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【摘要】本文介紹了一種互聯網在線教育業務與數字電視前端系統的融合直播方案，該方案采用自建的編轉碼系統，構建了一套輕量化的開源互聯網播出系統，內容涵蓋直播流的配置、系統設計和日常使用方法。

【關鍵詞】OBS，互聯網直播，DVB-C，FFMPEG

從新冠疫情開始，無錫電化教育館承擔了疫情期間無錫全市中小學在線課堂教育—錫慧在線欄目的播出工作，無錫電化教育館與江蘇有線無錫分公司合作共同運作疫情期間教育助學直播間。該欄目借助互聯網+廣電機頂盒的模式，提供兩種直播觀看的渠道，實現疫情期間覆蓋全市的每日教育播出。其中，互聯網的方案是與阿里云對接，采用公網流媒體的模式分發在線課堂的直播媒體流，支撐無錫中小學在線直播教育服務；而廣電機頂盒的方案是與江蘇有線無錫分公司的數字電視播出前端系統對接，為廣大的有線機頂盒用戶提供觀看課堂教育的通道?；ヂ摼W的直播特點是技術靈活、開放、更新速度快，傳統的DVB前端播出特點是畫質可靠、安全、技術傳承時間長。由于兩種技術上的差異，無錫電化教館的直播碼流和有線電視的傳輸碼流有很大的不同，為了能將錫慧在線的互聯網直播信源兼容數字電視播出平臺，無錫分公司通過調整OBS軟件播出模式，自建信源對接系統，實現了互聯網直播和有線電視播出的無縫對接。

1系統總體架構

電教館采用OBS（OpenBroadcasterSoftware）軟件的直播功能作為播出平臺，結合疫情期間的課表，將小學至高中12個年級的內容編排進該軟件，每天定時播出課程，通過軟件本身的插件功能，將每日的節目文件轉換為TS組播流，利用專網通道，同時將12個年級直播源傳輸至無錫有線網絡公司。經過解碼和再編碼的過程以后，實現了兩個不同播出系統之間的碼流對接，數字電視播出系統接入電教館的互聯網節目源，以高清的節目形式在機頂盒上實現錫慧在線的課程同步播出。節目信號播出流程圖如圖1所示。

2技術方案

2.1信源播出

“錫慧在線”演播室以12臺工作站作為節目播出的硬件平臺，采用OBS系統+POTPLAYER的軟件組合作為播出軟件，如圖2所示，借助OBS直播軟件自帶的排片和推流功能，通過每天安排專人排版12個年級的片源和播出列表，實現高清片源的定期播出。OBSStudio是一款視頻直播錄制軟件，為用戶提供了視頻、文本、圖像等播出和錄制功能。OBSStudio對比其他直播軟件的優勢明顯：一是操作界面友善，界面簡潔，上手使用方便；二是功能強大，編碼器的h.264開源編碼庫，錄制質量好；三是多線程優化系統穩定，占用資源小；四是系統開源免費，低成本滿足日常的播出要求。

2.2網絡傳輸

傳輸的通道需要滿足12套高清IP碼流同時直播的低延遲要求，教育直播間和有線電視傳輸機房之間通過光纜干線直傳，兩端分別部署了一臺千兆交換機，傳輸架構如圖3所示。干線傳輸采用裸纖光纜和波分通道，其中一對采用光纜裸纖，另一對采用波分通道，兩端實現雙路由1+1保護，保證鏈路的可靠，兩個千兆端口捆綁配置成Trunk模式，傳輸容量為2Gbps。為了進一步提升網絡交換安全，在直播間的接入交換機和中心機房的播出交換機上采用VLAN方式區分，直播工作站電腦和解碼器部署在VLAN100，編碼器部署在VLAN200，保證信源和廣播電視信號的廣播域隔離，提高數據交換的安全性。

