼服務器及推流服務器。支持HDMI、HD/SD SDI和AV音視頻輸入接口。接入服務器支持雙機熱備，解碼服務器和推流服務器支持集群部署，支持多路推流分發能力,可滿足大規模應用場景下對多終端的同時接入、同時信號輸出。通過實時IP流直播、高質量無損延時直播等工作模式，支持外場多種應用場景。在直播的同時，可以通過雙碼流功能在本地緩存高質量無損音視頻文件，支持打點回傳。

移動直播機使用紅云Butel導播臺，支持四路SDI、HDMI、DVI輸入，兩路SDI/HDMI視頻輸出，支持直播PGM信號輸出，支持硬件SDI、HDMI、DVI采集視頻環出。采用6路4G上網卡+WIFI+以太網絡同時傳輸。支持兩路獨立音頻信號的輸入輸出。該設備可實現12路信號源的預監與切換，多個信號源混屏輸出。支持1080P高清編碼與傳輸。支持字幕、臺標、二維碼、H5場景（節目預告、抽獎互動、贊助鳴謝、移動聊天等）。支持網絡推/拉流技術。最多可實現4路同時推流，8路RTSP/RTP/RTMP協議的網絡視頻流接入。支持HTTP協議、HLS的Live直播式的視頻傳輸流。支持雙碼率本地直播錄制，高清/標清隨需設置。智能糾錯機制，在丟包率30%的情況內，能通過算法還原正常畫面。

2.3 關鍵核心技術分析

此次項目最關鍵的難題是高清信號如何通過網絡達到廣播級要求的高質量傳輸，實現直播優化、低延時、秒開等技術。涉及的主要指標參數有：網絡傳輸協議、封裝格式、視音頻編碼格式、終端優化等。

2.3.1 信號源分析

攝像機使用的HD-SDI接口是一種用于視頻實時傳輸的串行數字接口，基于SMPTE292M串行鏈路標準，通過75歐姆同軸電纜傳輸的未壓縮數字視頻。信號用74.25MHz取樣，Y信號、CB、CR信號各取樣一次。一個樣點包含兩個分量數字信號（CB、Y）或（CR、Y），數據寬度為20比特。將此數據轉換為串行數據，即構成串行傳輸信號，可以算出其傳輸速率為：74.25MHz × 20 = 1.485Gb/s。HDSDI信號除了有效視頻信號之外，在視頻信號消隱區間里還疊加有其他信息，如有效視頻的起始點和終止點EAV/SAV、冗余校正碼CRC、行數信息LN、輔助數據ANC等信息。

2.3.2 編碼格式分析

目前廣電領域大部分使用的還是傳統攝像機，這種攝像機輸出的視頻并不是流媒體，數據龐大，傳輸碼率高，不適合在網絡長距離傳輸，也無法賦予IP地址。因此需要視頻編碼器來對這種攝像機輸出的視頻進行編碼，降低傳輸速率以適合網絡傳輸，同時可以設置IP地址，實現推流功能。

采用H.264編碼方式，是高清時代最基本的選擇。H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像，輸入的視頻信號質量越高，編碼后的品質也越高。在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。

H.264編碼器的主要指標有：支持的分辨率和幀率、編碼延時、編碼碼流兼容性、碼流控制精度等。目前大部分編碼器都支持分辨率1920×1080 50i，幀率為25幀（PAL），編碼延時在200毫秒以上。

H264標準的主要特點如下：

（1）低碼率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。

（2）高質量的圖像：H.264能提供連續、流暢的高質量圖像（DVD質量）。

（3）容錯能力強：H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具。

（4）網絡適應性強：H.264提供了網絡抽象層（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸（例如互聯網、CDMA、GPRS、WCDMA、CDMA2000等）。

2.3.3 信號傳輸方式分析

HD-SDI使用原始視頻數據進行傳輸，不對視頻信號進行壓縮處理，實現實時傳輸視頻信號，不會造成圖像延時，畫質無損。速率在1.5Gb/s時，使用L-5CHD型號電纜，傳輸最大距離128米。

網絡有線傳輸采用專線連接方式，帶寬上行最高可達100Mbps，基本無延時，信號傳輸穩定。網絡無線傳輸高清視音頻信號采用4G技術，要實現可移動、低延時、高質量的要求，采用新一代TDLTE無線寬帶通信標準，實現高帶寬、高質量傳輸，最高上行可達15Mbps。具有高速度、低時延、國際化的特點。

2.3.4 傳輸協議分析

目前國內視音頻直播使用的網絡傳輸協議，主要是RTMP、RTSP和HTTP。其中RTMP基于TCP協議，可以保證視頻質量，而RTSP基于UDP協議，可以保證傳輸速度，各有優缺點。其中RTMP主要特點如下：

