摘要：隨著媒體融合技術(shù)的飛速發(fā)展，智能手機用戶需求的日益增進，直播已成為各類移動客戶端或新媒體平臺的重要傳播、運營方式。本研究通過分析客戶端直播場景的內(nèi)容生產(chǎn)、推流傳輸、用戶體系、展現(xiàn)形式、互動分享、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、并發(fā)處理及安全措施等方面的需求實際，提出并構(gòu)建了安徽衛(wèi)視ATV客戶端的云直播系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用云計算技術(shù)和高可用的直播服務(wù)集群，實現(xiàn)了快生產(chǎn)、高并發(fā)、低延遲的直播體驗。

關(guān)鍵詞：直播系統(tǒng)；推流；RTMP；HLS；云編輯；回看

中圖分類號：TP37；TN948.11 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）22-0120-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

0 引言

近年來，移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)日新月異，智能手機終端成為最廣泛、最及時的傳播媒介，集聚了大量移動用戶。當前，新媒體直播業(yè)態(tài)在遠程教育、電商帶貨、企業(yè)推廣、娛樂游戲、社交媒體等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)媒體在手機客戶端上建設(shè)直播業(yè)務(wù)，既是落實媒體融合移動優(yōu)先策略，主力軍挺進主戰(zhàn)場，爭奪用戶建成新型主流媒體的重要任務(wù)，也是發(fā)揮內(nèi)容生產(chǎn)優(yōu)勢，轉(zhuǎn)變經(jīng)營模式推廣創(chuàng)收的重要途徑。通過分析直播場景需求、關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、畫面展現(xiàn)及數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面，構(gòu)建了安徽衛(wèi)視ATV客戶端云直播系統(tǒng)。

1 需求分析

1.1 場景需求

提出直播業(yè)務(wù)的各種場景需求是云直播系統(tǒng)功能開發(fā)和架構(gòu)部署的先決基礎(chǔ)。ATV客戶端在建設(shè)初期通過分析自身的內(nèi)容資源、業(yè)務(wù)形態(tài)、運營設(shè)想及保障能力等，提出了電視廣播節(jié)目頻道直播、新聞會議直播、活動現(xiàn)場直播、融媒工作室主播直播、UGC（User Generated Content，用戶生成內(nèi)容）認證達人主播直播、體育賽事直播、慢直播、云連線直播、圖文直播、付費定制直播等場景及其屬性關(guān)鍵詞，見圖1。

1.2 功能需求

ATV客戶端在直播場景需求的基礎(chǔ)上，深化、梳理各個場景的業(yè)務(wù)邏輯和功能組織[1]，整合各場景業(yè)務(wù)的共性與差異，概括出了直播業(yè)務(wù)需要的功能：

直播播放：可通過客戶端播放器展現(xiàn)（橫屏、豎屏）各類不同清晰度的直播內(nèi)容，包括視頻、音頻和圖文等。

轉(zhuǎn)碼推拉流：支持多格式、多碼率視頻轉(zhuǎn)碼，封裝成RTMP（Real-Time Messaging Protocol） 、HLS（HTTP Live Streaming） 、FLV（Flash Video） 等直播流。

推流工具：手機端獨立App，支持主播及達人使用手機發(fā)起直播，并有美顏濾鏡等特效。

直播間管理：可對直播間進行創(chuàng)建、編輯、下線、刪除、付費、定時等配置，可以設(shè)置直播間權(quán)限和規(guī)則。

云導(dǎo)播連線：可對多路直播流進行云端預(yù)監(jiān)、切換，加包裝特效，合并推流。

互動管理：可配置多種互動形態(tài)，包括評論、點贊，主播紅包，虛擬禮物等。

廣告管理：直播間發(fā)布墊片、貼片廣告素材和鏈接，并支持觸發(fā)跳轉(zhuǎn)第三方App。

電商貨品管理：對接第三方電商系統(tǒng)，支持貨品上架展示、購買和跳轉(zhuǎn)三方平臺。

用戶體系管理：能夠調(diào)用客戶端用戶體系，與用戶積分、財富資金體系對接。

內(nèi)容安全管理：能夠?qū)τ脩纛^像、評論及視頻等進行內(nèi)容敏感過濾，CDN （Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）支持防盜鏈。

