基于NDI架構的流媒體演播室制播平臺設計與實現

張文彬

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

0 引 言

在互聯網技術與媒體融合高速發展的今天，單一流程、單一出口的節目生產系統，在互聯網思維的貫徹、與新興媒體在內容、渠道、平臺、經營、管理等方面的融合等諸多領域存在著嚴重不足，已遠遠不能滿足當下的節目制作需求，落后于時代的發展。貴州廣播電視臺根據媒體品牌戰略目標和融合制播需求，擬在充分利用現有設備的基礎上，新建一個在全國具有較高競爭力和影響力的民生新聞類現象級流媒體制播平臺，實現集網際協議（Internet Protocol，IP）化多屏聯動、橫豎屏同播、遠程制作、云連線為一體的流媒體演播室，以適應新媒體技術創新應用和節目內容生產，全力推動廣電媒體供給側的改革。

1 系統概述

隨著貴州廣播電視臺新媒體直播節目形式的多樣化，傳統演播室制作系統已不能滿足多節目形態需求和制作要求。因此，為滿足新聞新媒體業務需求，需進行新媒體直播演播室技術系統的創新及改進。結合貴州廣播電視臺現有演播室實際情況，A606演播室是一個完善的傳統基帶高清新聞直播演播室，具備主備雙鏈路制作技術系統，以視頻高清矩陣作為基帶信號匯聚調度中心，只能滿足傳統媒體節目制作方式。通過全面的技術考察和詳細的方案論證發現，網絡設備接口（Network Device Interface，NDI）協議網絡化滿足新媒體制作IP流信號的轉換、調度分發、監看管理等技術要求。因此，貴州廣播電視臺決定將A606傳統新聞演播室改造成IP化流媒體演播室。

根據新媒體制作NDI協議網絡化技術特性需求，貴州廣播電視臺采購了支持NDI協議的廣播級流媒體現場制作設備、流媒體/基帶信號互轉設備、流信號匯聚輸入/輸出（Input/Output，I/O）網關設備、手機遠程連線設備以及遠程制作設備等，搭建基于NDI協議網絡化的多信號源匯聚與分發、多格式信號轉換、多功能制作方式等適應于媒體融合生產的流媒體演播室制播系統。整個系統設計采用NDI+基帶雙鏈路模式，以IP化淺壓縮形式進行新媒體節目制作，實現流媒體系統與傳統基帶設備充分融合。

2 技術系統總體架構

與IP化制作相比，傳統媒體演播室以串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）基帶視頻為基礎的節目制作，面臨著多信源采集、遠程互動制作、流信號共享及多平臺分發等方面的挑戰，難以滿足當前新媒體視頻制作的需要。因此，本文所述的流媒體演播室制播平臺技術系統總體架構采用NDI+基帶模式設計，搭建互為主備或獨立制作橫豎屏雙鏈路的流媒體演播室制播系統，主要由視頻技術系統、音頻技術系統、Tally系統、同步系統、監看系統及網絡系統等幾個部分組成。

2.1 視頻技術系統

整個視頻技術系統設計采用基于NDI+基帶雙鏈路視頻技術系統的節目制作方式，主要包含前端信號采集、NDI現場制作、末端發布以及后期制作，如圖1所示。

2.1.1 信號采集和發布

整個系統基帶鏈路主要用于前端信號源采集、信號調用指派、信號錄制發布以及畫面監看等，主要設備包括高清攝像機（包含相機）、高清藍光機、在線服務器、32×34高清視頻矩陣、固態高清延時器、幀同步機以及其他周邊設備如機箱板卡等。系統設計了5訊道橫屏攝像機+3訊道豎屏相機+2路本地藍光放機+2路外來基帶信號，利用傳統高清矩陣作為系統基帶信號匯聚調度中心。基帶矩陣輸入為各類SDI信號源以及流媒體切換臺輸出的基帶M/E/PGM/PVW，基帶矩陣輸出信號至NDI I/O網關和各基帶終端設備，如藍光錄機、艾迪普包裝機、監看屏、景觀屏（不包括電視墻）以及送播控光機等。最終，通過現場制作后，把主備基帶信號通過視頻2×1開關和高清延時器后送播、錄制、監看。

2.1.2 NDI現場制作

NDI是NewTek公司提出的網絡設備接口協議標準，具有超低延時、幀精度處理、多格式自適應、支持設備及數據流在局域網內相互自適應識別等優點。在傳輸視頻數據流以外，NDI協議還可同時攜帶多通道淺壓縮視音頻數據流及元數據信息，其流數據支持雙向收發，發送者和接收者均可通過局域網建立數據流信息共享[1]。

NDI現場制作是整個系統網絡化調度分發的技術核心，包括IP流信號的NDI轉換、NDI調度分發、NDI監看管理以及NDI互聯互通等技術環節[2]，采用兩臺萬兆以太網交換機、兩臺流媒體現場制作系統NewTek TC1切換臺、兩套流媒體/基帶信號互轉和信號匯聚I/O網關、兩套手機移動端遠程連線系統、NDI轉換盒若干以及NDI在線包裝機兩臺（可作為制作機、播出機、橫屏包裝機、豎屏包裝機）等。萬兆以太網交換機堆疊，作為NDI流信號匯聚中心，將所有基帶轉換后的NDI信號和流媒體設備NDI信號進行數據流匯聚，最終在NDI流媒體設備之間互相自適應識別數據流，進行NDI信號調用。流媒體現場制作系統切換臺是整個技術系統的核心設備，通過NDI I/O網關和NDI轉換盒實現基帶信號與NDI流信號的雙向轉換，在局域網內，能根據使用需求靈活調度、使用各類不同格式、不同制式、不同路由的NDI信號參與節目制作。手機連線系統通過手機端小程序將手機視音頻信號接入系統，實時輸出NDI流信號供流媒體制作系統切換臺調用，并返送一路演播室信號到手機端監看進行實時互動。最終完成節目制作后，直接通過流媒體現場制作系統切換臺進行網絡推流直播。

2.2 音頻技術系統

音頻技術系統采用了主備數字調音臺+流媒體制作系統內置調音臺架構進行設計，互相進行音頻信號輸送，同時滿足基帶雙鏈路加嵌送播和流媒體制作系統直接網絡推流直播。音頻技術系統架構如圖2所示。

圖2 音頻技術系統架構圖

2.2.1 數字音頻系統

數字音頻系統由數字主備調音臺組成。主調音臺為YAMAHA DM1000數字調音臺，可輸入28路音頻信號，其中20路為模擬音頻，8路為數字音頻。備調音臺為YAMAHA 01V96模擬調音臺，可輸入24音頻信號，其中16路為模擬信號，8路為數字信號。主備數字調音臺主要是作為音頻信號源采集、控制、輸出單元和監測單元，整個音頻系統設計4路有線話筒和4路無線話筒，兩路流媒體音頻信號，3路高清藍光放像機信號，3路艾迪普在線包裝信號，兩路外來幀同步信號，兩臺雙通道電話耦合器。主備調音臺輸出數字音頻信號經過數字音頻2×1開關后，雙路送至音頻板卡與視頻信號加嵌送播，輸出模擬音頻信號供錄制設備、流媒體設備及擴聲設備使用。

2.2.2 流媒體制作系統內置調音臺

流媒體制作系統內置調音臺有16路信號源音頻通道可獨立控制，線路音頻輸入4路，線路音頻輸出2路，可進行輸入輸出音頻路由自定義和視音頻跟隨設置。系統接收來自主備數字調音臺指派的線路音頻信號，經過內置調音臺控制、路由分離設置、加嵌后進行網絡推流直播，并輸出外來IP流音頻信號到主備數字調音臺參與節目制作。

2.3 監看系統

整個監看系統設計包括導播間電視墻、豎屏制作區監看、演播廳返看以及景觀墻顯示。電視墻監看信號分為兩組，Kaleido畫面分割器輸出3路監看信號，其中1路畫分作為SONY視頻矩陣基帶信號調用畫分顯示，另外兩路分別是節目視頻信號（Program，PGM）和預覽畫面（Preview，PVW）信號畫分顯示。作為流媒體核心設備的NDI切換臺、NDI I/O、遠程連線設備都具有獨立的操作界面顯示，既是技術操作界面，也是應急切換界面，通過高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）畫分矩陣調用到電視墻上進行監看。

導播間內設置豎屏節目制作區域。豎屏制作區設置3塊顯示屏。其中，1塊縱置，顯示流媒體制作系統豎屏PGM信號監看；另外兩塊橫置，分別顯示流媒體制作系統自帶的豎屏畫分輸出顯示，其中1塊是操作界面，可直接使用鼠標鍵盤進行操作，另外一塊只是豎屏畫分監看。

2.4 Tally系統

傳統Tally技術系統是直接通過傳統切換臺觸發通用輸出（General Purpose Output，GPO）信號進行Tally顯示，流媒體現場制作系統不能直接觸發GPO信號，無法直接顯示Tally狀態，需在制作系統設備上安裝TritallyPro軟件，將Tally控制信號轉換為GPO信號觸發攝像機Tally顯示。縱置相機豎屏Tally信號顯示是通過NDI轉換盒接入核心交換機，Tally信號通過NDI數據流控制信號網絡傳輸至NDI轉換盒上進行Tally顯示。

2.5 同步系統

整個系統使用兩臺TG700同步信號發生器，通過ECO800同步倒換再進入同步分配板塊，對所有接同步信號設備同步鎖相，其余同步信號分別接入不同的接口板，供未來增加設備使用。

2.6 網絡環境

整個系統建立在臺業務網絡架構下，并對系統使用的網絡環境進行穩定性、安全性和可靠性等全方位的測試，預留相應網絡擴容空間，可根據節目需求不斷擴充網絡系統規模。系統內設計兩臺交換機進行堆疊處理，組建雙鏈路NDI流數據局域網。兩臺核心交換機分別接入一路來自不同鏈路的臺專線業務網，確保網絡入口冗余備份，將演播室內各新媒體網絡主備系統單獨分開接到不同核心交換機上，確保網絡環境安全備份。各業務模塊都是基于局域網實現NDI數據流調度和互聯互通，同時提供新媒體網絡、推流直播網絡安全保障。

3 系統技術亮點

整個系統設計實現了包括橫豎屏制作、手機遠程連線互動、NDI網絡化互聯互通、NDI信號的協議轉換等在內的多種直播技術應用，具備新媒體橫豎屏制作分發能力、低延時遠程互動制作能力、NDI網絡化調度管理能力以及新媒體融合制作能力。

3.1 橫豎屏制作

在新媒體技術日益成熟的時代，以垂直視角讓人們關注真正重要的信息，強調信息的輕量化輸出，使用戶獲取信息更快速、直觀，成為網絡直播的一種趨勢。從傳統“橫屏”到“豎屏”，不僅僅是內容比例從16∶9變到9∶16，視聽語言、敘事思維、內容創造思維也發生了變化。豎屏視頻的垂直框架敘事要求視頻創作者打破根深蒂固的敘事思維，重新構建全新的豎屏構圖及敘事理論體系[2]。因此，系統設計橫豎屏同步制作時，保留原有基帶設備和橫屏機位用于橫屏節目制作。通過安裝L型快裝板，將相機架成豎屏拍攝的方式；新增NDI協議轉換盒，將豎屏信號轉換成NDI流信號供豎屏制作系統調度使用。流媒體制作系統同時建立非標準視頻寬高比（如9∶16豎屏和方形視頻）以及普通橫屏視頻寬高比（16∶9）制作工程進行橫豎屏高質量節目制作，并配備獨立橫豎屏輕量化字幕包裝設備，實現移動端橫屏和豎屏同步在不同新媒體平臺的直播呈現[3]。

3.2 手機實時連線互動

實時互動性是新媒體區別于傳統媒體的最明顯特征。新媒體的誕生為受眾與傳播者之間、受眾與受眾之間搭建起即時交互的平臺，從中衍生出豐富多樣的互動方式。互動已經成為新媒體直播過程中增加觀眾黏性、提高留存率的重要手段。互動性如何實現，一直是困擾傳統電視人的難題。結合A606流媒體演播室技術系統設計的全NDI化和易拓展特性，貴州廣播電視臺搭建了兩套專業多通道遠程手機實時視頻連線互動系統，支持同時接入4～16路手機信號或者計算機端音視頻信號及1路本地主持人返送信號。并且，每路遠程信號都以NDI流信號方式獨立輸出，可以提供無距離限制、無干擾和高清視頻質量的網絡互動場景，應用于海內外記者連線、突發事件報道、視頻電話會議以及遠程教育培訓等場景。通過微信小程序快速接入，以NDI數據流的方式接入A606流媒體制作系統，實現低延遲、高效率的實時互動[4]。

