新媒体融合直播生产系统在“央视新闻”两会直播报道中的应用.pdf

关键词IP 流转发机制 NDI 网络化 双链路异构备份新媒体融合直播生产系统在“央视新闻”两会直播报道中的应用摘要2023 年全国两会期间，新媒体融合直播生产系统承担了总台央视新闻新媒体对两会的开闭幕式及相关会议直播任务，同时还完成了两会特别报道两会你我他和央视新闻一年之计看两会等多档新媒体系列直播节目。本文针对新媒体融合直播生产系统的网络架构、NDI 网络设计、IP 信号延时及典型应用等方面进行介绍。作者 中央广播电视总台李明系统信号的统一调度和管理，对链路环节进行了优化，提升了信号分发效率，并针对系统功能架构、网络规划、融合制作切换、信号收录、节目监看以及协议转换服务器、编解码器等多个功能模块和设备进行了适配调改。在 2023 年两会报道期间，全方位保障了央视新闻节目的顺利直播。一 新媒体融合直播生产系统介绍 1.新媒体融合直播生产系统架构新媒体融合直播生产系统与总台集成发布平台及总控 IPDM 系统互联互通，通过信源任务单预约，实现信号汇聚，从而完成节目直播制作和播出分发。信号交互以 UDP 协议为基准，生产制作以NDI+Dante 网络化为核心、SDI 链路为辅助的融合直播生产模式。新媒体融合直播生产系统由信源汇聚、协议转换及调度、NDI 网络化制作、直播分发、信号收录、监看监控等六大生产模块构成，覆盖新闻新媒体直播制作的全流程管理，系统架构如图 1所示。其中信源汇聚及直播分发根据规范采用 UDP 协议，包括总控 IPDM 信号，以及通过集成发布平台中央广播电视总台新媒体融合直播生产系统实现了与新媒体内容生产分发平台新媒体信号分发的全链路、全流程对接，形成了新媒体融合直播生产1新媒体融合直播生产系统架构新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS0422.基础网络架构（1）基础网络规划新媒体融合直播生产系统采用核心交换网和扩展交换网相结合的网络规划方式。核心交换网使用两台华为 S5732 光电混以太网交换机堆叠做核心网络设备。扩展交换网采用一台 S5735 交换机，以双光纤线链路捆绑的方式分别级联到两台交换机上，实现物理端口扩展。核心交换网主要接入直播生产业务系统，包括协议转换服务器、编解码服务器、融合制作切换系统等核心制作业务。扩展交换网主要接入监听监看等业务。因在内网环境使用，3 台交换机均默认使用IGMP-V2 协议，开启 IGMP 和 IGMP snooping，可传输的背包回传信号、外场制作信号、景观信号和第三方平台提供的各类信源等。在新媒体节目融合直播制作中以 NDI+Dante 协议为基础，通过协议转换集群、NDI发现与管理、调度分发、NDI监听监看、Dante 音频制作等多个功能模块实现了全 IP 化直播生产技术模式。生产系统具备 500 路以上 IP 信号汇聚接收能力，支持并发 200 路 NDI 实时转换及生产调度能力，制作后的节目通过集成发布平台分发到央视新闻客户端、微博、微信视频号以及多家合作媒体机构，完成全流程的新闻新媒体直播，系统各环节均具备应急备份方案，有效地保障了从制作到播出的全链路直播安全。2基础网络框图Advanced Television Engineering043创造出支撑上层直播应用 NDI 协议所要求的网络环境，满足业务需要的同时，减少交换机性能的开销。NDI 为组播分发方式，基于 mDNS 协议进行相互识别和通信，在网内进行编码传输，数据流可实时共享及使用。为便于 NDI 发现和减少网络流量控制，通过 VALN 划分出制作和监看两个子网，使得制作与监看完全隔离，防止产生 NDI 数据流过多导致直播设备查找不方便的问题。考虑单独的音频生成制作，配置另一台 S5735 交换机用作音频系统的网络接入设备，演播室音频设备、调音台等均采用 Dante 协议接入该交换机。同时使用一台 S5735 交换机用作控制并管理系统内的接入设备，分别接入核心交换机、级联交换机和音频交换机，并开启 VLAN IF 三层接口，通过一台终端设备就可以同时控制交换机以及具备管理端口的所辖设备，方便对设备进行日常巡检及维护管理。控制交换机启用 ACL 访问控制策略，对 NDI PORT 进行禁用，以防止协议转换服务器 NDI 流量串道。上述交换机规划完全实现了管理流量和业务流量物理隔离，业务流量可根据不同需求、不同场景进行 VLAN 逻辑隔离。新媒体融合直播生产系统与总控 IPDM 系统、集成发布平台的IP信号交互通过各系统交换机对接，路由按照业务规划最小化接入新媒体融合直播生产系统内所辖设备，包括协议转换服务器、编解码服务器等核心设备。（2）网络资源监看新媒体融合直播生产系统通常重要直播时 NDI数 据 流 200 路 以 上，每 路 高 清 NDI 数 据 流 约 为100Mbps。