【摘要】本文介绍了一种互联网在线教育业务与数字电视前端系统的融合直播方案，该方案采用自建的编转码系统，构建了一套轻量化的开源互联网播出系统，内容涵盖直播流的配置、系统设计和日常使用方法。
【关键词】OBS，互联网直播，DVB-C，FFMPEG
从新冠疫情开始，无锡电化教育馆承担了疫情期间无锡全市中小学在线课堂教育—锡慧在线栏目的播出工作，无锡电化教育馆与江苏有线无锡分公司合作共同运作疫情期间教育助学直播间。该栏目借助互联网+广电机顶盒的模式，提供两种直播观看的渠道，实现疫情期间覆盖全市的每日教育播出。其中，互联网的方案是与阿里云对接，采用公网流媒体的模式分发在线课堂的直播媒体流，支撑无锡中小学在线直播教育服务；而广电机顶盒的方案是与江苏有线无锡分公司的数字电视播出前端系统对接，为广大的有线机顶盒用户提供观看课堂教育的通道。互联网的直播特点是技术灵活、开放、更新速度快，传统的DVB前端播出特点是画质可靠、安全、技术传承时间长。由于两种技术上的差异，无锡电化教馆的直播码流和有线电视的传输码流有很大的不同，为了能将锡慧在线的互联网直播信源兼容数字电视播出平台，无锡分公司通过调整OBS软件播出模式，自建信源对接系统，实现了互联网直播和有线电视播出的无缝对接。
1系统总体架构
电教馆采用OBS（OpenBroadcasterSoftware）软件的直播功能作为播出平台，结合疫情期间的课表，将小学至高中12个年级的内容编排进该软件，每天定时播出课程，通过软件本身的插件功能，将每日的节目文件转换为TS组播流，利用专网通道，同时将12个年级直播源传输至无锡有线网络公司。经过解码和再编码的过程以后，实现了两个不同播出系统之间的码流对接，数字电视播出系统接入电教馆的互联网节目源，以高清的节目形式在机顶盒上实现锡慧在线的课程同步播出。节目信号播出流程图如图1所示。
2技术方案
2.1信源播出
“锡慧在线”演播室以12台工作站作为节目播出的硬件平台，采用OBS系统+POTPLAYER的软件组合作为播出软件，如图2所示，借助OBS直播软件自带的排片和推流功能，通过每天安排专人排版12个年级的片源和播出列表，实现高清片源的定期播出。OBSStudio是一款视频直播录制软件，为用户提供了视频、文本、图像等播出和录制功能。OBSStudio对比其他直播软件的优势明显：一是操作界面友善，界面简洁，上手使用方便；二是功能强大，编码器的h.264开源编码库，录制质量好；三是多线程优化系统稳定，占用资源小；四是系统开源免费，低成本满足日常的播出要求。
2.2网络传输
传输的通道需要满足12套高清IP码流同时直播的低延迟要求，教育直播间和有线电视传输机房之间通过光缆干线直传，两端分别部署了一台千兆交换机，传输架构如图3所示。干线传输采用裸纤光缆和波分通道，其中一对采用光缆裸纤，另一对采用波分通道，两端实现双路由1+1保护，保证链路的可靠，两个千兆端口捆绑配置成Trunk模式，传输容量为2Gbps。为了进一步提升网络交换安全，在直播间的接入交换机和中心机房的播出交换机上采用VLAN方式区分，直播工作站电脑和解码器部署在VLAN100，编码器部署在VLAN200，保证信源和广播电视信号的广播域隔离，提高数据交换的安全性。
2.3编转码对接方式
