融媒体云制作系统在ITTC研讨会的探索应用.pdf

关键词融媒体云制作 新媒体直播 业务转变 融媒体云制作系统在 ITTC 研讨会的探索应用摘要本文介绍了中央广播电视总台建设的演播室融媒体云制作系统，结合该系统在北京国际电视技术研讨会（ITTC）新媒体直播中的探索应用，对云制作系统的设计、使用和技术特点进行了分析，同时对传统制作向云制作的业务转变进行了探讨和展望。作者 中央广播电视总台宋中兴云部署+本地演播室协同，实现性能横向扩展；高效建立演播室新媒体现场制作、周边服务统一管理；与集成发布平台互联，与边缘云对接扩展，构建面向原创视音频生产的全媒体演播室。一 融媒体云制作系统在 ITTC 的应用 2023 年 5 月 24 日25 日，北京国际电视技术研讨会（以下简称“ITTC”）在北京梅地亚中心盛大举办。作为国内外媒体技术同行交流新技术、展示新成果、共享新经验、加强新合作的重要平台，ITTC 推动了我国视音频技术的转型升级和科技创新。来自全国各地近 300 名电视媒体科技工作者参加了本次会议。1.融媒体云制作系统的应用意义中央广播电视总台作为指导单位，在带来新研讨方向的同时，也带来了新的技术实践。在推进全媒体内容生产体系建设环节中，总台提出“云边端”技术架构的应用落地极为重要。由总台建设的融媒体云制作系统，是以“云边端”技术架构为基础，结合业务场景需求，整合全新云制作架构首次亮相 ITTC。作为总台新技术新方向之一，此次“亮相”并不是仅仅停留在研讨阶段，而是基于已建设的融媒体云制作系统，进行了一场直播实战，以验证该系统对视听产业的新生态发展具有极大的示范意义。2.融媒体云制作系统架构本次实战中的融媒体云制作系统，将制作系统私有化部署到通用服务器，外场高码信号通过 5G 网络传输到后端制作系统，控制端可在任何地点完成一场直播远程制作，并结合权限控制、协同周边，实现分工位、可调度、可管理的远程制作。该系统的所有制作处理模块均以组件形式进行随着云技术和计算机技术发展，媒体行业的传统业务形态在快速向虚拟化的云服务形态过渡。同时媒体融合业务迅速发展，多场景、多地域、并发制作、快速上线、异地渲染分发等新业态逐步显现。放眼全球，从2023年NAB全美广播电视展的技术趋势来看，制播系统的全部功能会越来越多地部署在云端，在高清和超高清制作领域大小屏制作逐渐融合。中央广播电视总台（以下简称“总台”）在近些年构建的以“云边端”技术架构为基础的混合云可以灵活拓展所支撑的业务，助力推进总台向国际一流原创视音频制作发布多媒体机构快速转变。结合当前总台综合演播室融媒体制作现状，分析应对多演播室同时新媒体直播和服务大屏直播信号的全媒体制作需求，同时综合考虑设备使用成本，总台技术局于 2022 年立项中央广播电视总台“D 区、E区综合演播室融媒体云制作系统”项目。该项目的建设目标为：实现综合演播室融媒体云共享制作；Advanced Television Engineering047最终播出平台，节目累计播出时长约 240 分钟。二 ITTC 融媒体云制作系统的特点 此次研讨会中部署的云制作系统在架构层面深度结合总台高质量、轻量化、易管理等制作需求进行设计，充分利用云计算以及 5G 传输优势，并结合应用场景，提供了一套支持高质量制作、资源可动态调度、可视化系统搭建、可适配多应用场景的云制作系统，其特点如下。1.软件定义的国产云制作系统该云制作系统摒弃了传统制作系统基于专用硬虚拟化部署，将包括输入、画分、切换、调音、输出等组件通过虚拟化部署在台内服务器上。在服务器上可按需拉起输入模块、画分模块、输出模块、切换台模块等 SaaS 服务。在梅地亚会场采用实体设备和云制作设备两套制作系统，两套系统互为主备关系，系统架构如图 1所示。实体设备采用传统基带和 NDI 混合制作系统。现场共有 4 路信号源，其中 3 路为便携式摄像机拍摄、1 路为播放 PPT 的电脑转出的基带信号。在云制作系统中，所有 4 路信号源均通过 SRT 编码器进行转码传输，信号编码采用 H.264 格式，码率为4Mbps。信号的码率主要取决于现场提供的网络总带宽为 20Mbps，信令数据占用带宽极少，所以选择每路 4Mbps 码率。同时，在梅地亚会场设置了 4 个云制作系统操作工位，分别按照视频切换、音频调音、技术总监和域管理员的角色拉起对应的交互界面。此次现场这 4个工位完全满足云端制作的条件，充分验证了系统的操作界面可部署在任何有网络条件的地点，以实现远程制作任务，云制作现场如图 2 所示。最终 ITTC 直播工作圆满完成，云制作系统在 5 月 24 日至 25 日的直播过程中未出现任何故障，主备路信号稳定传输至1融媒体云制作系统图2云制作现场图新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS048件的部署方式，采用了软件定义、组件化的系统架构。以通用服务器、虚拟化底层、通用操作系统为底座，将软件定义的功能组件构成分布式的 SaaS 服务。该系统可在私有云、公有云以及移动边缘节点中灵活部署，在顶层建设了调度管理系统，从而实现系统级的统一管理、灵活扩容、便捷调度，如图 3 所示。系统深度契合了总台“云边端”架构理念，可满足云制作场景下的异地组队、协同管理、移动生产的业务需求。2.资源的集中管理和动态调度该云制作系统将媒体生产制作流程中的每个进程进行了拆分，通过业务边界划分为独立的 SaaS 服务组件，从而提升了系统的稳定性。顶层的任务调度服务承担了组件资源的集中管理功能，结合资源动态调度机制，可按需启动服务，最大程度地提升资源利用率，如图 4 所示。3.可视化的系统搭建本次参与 ITTC 直播的融媒体云制作系统，在搭建过程中提供了可视化的图形交互界面。节目制作生产过程中，所需的输入解码、多画面监看、视频切换、音频调音、编码输出等核心功能模块在图形化交互界面中以独立的组件进行呈现，并提供了实时的资源空闲状态提示。用户只需采用拖拽的操作方式，按照直播场景的需求绘制系统蓝图，将系统蓝图上的各个组件间以连线方式构建信号流转链路，即可生成适配本次直播场景的个性化系统配置。只需一键即可按需启动相应的组件服务，完成调度组件间的信号流转。如图 5 所示为技术总监对系统进行配置的可视化部署界面。系统蓝图的绘制过程分为以下几个步骤：查：在可视化界面上可以检查所有可部署组件的空闲数量；拖：将所需的组件模块从3多种方式部署示意图4组件集中管理和动态调度示意图Advanced Television Engineering049库中拖拽至蓝图上；配：对组件模块进行流地址、信号格式、布局选择等基础配置；连：按照系统工作流程，连接组件模块之间的信号流向；点：一键启动，云制作系统将根据系统蓝图，自动拉起所需Saas 服务；发：技术总监设置不同工位所需的多画面监看布局、配置监看信号、生成工位控制的授权key，对视频切换、音频调音等工位权限进行下发。在完成上述步骤后，系统即按照蓝图的设置全面运行。各工位工作人员根据技术总监下发的授权key 进行签权登录，进入相应工作流程。4.分工位签权登录的远程制作该系统的操作控制采用轻量化的 CS 结构，开发了统一的客户端软件。无论操作工位是在台内网络登录，还是通过互联网远程登录；无论操作工位的身份是视频切换还是音频调音，只需输入技术总监下发的授权 key，即可展现相应的控制界面并显示由技术总监定制的多画面监看内容。视频导播的切换交互界面如图 6 所示。该界面拥有技术总监为其定制的多画面监看区域，具备多画面监看、Tally 提示、源名跟随、音频电平音柱显示等功能。此外，还提供了 PGM、PVW 母线切换、DSK 上键控制等视频切换专用操作界面。当音频技术人员在客户端输入的是调音工位 key 时，即进入音频调音交互界面，如图 7 所示。该区域除具备以上传统显示功能外，还提供了通道指派、音频推子、音频跟随、强制输出等音频调音专用操作界面。6视频切换交互界面5工程可视化部署界面7音频切换交互界面新媒体新业务NEW MEDIA&BUSINESS0505.可视化系统资源管理融媒体云制作系统的顶层管理具备完整的系统监控和管理能力。其最高权限为域管理员，从底层的虚机资源使用情况、组件部署、占用、运行情况，到系统中正在运行的工程情况都有对应的监看功能。域管理员还具备对系统中的技术总监进行任命的管理功能。此外，还提供了完整、详细的日志记录和查询功能，如图 8 域管理员用户界面。三 对云制作中出现问题的思考 此次云直播实战过程出现的一些技术问题，让我们对融媒体云制作系统在公有云的应用产生了一些思考。1.系统中的网络延时是需要面对的客观问题融媒体云制作系统在享受网络连接便捷性的同时，也必须面对系统中不可避免的延时问题。在系统中，信号输入、信号输出均需要进行编解码，整体链路也经过了多段网络传输，那么网络资源能够满足业务需求是最基本的必要条件。此次直播网络带宽和环境相对稳定，基带信号转码为 SRT 信号通过网络传输至云端切换系统的延时量约为 700ms，在云上进行信号切换制作的延时为 100ms，通过输出模块将制作后的 SRT 信号发送至接收端的延时量为 700ms，总延时量约为 1500ms。因此各环节之间的延时是不可避免的客观问题，如图 9 所示。在认识并接受客观延时情况之后，我们认为：融媒体云制作系统更适用于对延时量、切换节奏不敏感的节目形态，例如主题报告会、访谈类等节目。这只是我们基于目前问题的结论，但随着网络带宽、编码技术的优化，未来如何使用云进行节目制作值得我们与节目部门进行探讨，同时也欢迎业内同行共同进行经验分享。2.对网络安全的思考融媒体云制作系统利用互联网，可以让信号源、制作核心、工作工位之间脱离物理空间的束缚，呈分布式部署，远程协同工作。在享受互联网带来的便捷性、敏捷性的同时，需要加强对网络安全的重视，提前部署网络安全策略。在系统的底座、架构、连接、客户端这4 个不同层面，需选用相应安全手段，保障系统运行的安全、稳定。在与专业网络信息安全技术人员进行探讨后，我们希望在客户端登录机制先迈出第一步。未来将在公网端接入时提供双因素认证功能，在享受互联网带来的灵活便捷的同时，限制接入端的人员身份，从而提高整体安全性。基于运营商提供的SIM 卡芯片增加 SDP 网关，打造“号为人、卡为钥匙、安全网关为新型锁芯”的具备中国特色的零信任网络接入模式。四 对未来云制作系统的展望 本系统完整地落地实现了一套云端构建、集中部署、灵活调度、远程接入的云制作系统。经过此次云直播的实战，探索了未来可进一步提升和完善的发展方向。8域管理员用户界面9系统中的延时情况分析Advanced Television Engineering0511.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