因此，为保证生产系统的数据流正常传输，需要对交换机端口及直播设备网口吞吐量进行实时监看，以便发现网络丢包或网络阻塞，以及可能造成的直播安全隐患。系统使用 Zabbix 软件进行网络监看，通过 SNMP 协议添加网络交换机端口及需要实时监测的 NDI 设备。如图 3 所示为交换机 CPU、内存等硬件状态及 NDI 设备网口流量监看情况，可实时进行动态展现。3.NDI 网络化设计（1）设计方案NDI 网络化设计是新媒体融合直播生产系统设计核心。系统在接入信号及分发时均采用 UDP 协议组播方式，通常情况下，UDP 协议更适合于传输及分发，而针对节目的制作生产，尤其是直播节目则需要使用一种能够适用于视音频采集、包装、切换、播出等业务模式的网络协议。而 NDI 协议具备实时编码，可通过 IP 网络对广播级质量信号进行传输和接3网络资源监看新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS0444NDI 网络化设计框图收，同时具有低延时、帧精度、视音频实时发现与共享、交互与制作的特点，具备Tally 和双向通话等直播常用协议，适用于直播节目的制作。因此，系统以NDI作为直播切换的基础协议进行网络化设计。如图4所示，主要设计思路是将NDI网络化制作划分为NDI数据层、NDI 管理层、NDI 应用层三层架构。其中，NDI 数据层负责将 UDP 组播流通过协议转换集群转换为 NDI进行归一化处理，同时将制作完成的 NDI 协议转换为 UDP 组播流进行直播分发。协议转换集群根据信号特点采用高密度并行编解码技术，具备任务管理控制及监听监看功能。编码器承担实时编码功能，根据直播通道的视音频参数按照要求进行编码推送，同时可对分发通道进行实时监听监看。NDI 管理层负责NDI 数据流的统一调度及分发管理，包括 NDI 发现 机 制、NDI 矩阵调度等模块，按节目需求进行NDI 数据流的合理分配，减少网络内 NDI 流的数据量，节省网络带宽。NDI 应用层是指 NDI 网络化管理后的上层应用，即直播制作的主要业务模块，包括字幕包装、融合切换、插片制作、连线互动等。（2）NDI 发现机制通常情况下，NDI 使用 mDNS（组播域名系统）来创建 NDI 发现数据流，mDNS 基于组播方式实现，该服务要求本机标识自己并以组播方式发送消息，网内 NDI 设备都可以查看此消息并更新本地缓存，当需要该NDI 流时，使用缓存中信息进行 DNS 响应。此种默认 NDI流查询方式适合中小型 NDI 网络。在新媒体融合直播生产系统中，直播时线上 NDI 数据流通常在 200 路以上，而且大多由不同厂商的设备产生，由于各厂商使用的 NDI 底层版本不一致，且调用及查询 NDI 数据流响应各不相同。所以，仅通过 mDNS 方式会出现由于信号源过多 NDI 数据流响应慢的情形，从而影响 NDI 的个别信号源获取出现非实时的情况。因此，系统设计并使用 NDI Discovery 服务来自动发现NDI 数据流。如图 5 所示，该服务作为 NDI 源的集中注册表运行，并以单播方式运行于网内。部署两套NDI Discovery 服务互为主备，NDI 应用可以通过添加服务 IP 地址方式加入服务，在服务内的所有 NDI5NDI 数据流发现机制Advanced Television Engineering045应用都可以通过 Discovery 服务的方式发现域内 NDI数据流，也可以通过mDNS方式访问域外NDI数据流，但域外 NDI 设备或应用无法访问该服务，从而无法获取域内 NDI 数据流，保证了域内 NDI 资源的独立性及安全性。主备服务相互备份，当一方出现故障，不影响现有 NDI 数据流的使用及查询。（3）流转发机制新媒体融合直播生产系统主要的 IP 流信号包括总控系统 IPDM，以及集成发布平台的 UDP 组播流和 NDI 信号流等两种协议类型的直播流。以融合制作切换系统为例，重要直播时，通过协议转换集群将 UDP 协议转换为 NDI 协议，使用主备解码器将总控 IPDM（通常为频道信号）解为 SDI 信号，以NDI+SDI 双链路方式为基础将信号源进行配置，并接入融合切换台，由主备融合切换台进行制作后，经过二选一设备以 SDI 方式接入主备编码器，直播PGM 编码为主备 UDP 流送集成发布平台分发至播出端，完成一场直播数据流的转换。4.延时系统设计新媒体融合直播生产系统建设之初，考虑到央视新闻直播节目的重要性及安全性，设计并实施了具备信号延时能力的直播切换系统。如图 7 所示，系统采用一级切换和末级播出两套融合切换系统相结合的方式，使用一级切换完成延时前信号源的 选 切 及 审 看，末级播出完成直播 PGM 信号的总成播出。在链路设计上，系统使用SDI+NDI 双链路的方式进行设计，即主链路使用固态延时器并与主切换台以 SDI 方式进行信号传输，备路使用 IP 信号延时器及备切换台以 NDI 方式进行信号传输，主备两条完全独立的物理链路保证直播的安全稳定。