2.3編轉碼對接方式

OBSstudio的OUTPUT插件模塊集成了RTMP和FFMPEG庫，自身具備輸出RTMP格式和UDPTS格式的能力。經過前期的碼流測試和成本對比，本次方案通過成熟廉價的硬件解碼和編碼設備，將OBS輸出的TS流編碼成符合數字電視標準的廣播級碼流。OBS的OUTPUT編碼器的FFMPEG輸出見圖4所示。直播系統的編轉碼環節部署了3臺解碼器和2臺編碼器，解碼器通過交換機接收源自電教館傳出的12路UDP格式的TS流，并將其解碼成12路HDMI基帶信號，同時傳輸給下級的高清編碼器。編碼器將12路HDMI的直播基帶信號通過按照H.264highprofile的編碼方式編碼成1080P的6Mbps碼流的直播節目流，以TS封裝傳輸給數字電視前端系統。該環節解決了從而保證了直播信號的高清畫質和穩定的傳輸帶寬。如圖5所示。

2.4射頻網絡

12套教育高清直播節目總計需要72Mbps的帶寬，根據DVB-C的技術模式，無錫分公司此次啟用2個256QAM頻點，256QAM的頻點最大帶寬可以達到48Mbps，每個頻點平均分配6套節目，以開密的方式在HFC網絡中傳輸。

2.5網絡安全

信源傳輸通道采用物理專線傳輸的方式傳輸直播碼流，兩端采用交換機點對點互聯，整個傳輸環節是物理隔離。該專網架構的安全屬性，相比較互聯網，在帶寬，延遲和穩定性等方面都能做到獨享。在傳輸環節，網絡安全采用單向傳輸的方案實現物理隔離。電教館OBS的碼流進入解碼器以后，解碼為HDMI信號，進入編碼器，這個信源環節可以阻擋從外部網絡發起的惡意網絡攻擊，保障了播出系統的網絡物理隔離的要求。

3直播業務展現

無錫的高清機頂盒提供海報位和虛擬頻道號兩種觀看方式。第一種方式，機頂盒上點擊首頁海報位進入“無錫優課”，點擊“同步直播課”并選擇相應課堂號（一年級：902；二年級：903；……，高三：913），就可收看高清大屏直播課，如圖8所示。第二種方式，在直播界面，按遙控器，按課堂號直接進入相應高清直播課，如圖6所示。

4系統對接的問題和解決辦法

在對接的過程中，發現OBSstudio用FFMPEG插件默認配置播出的MPEGTS碼流并不能被數字電視前端的DCM設備兼容，雖然經過解碼和再次編碼，其碼流的波動范圍任然超過了服務器設備的接收范圍，會產生大量連續計數錯誤。通過觀察OBS生成的碼流，每套節目的TS碼流波動幅度較大，雖然后續通過硬件編碼器生成CBR的TS碼流，但是碼流的穩定性達不到正常播出的要求，在部分高動態的畫面場景，機頂盒端會偶然出現畫面卡頓。OBS的FFMPEG插件的容器參數的設置靈活，給了我們解決問題的條件。通過研究視頻部分的容器參數，發現關鍵幀間隔（幀）--Keyframeinterval(frames)的參數對于控制碼流的穩定性起關鍵作用。OBS程序通過對Keyframinterval(frames)的設置，對視頻的關鍵幀進行調整。通過碼流分析儀對比，依次手動設置關鍵幀間隔為60，30，25，關鍵幀間隔約小，OBS輸出的碼流的質量會更加穩定，但是，即便關鍵幀設置到25，播放不同的課程視頻文件，也并不能長時間穩定畫面質量。OBS的FFMPEG編碼會根據關鍵幀間隔參數和視頻的運動場景，自動添加額外的I幀，該I幀間隔長度并不匹配播出系統。我們通過將關鍵幀間隔設為0，開啟關鍵幀自動功能，由FFMPEG在編碼之前根據文件的碼流參數自動計算關鍵幀間隔，卡頓問題解決，輸出畫面質量穩定。

5結束語

這次錫慧在線直播對接，是江蘇有線無錫分公司向業務創新方面進行的一次重要探索。在疫情期間，該系統發揮了部署快，效果好，成本低，結構簡單的優勢，為有線電視用戶獲取互聯網教育直播資源開創了一種新的模式。隨著互聯網直播應用的普及，在線直播和傳統有線電視的直播有更多的機會融合發展。而作為有線網絡運營商，江蘇有線無錫分公司通過發揮數字電視前端直播平臺和傳輸通道的多種優勢，結合互聯網創新技術，帶給用戶更加豐富的體驗，提升了電視業務的競爭力。

作者：趙志毅 單位：江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司無錫分公司