（1）Adobe支持得很好

RTMP實際上是現在編碼器輸出的工業標準協議，基本上所有的編碼器都支持RTMP輸出。尤其是Windows瀏覽器基本上都支持Flash，而Flash又對RTMP支持得非常好。

（2）適合長時間播放

因為RTMP支持的很完善，所以能做到flash播放RTMP流長時間不斷流。同時對于流媒體在客戶端的應用穩定性也相對較好。

（3）延遲較低

比起使用UDP協議（延遲在1-3秒），RTMP延遲算大的，比起HTTP流的延時（一般在10秒以上），RTMP又可算是低延時的。一般的直播應用中，RTMP延遲是可以接受的。

（4）累積延遲

RTMP有個弱點就是累積誤差，原因是RTMP基于TCP不會丟包。所以當網絡狀態差時，服務器會將包緩存起來，導致累積的延遲。待網絡狀況改善，再一起發給客戶端，造成客戶端的緩沖區很大。而目前采用的解決方法是斷開后重新連接。經過測量發現，在網絡狀況良好時：RTMP延時可以做到0.8秒左右。

2.3.5 其他功能參數測試

（1）資源質量參數預估器

這里提到的預估器主要是提供帶寬、CPU和幀率等信息，它可以從各種不同的維度獲取數據。并且可以將數據匯總起來用于估算用戶的可用帶寬值和CPU計算能力，輸出時采用ABR做出判斷。

（2）ABR 切換控制器

它是多媒體引擎中最為關鍵的部分，也是最容易被人忽視的一部分。控制器在讀取預估器輸出的帶寬和跳幀數等數據之后，使用自定義算法根據這些數據做出相應的判斷。從而告知流播放引擎是否需要切換視頻或者是音頻的質量。

圖2 網絡直播技術分析

對于視頻直播網絡傳輸系統而言，帶寬、跳幀數、延時和卡頓等問題都是影響用戶體驗非常重要的指標。要想在互聯網領域獲得長久發展，就要從研發過程開始，避免和解決影響用戶體驗的問題，只有這樣才能真正滿足用戶需求，從而建立起優質的視頻直播網絡傳輸系統。

3.項目實施情況反饋

此次庭審直播由于多個地點、多種傳輸方式，使得直播流程的指揮協調顯得尤為重要。根據節目臺本，由總導演指揮各現場的進行情況，視音頻信號傳輸基本穩定。庭審現場和公交公司的網絡采用專線連接，上行帶寬可達100Mb左右，基本滿足在H.264編碼壓縮后視頻的高質量傳輸。

節目進行中的主要問題是戶外4G信號的傳輸，由于公交車是一個移動場景，行駛過程中接收基站會不斷自動切換，造成信號傳輸出現靜幀、花屏的問題，所以在直播中要求車輛的行駛速度不能過快，盡量緩解信號切換時的連接問題。

由于直播流程復雜，多機位、多場景的切換頻繁，采用內外兩級雙導播方式，一個負責庭審現場的切換，一個負責終端信號的切換。由于信息傳輸有延時的問題，在場景切換的時間把控上較難準確把握，例如庭審現場的延時大概在2-3秒左右，公交公司的延時大概4-5秒左右，而公交車上的延時接近7-8秒，這些在直播的銜接中就顯得尤為明顯。

從終端顯示畫面可以看出，各現場的視頻傳輸質量略有差異，基本上固定場景傳輸的信號較好，達到高清直播的視音頻要求。唯一缺陷的就是移動場景的4G信號，視頻質量較難保障，主要受制于目前技術水平。相信不久的5G網絡能較好解決該問題，實現全高清化實時直播。

4.項目前景展望

圖3 直播中信號傳輸情況匯總

當下可能是電視臺向網絡發展的最佳機遇期和最后窗口期。一方面，電視臺傳統媒體內容的影響力和收視份額不斷下降，對下游渠道的吸引力和引流價值慢慢減弱，處于由線性向非線性轉型的最后窗口期，急需離開現有平臺建立新的業態模式。同時，在電視臺頻道還具備一定入口價值和引流價值的背景下，必須把握最后的機會，關注IPTV、5G、AI、VR、OTT等影響未來發展的趨勢，不斷更新和轉移內容平臺價值和吸引力，提高內容與服務的本地化和差異化。

未來UHD+HDR攝像機，搭配H．265編解碼技術和AI、VR技術，再通過5G網絡的高質量傳輸，網絡直播市場規模將迅速擴大，業務模式更加多元化，內容更加豐富、更加精彩。另外，臺網直播互動平臺還可以為精準廣告、電視電商、“媒體+產業”提供可能性，增強用戶粘性，提升電視收視率和影響力。

從長遠看，廣電行業的根本出路在實現高效連接和平臺化重聚，向智慧媒體演進。只有用戶深度參與的媒體才是真正的融媒體，無論是“引導群眾”還是“服務群眾”，最終的核心都是用戶運營。