在信号源方面，系统使用协议转换集群完成延时前信号源的 NDI 转换，保证信号源的安全稳定。当有不符合内容要求的画面或者一级切换设备异常时，均可以一键切换至备路设备接管节目制作。二 典型应用 1.两会你我他节目两会你我他是总台新闻频道两会期间一档重要的直播节目，直播形式是以总台新闻演播室为核心，与央广、国广、新闻新媒体形成四址连线的互动直播报道。新媒体融合直播生产系统负责新闻新媒体直播环节的技术支撑及保障。与新闻演播室视音频链路通过总控系统进行互联互通。新闻演播室视频信号通过总控 IPDM 转换为 SDI 供新媒体演播区主持人查看，声音通过电话耦合器接入通话系统返送主持人耳返。新媒体演播区视音频通过一级切换+末级播出的方式进行节目制作后通过主备切换台由总控返送新闻演播室。为体现新媒体制作的多样性，在新媒体演播区需要竖屏实时展现主持人手机内容、云连线画面及外接Pad内容等，演播区大屏需要滚屏显示观众评论内容。6NDI 融合制作系统流转发机制7延时系统设计（下转第 52 页）新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS0461.更先进的动态负载均衡功能本系统已经具备初步的动态负载均衡功能，可以根据 CPU 占用率、内存占用率、网络带宽占用率等多种判断因素，自动在预置的虚机资源池中选择新增组件进程拉起的位置。未来还将推进系统动态负载均衡功能向更智能、更环保的方向发展。努力通过合理计算逻辑、底层控制交互来实现根据资源占用情况动态调整虚机资源池大小的功能。从基座层面做到动态可缩放，减少预置虚机资源的占用。2.更敏捷的操作手感云制作系统在客户端操作时，不可避免地存在操作的粘滞感，这是基于视音频信号在网络传输层面的基础延时而客观存在的现象。在系统建设的过程 中，对 于 NDI、SRT、NDI HX、RTC、RTMP等协议，综合分析了视频信号质量、带宽需求、传输延时量、传输稳定性等多方面因素，根据不同的制作需求和场景，择优进行了选择和适配。随着编解码技术、传输封装技术的不断更新，未来的发展趋势必然向着高质量、窄带宽、低延时、小成本的多维度优化方向演进。这也必将提升操作手感的敏捷性。积跬步以至千里，汇小流以成江海。云制作系统是一个集合了云计算、云部署、视音频编解码、视音频制作、网络传输、网络安全的综合性系统。我们将密切关注相关领域的技术更新，随时跟进、快速迭代，利用技术侧的更新推进应用侧的改良。五 总结 本次基于融媒体云制作系统在 ITTC 的实战应用，直播全过程信号稳定；各工位远程操作顺畅；指令下发准确。该云制作系统架构的合理性得到了充分验证，实现了以边缘移动节点为基础，满足外场灵活节目制作的业务需求。从另一个角度看，该系统采用了全国产软件定义的实现手段，为全面实现总台“云边端”架构布局奠定了坚实的基础，为实时现场云制作系统的落地提供了支撑。使总台从传统节目制播模式向内容生产供给侧结构性改革转变的技术布局迈出了坚实的一步。因此，系统使用 NDI 小型切换设备进行上述内容的包装制作，通过矩阵及视音频转换设备完成演播区竖屏内容展现。为保证直播安全，系统采用视音频异构链路的应急切换设备进行安全应急，当两级切换均出现故障时，可以一键切换至应急设备，接管直播制作，保障了直播信号源的安全稳定。2.一年之计看两会节目为提升新闻新媒体两会节目直播呈现效果，央视新闻一年之计看两会节目将虚拟前置 AR 直播与云连线模式紧密结合，实时渲染 AR 单人植入、多人视窗连线、柱状图及文字板式数据实时渲染展现。在台内演播区搭建演播室环境并进行一级切换。演播区使用 4 机位拍摄，两台为佳能 R5C 相机拍摄全景及主持人特写，两台为 PTZ 摄像机，PTZ 通过控制面板进行远程操作，并提供双机位带移动参数的景别信号接入两台虚拟包装设备，完成双机位虚拟制作。云连线设备以 SDI 的方式输出连线嘉宾视音频信号提供虚拟设备进行渲染，渲染后信号经由矩阵调用至主备切换台进行切换。音频部分使用调音台进行包括主持人、云连线、小片等多个环节声音的处理，导播使用通话软件与融合直播生产系统导播沟通。为保证传输链路安全，经切换后的直播节目通过光纤及互联网双链路传送至新媒体融合直播生产系统进行包装播出。三 总结 新媒体融合直播生产系统与总台新媒体内容生产分发平台互联互通全链路，简化了网络架构复杂度，统一了新媒体直播流转换机制，实现了“央视新闻”新媒体直播资源的统一调度和管理，提升了新媒体直播制作效率。随着新媒体技术发展日新月异，新媒体融合直播生产系统也将紧跟技术发展的趋势，加强技术创新应用，不断优化和完善系统的技术保障能力。（上接第 46 页）新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS052