【摘要】 本文敘述了在廣播電視臺融媒體技術體系中轉碼云平臺的定位、構成和實現方式，闡明了基于混合云概念的轉碼平臺的設計原理和采用的關鍵技術。

【關鍵詞】轉碼云  混合云  服務抽象化  SDI/IP  統一調度  N+M備份

引言

在廣播電視臺的融合媒體構架中，轉碼平臺是起到核心作用的基礎平臺。無論是傳統媒體信源轉換成新媒體資源，還是新媒體各應用系統之間的素材交換都離不開一個穩健、強大的轉碼系統。可以說轉碼系統是媒體資源融合生產和發布的前提條件，如何高效實現轉碼系統也是融媒體系統能否高效運行的前提條件。

在黑龍江廣播電視臺融媒體技術架構中，我們將轉碼平臺定位為基礎技術支撐平臺的核心業務平臺。在融媒體架構下，業務種類非常豐富，既有網臺、手機電視等新媒體應用，又有IPTV等準新媒體應用，更包含非編網、媒資系統等傳統媒體業務平臺，在這種場景下，要求轉碼平臺具備很強的性能彈性和良好的擴展性能才能與融合生產機制適配。為此，我們采用了云系統體系結構來實現轉碼平臺，我們對整個轉碼平臺進行了硬件的透明化和服務抽象化的設計和實現，保證了底層熱擴展和隨意伸縮及性能調配的自由度，同時通過服務抽象化大大簡化了各業務系統使用轉碼平臺的復雜度。另外，為了保證新媒體直播和轉播的效率，我們對外場直播需求的實時編碼采用了公有云方案，保證了外場轉播最快速地發往同樣位于公有云的直播服務器，減少傳輸環節，最大限度保證了直播的低延遲和流暢性。通過這種私有云和公有云結合的混合云架構轉碼系統，我們最大限度實現了融媒體平臺高效流暢的基礎編碼支撐服務。

一．轉碼平臺的云體系架構設計

1．混合云架構設計

黑龍江廣播電視臺的轉碼平臺采用混合云架構實現。一般來說，采用混合云架構一般都是企業出于安全性考慮，將私有數據放置于私有云中，同時可以充分利用公有云的強大計算資源而采取的折中方案。混合云的架構如圖1所示：

圖1 混合云架構示意圖

在黑龍江廣播電視臺的轉碼體系中，采用混合云架構首要考慮的因素是效率。為了保證訪問的流暢和對大規模用戶的支持，我臺的新媒體直播服務器大都部署在公有云上，如果編碼采用私有云，則直播時需要將信號傳輸回臺內，轉碼后再通過臺內平臺發布到公有云平臺，這種方式會造成轉播信號延遲增大，傳輸故障增加，卡頓現象增多。所以針對外場新媒體直播信號，我們均采用公有云編碼方案，直接將信號編碼后推送給公有云上的直播平臺。

另一方面，對于臺內的各種直播信號以及臺外電視轉播信號，我們在臺內構建來強大的私有云轉碼平臺，能夠為臺內的各種直播信號、視音頻制作文件等提供強大的轉碼服務，并智能推送到各個發布平臺，完成融媒體系統內的文件交換過程。

2．公有云轉碼服務系統

公有云轉碼系統主要用于新媒體網絡直播場景，如圖2所示：

圖2 公有云轉碼系統示意圖

公有云轉碼平臺提供基于單個直播流業務粒度的線路質量智能監控及實時動態的數據統計，提供自動容錯及全方位的數據分析，定位并優化直播卡頓率，并實現了超低的延時。采用全新網格編碼算法，實時計算全鏈路狀態，按需智能配置最佳節點，實現了首頁秒開、千萬級并發等直播保障功能。

公有云轉碼平臺提供了多種類采集SDK和播放SDK，并開放云端API實現透明播控管理，助力平臺快速構建直播平臺的核心業務，提高開發效率。轉碼系統還具備了實時錄制、實時水印、實時截圖、美顏濾鏡等眾多與網絡直播緊密結合的服務模塊。

公有云轉碼平臺具備多重安全措施，如推流、播放認證、防盜鏈及鑒黃服務等，有效保障直播的安全。公有云提供的安全保障能力也是我們采用公有云編碼服務的重要原因。

3．私有云架構設計

與公有云轉碼系統定位于新媒體直播的補充平臺不同，私有云轉碼平臺是融媒體轉碼平臺的核心部分。我們的私有轉碼云平臺實現了三層架構的云平臺系統，如圖3所示：

圖3私有云轉碼系統架構圖

私有云轉碼系統邏輯上由硬件層、邏輯抽象層和應用層三個層面構成。硬件層主要由編碼器硬件集群構成，通過離線編碼集群和在線編碼集群及調度服務器等構成了云編碼系統的IaaS層。所不同的是，我們的云編碼系統不對外提供IaaS層服務，這個硬件層純粹是為了上層服務提供支持。

邏輯抽象層把底層的編碼集群抽象成單一的編碼服務，本系統中，我們并沒有采用硬件虛擬技術，但依然實現了硬件的抽象化，我們可以按性能需求將物理編碼集群分割成若干邏輯編碼器，用戶可見的是系統可分配的邏輯編碼器的數量，而無需關心物理硬件構成。在這個層面，用戶可見的是流編碼接口和文件編碼接口兩類開發工具，通過該PaaS層工具，我們可以向系統申請一個流編碼資源或文件編碼資源，而無需了解底層的硬件構成和編碼能力。

應用層（SaaS層）把編碼服務封裝成了應用，用戶通過任務管理應用可以創建、修改、撤銷一個流編碼任務或文件編碼任務，通過填寫工單的形式就可以創建一個所需的編碼任務，然后通過文件調度或者碼流調度應用模塊，將編碼任務的輸出調度到自己所需的目的地。

從圖3還可以看出，將編碼系統分成三個層次加以實現，底層的任何變化，不會影響上層原有功能，底層熱擴展帶來的性能擴充可以透明傳導到上層，上層自動獲得了能力的提升，此外，上層還可以根據需要不斷擴充功能模塊而無需對底層直接操控。

二．轉碼云平臺的構成與實現

在黑龍江廣播電視臺的融媒體平臺中，編碼源有IP流、SDI流和文件三種，對應的編碼后需求有IP流、文件兩種。轉碼云平臺的系統圖如圖4所示：

圖4轉碼云系統圖

轉碼云系統包含離線編碼器集群、在線編碼器集群、編碼器集群備份、集群管理服務器、SDI矩陣、管理工作站及主備信源交換機和主備輸出交換機構成。

SDI信源通過跳線盤連入矩陣，每臺物理編碼器提供4路SDI輸入，矩陣輸出4*N路接入編碼器集群，矩陣信號由管理服務器和工作站與IP信號實現了統一調度，矩陣僅在應急時手動操作，其余一律由調度服務器自動調度信號。

IP流信號經萬兆鏈路分主備分別接入主備信源交換機，編碼集群能夠自動偵測主備信源狀態并實現自動切換，轉碼后的IP流經主備輸出交換機分別傳輸到目的地碼流服務器。轉碼后如果生成文件也自動根據配置信息推送至目標存儲位置，并自動生成元數據信息。視頻源文件會被編碼集群按工單參數自動讀取，完成轉碼過程。以上闡述的是編碼云底層的物理構成和基礎工作方式，需要強調的是，在用戶端不允許直接訪問硬件層，所以編碼云的底層工作方式對用戶透明，用戶只需調用PaaS或SaaS層工具即可完成轉碼任務并監控工作流程和進度。

三．轉碼云平臺的保障機制

切換機制、主備信源輸出機制、N+M備份機制

與一般系統平臺不同，云系統在帶給用戶便捷的同時，也更加難以維護，為了確保云系統無故障運行和系統的健壯性，我們在云轉碼系統中設計了多重安全保障措施，確保云系統7*24小時流暢運行。

　　物理單設備級安全保障

單機設備安全是系統安全的基礎，我們為每臺物理設備配備了雙電源冗余，并支持熱插拔；提供多個千兆以太網口，輸入、輸出、通訊獨立網口均采用雙路聚合配置，每對網口采用冗余綁定，并能夠實現故障網口自動漂移；物理設備均采用Linux操作系統，防止病毒入侵；設備本身提供聲光報警和聯網管控軟件；

　　信號級安全保障

該云平臺的一大特色是支持主備異構信號源同時接入系統，主/備路信號的音視頻編碼格式甚至可以不一致，例如雙路衛星信號就可以同時接入AVS+和H.264的主備信號；系統會根據信號質量自動選擇信號源。同時支持主備異構信號流協議，方便從不同來源獲取信號；當主、備信源均失效時，系統能夠自動加載墊片輸出；支持手動啟用主/備/墊片信源編碼輸出；支持不同網口雙路鏡像輸出。通過一系列的信號保障措施，我們的云編碼系統實現了廣播級的信號轉換和調度。集群對信號的切換設置如圖5所示：

圖5信源自動切換配置示意圖

可以看出當信源中斷，超過N秒、信源目標不可達、網卡處于link狀態，但是信源目標不可達、信源目標可達，無數據或數據包數量為0、Program ID變化、視頻流丟失、音頻流丟失、信源丟包，連續計數器錯誤等等情況下，都可以觸發系統的信源切換操作。SDI信號主備的切換通過服務器對主備信號的監測，對矩陣直接操控完成。

　　系統級安全保障

云轉碼系統采用集群網管控制器，對多個在線編轉碼設備實時集群管理；支持N+M安全備份策略，備份策略可在線熱調整；集群控制器采用1+1主備，雙機心跳監測與接管倒換；即使集群控制器失效宕機，在維護時間范圍內也不影響編轉碼設備工作；在N+M模式下，針對每臺設備上的4路SDI信號，當該設備故障需將任務漂移到其他機器時，4路SDI輸出會自動按漂移策略，由控制服務器操作矩陣將SDI輸出調整到新設備上。通過系統級的保障手段，打造了一個安全健壯，完全適配融媒體應用的轉碼云系統。

四．結束語

黑龍江廣播電視臺轉碼云平臺作為我臺融媒體技術平臺的重要組成部分和基礎支撐平臺，已經正式上線投入使用，該平臺支持專業高清格式如MPEG2 I幀、MXF等，同時支持H.264、H.265以及AVS+等編碼方式，支持UDP、RTP、HTTP、HLS等協議，使得這套轉碼云平臺在IPTV業務、手機電視業務、網臺業務以及傳統高清制播業務都得到了廣泛的應用，隨著融合媒體的建設推進，轉碼云平臺也必將發揮出越來越大的作用。