多場景視頻直播與即時通信融合交互路徑探討

嚴禮明，庹明生

（十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000）

0 引 言

湖北省十堰市地處秦巴山區，經濟發展任重道遠。自2021年5月開始，十堰市每月舉辦一次重大項目集中開工活動或重大建設項目拉練活動，活動采用“1+9”模式開展，即設立1個主會場和9個分會場，分會場信號全部接入主會場，主會場信號以視頻直播方式同步分發分會場[1]。此外，主會場以即時通信方式與各分會場交流互動，這種交互傳播方式替代了以往的實地集中觀摩方式，極大程度地降低了行政成本。

新開工的重大建設項目所在地基本屬于廣電光纖傳輸線路盲區，利用無線傳輸技術也無法滿足多點聯動和即時通信需求。廣播電視播出機構如何兼顧多場景（多會場）互動直播與即時通信融合交互需求，提供安全、暢通、穩定且即時的高清音視頻解決方案，事關重大政務活動的保障能力。筆者通過已參加的全省聯動的重大項目集中開工活動，經過多場次的反復驗證優化，總結了簡單易行的技術方案。

1 系統框架的構建

多場景互動直播系統構成如圖1所示。

圖1 十堰市重大項目集中開工多場景互動直播系統

依托互聯網，以電信專線光纖寬帶為骨干鏈路，運用TVU網絡傳輸系統解決分會場信號上行問題，運用實時流協議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）編碼器直播推流解決主會場信號下行問題。TVU網絡傳輸系統和推流編碼器將各個會場的導播系統、音視頻系統關聯起來，構建主要系統框架。寬帶網絡擁有獨享式電信專線光纖寬帶兩條，需提供兩個及以上公網IP地址。TVU網絡編解碼傳輸系統可傳輸廣播級高清音視頻信號，支持有線方式和無線方式同時工作。RTSP編碼器低延時推流傳輸廣播級高清音視頻信號，遠端利用媒體播放器拉流即可解碼輸出高清音視頻。輔助音視頻系統包括各會場LED大屏、音響擴聲系統及導播系統等[2]。

2 技術方案實施

2.1 平臺互動方式

主會場與分會場能夠無障礙交流對話，互動交流的雙方可以自行調整各自看到的大屏幕內容，可以是主會場的直播畫面、分會場畫面或者雙方同時顯示的拼接畫面，此外，通過現場音響能同時聽到己方和對方的交流對話聲音[3]。

2.2 平臺視頻鏈路

上行鏈路中，分會場數字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）高清合成信號接入TVU One背包（網絡傳輸發射機），經過特殊高效的HEVC（一種視頻壓縮標準，用來替代H.264/AVC編碼標準）編碼，由互聯網傳輸至主會場TVU網絡接收服務器。TVU網絡接收服務器解碼后輸出可滿足播出標準的高清SDI信號。該SDI信號經解嵌，音頻信號輸入主會場混音調音臺，視頻信號輸入主會場導播系統。

下行鏈路中，主會場SDI高清視頻信號接入網絡編碼器生成RTSP協議流地址，各分會場利用媒體播放器（例如VLC、RealPlayer、PotPlayer、KMplayer等）從指定網絡地址拉流打開直播信號，媒體播放器輸出高清音視頻信號分別進入音頻系統和導播系統。

2.3 平臺音頻鏈路

由于各會場的音響、大屏等舞臺設備大多是租賃的設備，且各地經常會更換設備公司，因此溝通協調難度較大。為了確保直播信號安全可控，在主會場增設混音調音臺，負責主會場和所有分會場音頻信號混音分發工作[4]。各分會場音頻信號經TVU網絡發射機傳送給主會場，解嵌后的音頻進入主會場混音調音臺，經混音編組后一路送主會場現場擴音，另一路經推流編碼器右聲道發送給各個分會場。

2.4 音視頻鏈路重要說明

軟件會議系統成本低、易實現，但是在融合交互擴聲時極易出現聲音經主會場到分會場再到主會場的反復循環傳輸現象，通過即時開關控制調音臺推子的技術門檻較高。通過試用硬件會議系統，其自帶回聲消除功能，具有獨立的音視頻輸入、輸出接口，可有效避免聲音反復循環傳輸的問題。視頻畫面有多重組合模式可選擇，操作方便靈活。在資金充足且對信號質量要求不高的情況下，互動交流建議采用簡便快捷的硬件會議系統。但是對于多會場的重大項目集中開工活動而言，會議系統總體造價偏高、日常使用率低，而且音視頻信號達不到播出標準。

此時可以采用價格低廉且性能卓越的RTSP網絡編碼器，低延時推送高清音視頻信號。主會場和所有分會場音頻信號分別編組輸入編碼器左、右聲道推流，各分會場通過媒體視頻播放器（例如VLC、KMPlayer等）接收到直播信號，輸出立體聲音頻信號。分會場參與對話時，調音臺關閉播放器輸送來的右聲道（分會場聚合信號）音頻不進行再次擴音，只留下左聲道（主會場信號）的音頻擴音。在對話時，主會場下行信號和分會場上行信號都是單向傳輸，完全避免了本地送出的聲音再次回傳形成反復循環傳輸現象。沒有參與互動對話的其他分會場收看直播，可以同時打開視頻播放的左右兩個聲道擴音進行觀摩[5]。