OBSstudio的OUTPUT插件模块集成了RTMP和FFMPEG库，自身具备输出RTMP格式和UDPTS格式的能力。经过前期的码流测试和成本对比，本次方案通过成熟廉价的硬件解码和编码设备，将OBS输出的TS流编码成符合数字电视标准的广播级码流。OBS的OUTPUT编码器的FFMPEG输出见图4所示。直播系统的编转码环节部署了3台解码器和2台编码器，解码器通过交换机接收源自电教馆传出的12路UDP格式的TS流，并将其解码成12路HDMI基带信号，同时传输给下级的高清编码器。编码器将12路HDMI的直播基带信号通过按照H.264highprofile的编码方式编码成1080P的6Mbps码流的直播节目流，以TS封装传输给数字电视前端系统。该环节解决了从而保证了直播信号的高清画质和稳定的传输带宽。如图5所示。
2.4射频网络
12套教育高清直播节目总计需要72Mbps的带宽，根据DVB-C的技术模式，无锡分公司此次启用2个256QAM频点，256QAM的频点最大带宽可以达到48Mbps，每个频点平均分配6套节目，以开密的方式在HFC网络中传输。
2.5网络安全
信源传输通道采用物理专线传输的方式传输直播码流，两端采用交换机点对点互联，整个传输环节是物理隔离。该专网架构的安全属性，相比较互联网，在带宽，延迟和稳定性等方面都能做到独享。在传输环节，网络安全采用单向传输的方案实现物理隔离。电教馆OBS的码流进入解码器以后，解码为HDMI信号，进入编码器，这个信源环节可以阻挡从外部网络发起的恶意网络攻击，保障了播出系统的网络物理隔离的要求。
3直播业务展现
无锡的高清机顶盒提供海报位和虚拟频道号两种观看方式。第一种方式，机顶盒上点击首页海报位进入“无锡优课”，点击“同步直播课”并选择相应课堂号（一年级：902；二年级：903；……，高三：913），就可收看高清大屏直播课，如图8所示。第二种方式，在直播界面，按遥控器，按课堂号直接进入相应高清直播课，如图6所示。
4系统对接的问题和解决办法
在对接的过程中，发现OBSstudio用FFMPEG插件默认配置播出的MPEGTS码流并不能被数字电视前端的DCM设备兼容，虽然经过解码和再次编码，其码流的波动范围任然超过了服务器设备的接收范围，会产生大量连续计数错误。通过观察OBS生成的码流，每套节目的TS码流波动幅度较大，虽然后续通过硬件编码器生成CBR的TS码流，但是码流的稳定性达不到正常播出的要求，在部分高动态的画面场景，机顶盒端会偶然出现画面卡顿。OBS的FFMPEG插件的容器参数的设置灵活，给了我们解决问题的条件。通过研究视频部分的容器参数，发现关键帧间隔（帧）--Keyframeinterval(frames)的参数对于控制码流的稳定性起关键作用。OBS程序通过对Keyframinterval(frames)的设置，对视频的关键帧进行调整。通过码流分析仪对比，依次手动设置关键帧间隔为60，30，25，关键帧间隔约小，OBS输出的码流的质量会更加稳定，但是，即便关键帧设置到25，播放不同的课程视频文件，也并不能长时间稳定画面质量。OBS的FFMPEG编码会根据关键帧间隔参数和视频的运动场景，自动添加额外的I帧，该I帧间隔长度并不匹配播出系统。我们通过将关键帧间隔设为0，开启关键帧自动功能，由FFMPEG在编码之前根据文件的码流参数自动计算关键帧间隔，卡顿问题解决，输出画面质量稳定。
5结束语
这次锡慧在线直播对接，是江苏有线无锡分公司向业务创新方面进行的一次重要探索。在疫情期间，该系统发挥了部署快，效果好，成本低，结构简单的优势，为有线电视用户获取互联网教育直播资源开创了一种新的模式。随着互联网直播应用的普及，在线直播和传统有线电视的直播有更多的机会融合发展。而作为有线网络运营商，江苏有线无锡分公司通过发挥数字电视前端直播平台和传输通道的多种优势，结合互联网创新技术，带给用户更加丰富的体验，提升了电视业务的竞争力。
作者：赵志毅 单位：江苏省广电有线信息网络股份有限公司无锡分公司