3.3 NDI協議轉換和互聯互通

流媒體制作系統是基于臺業務網獨立制作局域網進行搭建。系統采用NDI協議網絡化架構設計，在制作局域網絡內可進行NDI流信號自適應識別，支持NDI流媒體設備之間、演播室之間的數據流傳輸調用。對于傳統演播室，可以利用NDI協議轉換設備將傳統演播室信號打通，將各種基帶信號轉換為NDI網絡信號，實現NDI網絡內所有NDI設備信號資源的實時共享和互聯互通，極大地提高了新媒體直播的信號調度分發、輕量化包裝及媒體播放等工作環節的制作效率。

3.4 安全性、穩定性和易擴展性

整個流媒體制作技術系統設計為NDI+基帶雙鏈路架構，所有設備均采用主備冗余安全備份，無論是作為基帶核心的視頻矩陣出現故障，還是作為NDI流媒體制作核心的設備出現故障，每個節點和鏈路都有互為主備的信號來源，都能保證演播室具備應急運轉的能力。供配電安全方面，傳統基帶設備和萬兆核心交換機皆為雙冗余電源，單電源主備流媒體設備則采用分別接入不同不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）的方式規避電路故障風險。

在擴展應用方面，系統基于NDI協議網絡化架構設計，在局域網內，只需支持NDI協議，硬件設備都可以實時獲取和識別所有NDI數據流信號。對于傳統基帶設備，只需要增加一個簡單的NDI轉換盒，就可以實現信號NDI網絡化，也可以借助NewTek官方開放的NDI工具進行NDI信號的調度和集中管理，滿足日常節目制作中對外快速擴展需求。

4 新媒體節目制作模式

流媒體演播室直播平臺建成后，投入到多樣化民生新聞類現象級新媒體節目制作中，為貴州廣播電視臺新媒體節目制作提供有力的技術支撐和服務保障，在新技術創新性和實用性上得到有效實踐，主要有橫屏和橫豎屏節目制作模式等。

4.1 橫屏節目制作

橫屏節目制作，備流媒體制作系統通過NDI流信號調用主流媒體制作系統主PGM進行聯動，主備制作系統PGM信號經過2×1開關分別送主備信號到總控，最終由總控推流主備信號到播出端進行網絡直播。另外，主備制作系統也可單獨分別網絡推流到播出端進行網絡直播。制作重要節目時，系統內所有設備則是雙機互為備份的工作狀態，流媒體制作系統可以通過切換面板進行雙機同步切換。主備制作系統參與節目的所有信號和場景必須保持一致，最終同樣通過送總控推流到播出端進行網絡直播，也可單獨分別推流到播出端進行網絡直播。

4.2 橫豎屏節目制作

橫豎屏制作時，技術系統采用一套流媒體制作系統建立為橫屏模式、另一套建立為豎屏模式，橫屏制作系統直接輸出PGM基帶信號通過視頻2×1開關和高清延時器后送播，或者通過橫屏制作系統直接進行網絡推流直播。而豎屏制作系統通過豎屏制作系統直接進行網絡推流直播到抖音、快手、視頻號等播出端進行豎屏網絡直播[5]。字幕包裝系統則由兩臺NDI通用軟件包裝機分別提供橫豎屏個性化包裝信號。整個演播室部署主備核心交換機和子母無線路由器，供所有演播區域內無線投屏使用，并通過NDI I/O網關與高清視頻矩陣實現投屏信號所有設備均能調用，滿足橫豎屏同步制作需求。

5 結 語

流媒體演播室制播平臺主要應用于貴州廣播電視臺現象級民生新聞節目網絡制播，有效地滿足現象級民生新聞多種信號匯聚、多屏聯動制播生產、多網絡信號源調用、多信號格式轉換等全媒體節目制作業務需求，實現橫豎屏、大小屏同步制播和分發，實現低延時、高質量、聲畫同步等雙向遠程直播連線互動，實現NDI流信號的協議轉換、調度管理及分發等。系統具備遠程節目制作能力，滿足多場景、多景別快速呈現，具備輕量化NDI字幕包裝、NDI數據流共享、NDI實時監看錄制等功能。隨著新媒體技術的不斷創新和發展，5G、4K、虛擬制作、人工智能、AIGC等技術手段正在推動著媒體改革和創新，這也是貴州廣播電視臺在媒體融合改革和技術創新應用上的一大舉措，為貴州廣播電視臺在今后新技術探索和應用上建立新媒體環境下的實戰演練基地。