各縣市區播出機構大多配置有TVU網絡傳輸設備，每次全市聯動的重大活動中，各地不需將自己的服務器送到主會場，主會場也不需將TVU網絡發射機送到分會場。TVU管理后臺遠程操作，將各縣市區TVU網絡發射機配對到主會場的TVU服務器，這樣分會場信號就可直接發送到主會場服務器。由于TVU網絡傳輸設備和RTSP編碼傳輸設備都可以傳送廣播級高清音視頻信號并將延時控制在1秒以內，因此即時通信融合交互無障礙。即使在特別偏僻遙遠的新建設工地分會場，只要有4G網絡信號，僅使用1臺TVU One背包、1臺便攜攝像機再加上1臺安裝多媒體播放器（Video LAN Client，VLC）的手機即可完成該分會場互動視頻直播任務。

3 核心系統與設備介紹

3.1 TVU網絡傳輸系統

TVU網絡傳輸系統包括TVU ONE背包（有線、無線網絡發射機）和TVU網絡接收服務器，實物如圖2和圖3所示。

圖2 TVU ONE背包

圖3 TVU網絡接收服務器

TVU網絡傳輸系統的特點如下。

（1）IS+專利技術。TVU具有Inverse StatMux Plus（IS+）專利技術，解決了4G網絡中的帶寬問題和服務質量（Quality of Service，QoS）障礙。IS+將一個單一的信號源通過反向復用多個信道進行傳輸，然后在接收端重新聚合。一個視頻流被分割成多個小的數據包，這些數據包能通過所有可用的連接來傳輸。IS+監控每個連接的帶寬，并根據每個連接的可利用率來傳輸對應數量的數據包，在接收終端經過糾錯后重新合并。

（2）多網聚合。同時聚合12路網絡帶寬，包括 1個內置以太網接口、1個內置2.4 GHz或5 GHz WiFi、6個4G SIM卡槽以及4個U盤擴展接口（可插接4G無線網卡）。只要4G信號能夠覆蓋的地方，TVU設備的網絡帶寬、穩定性都能夠得到充分的保障。

（3）超長待機。TVU ONE內置充電鋰電池，可正常工作2.5 h以上。通過增配外置電池，可以使背包工作時間達5 h以上。此外可接通交流適配器，實現持續不斷電工作。

（4）傳輸穩定。TVU ONE采用智能動態比特率（Variable Bit Rate，VBR）編碼技術，編碼碼率可以根據網絡帶寬實時調整。采用多鏈路混合捆綁技術，可以在運營商基站切換時獲得更穩定的傳輸帶寬，在網絡情況不理想的情況下也能夠保證音視頻傳輸的可靠性和流暢性。

（5）超低延時。TVU ONE端到端的傳輸延時在網絡狀況良好時最低可達0.5 s。

（6）雙編碼器。發射機工作時，雙路編碼器自動運行，在進行高清視頻直播傳輸的同時對視頻進行編碼，即一路進行編碼傳輸、一路進行高碼率錄制，并直接儲存在發射機內置硬盤中。即使在直播傳輸網絡阻塞的情況下，也不會造成任何視頻的丟失。TVU網絡接收服務器可以通過其下載功能從TVU發射機遠程查看或提取已錄制內容，而發射機則支持H.265編碼和H.264/H.265編碼切換。

（7）操作便捷。功能豐富，一鍵啟動，無需現場配置，按下電源鍵即可使設備在30 s內完成啟動。內置一塊3.5英寸16∶10的LCD 觸摸屏，可實現本地視頻窗口監看與控制。

（8）遠程管理。所有TVU設備只要在聯網狀態下，就可以使用移動智能設備/PC遠程監看與管理，在后臺實現功能設置、參數調整、設備升級等各種管理操作。

3.2 RTSP編碼器

RTSP編碼器實物如圖4所示。

圖4 RTSP編碼器

RTSP協議是應用級實時流傳輸協議，是TCP/IP 協議體系的一個應用層協議，公網傳輸方便，可對多個流進行集合控制。接收端不用添置硬件設備，使用電腦上的媒體播放器拉流即可實現信號接收。RTSP編碼器具有HDMI和SDI頻接口，可輸入、輸出高清或4K視頻信號。此外，其還擁有3.5 mm音頻輸入接口與輸出接口，可輸入或輸出立體聲音頻信號。

RTSP編碼器支持H.264和H.265高效編碼，支持開源低延遲視頻傳輸協議（Secure Reliable Transport，SRT）、實時消息傳輸協議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、用戶數據包協議（User Datagram Protocol，UDP）等流媒體協議，支持任意多個平臺同步直播推流，可對每個通道進行單獨配置。此外，支持RTSP、RTMP等格式的網絡流輸入解碼、重編碼、導播等。其管理較為方便，可連接PC進行后臺管理，實時監看通道網絡狀態、端口狀態以及各通道推流狀態。

4 活動安全問題與解決

（1）配電安全。現場音響、LED大屏幕、高清轉播車等電力需求大，為了避免出現跳閘斷電現象，各地供電部門需要為活動現場提供安全、穩定、充足的交流供電保障。若要進行電視直播，核心設備需要配備不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）。

（2）網絡安全。運營商需要為主會場提供穩定可靠的主備網絡接入，同時提供兩個及以上公網IP地址。

（3）現場設備安全。由于各會場舞臺設施多是臨時租賃，因此提供舞臺設施的第三方公司必須配備專業級擴音調音臺、專業級話筒、USB聲卡、筆記本電腦、LED視頻處理器等，同時重要設備必須有備份，LED顯示屏需要有環路信號輸入備份。

（4）現場技術安全。主會場必須有一名技術主管，對各分會場相關人員進行技術培訓和技術調度，主、分會場使用統一的技術方案和技術標準。

5 結 語

經過多次實際應用，多場景互動直播與即時通信融合交互系統方案既能解決互動交流問題，又能使傳播的信號達到廣播電視播出標準，簡便易行、安全可靠。該系統方案的制定，能夠為類似活動場景的構建與活動的開展提供一定的借鑒和參考。