視頻拆條管理：能夠?qū)χ辈ヒ曨l流跟進拆條，生成精彩片段。

視頻回看管理：直播結(jié)束即時生成視頻回看文件，并支持長期存儲和回放點播。

直播監(jiān)看管理：系統(tǒng)內(nèi)直播視頻的服務(wù)端監(jiān)看，狀態(tài)告警提示。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理：統(tǒng)計在線觀看人數(shù)、觀看時長、地域分布、分享轉(zhuǎn)發(fā)等直播數(shù)據(jù)。

1.3 性能需求

可靠性、穩(wěn)定性：保持連續(xù)穩(wěn)定、流暢、高可用的直播視頻流服務(wù)，包括必要的主備鏈路、云主機、負載均衡等。

高畫質(zhì)、低延遲：支持高清以上碼率的視頻傳輸，并在傳輸和連線過程中采用RTMP等協(xié)議保持較低延遲。

并發(fā)性、擴展性：支持大規(guī)模用戶同時在線觀看，能夠根據(jù)觀眾數(shù)量彈性伸縮，動態(tài)調(diào)整資源，應(yīng)對高流量和高并發(fā)需求。

安全性、防盜播：應(yīng)確保發(fā)布內(nèi)容、互動內(nèi)容的鑒別和安全過濾，采取防盜鏈措施，防止非法訪問、盜取直播流。

兼容性、易操作：支持Android、IOS、鴻蒙等操作系統(tǒng)，能兼容不同品牌、型號手機；前后臺交互界面良好，方便快速上手操作。

2 直播關(guān)鍵技術(shù)

2.1 流媒體傳輸協(xié)議

流媒體傳輸協(xié)議在直播業(yè)務(wù)中占據(jù)著核心地位，它負責(zé)將壓縮視頻流實時封裝，并高效地傳輸至直播平臺服務(wù)端與用戶端。其中，RTMP、HLS和RTSP等是業(yè)界廣泛采用的流媒體協(xié)議標準，它們各自具備獨特的優(yōu)勢，為直播業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展提供技術(shù)支撐[2]。

RTMP協(xié)議：

RTMP協(xié)議作為一款主流的開放視頻推流協(xié)議，旨在優(yōu)化播放器與服務(wù)器間多媒體數(shù)據(jù)傳輸效率和穩(wěn)定性，有效解決多路復(fù)用和分包難題。當基于TCP/IP傳輸層的連接建立后，RTMP協(xié)議通過獨特的“握手”機制，確?？蛻舳伺c服務(wù)端之間安全、可靠地建立起RTMP Connection鏈接，默認工作在1935端口。

RTMP協(xié)議顯著特點：實時性好，延遲低，通常僅為2至5秒；流式傳輸，無須在客戶端緩存；支持視頻流自由拖動和靈活點播回放；協(xié)議簡單，主流 CDN廠商都支持；使用Flash播放器；基于TCP傳輸，在弱網(wǎng)環(huán)境下丟包率較高。

HLS協(xié)議：

HLS協(xié)議是基于HTTP的流媒體傳輸協(xié)議，把編碼好的整條流切割成可以通過HTTP下載的ts視頻片段小文件，并生成一個配套的.m3u8純文本列表索引文件，提供給客戶端，客戶端順序不停地拉取這些片段文件重新組裝播放，看起來是在播放連續(xù)流。

HLS協(xié)議顯著特點：HLS可方便透過防火墻或者代理服務(wù)器；視頻片段文件方便客戶端快速選擇和切換碼率；可方便應(yīng)用CDN分發(fā)加速；主要應(yīng)用在iOS系統(tǒng)；延遲較高，通常在10～30秒。

表1 常用流媒體傳輸協(xié)議對比

[協(xié)議 傳輸機制 原理 時延 優(yōu)勢 主要場景 RTMP TCP 數(shù)據(jù)接收后立即發(fā)送 2～5秒 實時性好、延時低 PC端、移動端互動直播 HLS HTTP 集合一段時間數(shù)據(jù)生成TS文件切片及M3U8索引文件 10～30秒 跨平臺、碼率自適應(yīng) 移動端直播點播 ]

2.2 CDN加速技術(shù)

CDN內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是直播平臺提升用戶觀看體驗的關(guān)鍵技術(shù)。CDN構(gòu)建了一套由分布在不同地理位置的多臺服務(wù)器節(jié)點組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[6]，這些節(jié)點能將直播內(nèi)容即時推送到距離用戶最近的邊緣節(jié)點服務(wù)器，確保用戶能夠就近迅速、直接獲取所需內(nèi)容，無須頻繁地向源站發(fā)起請求，這種機制避免了頻繁回源請求站造成的延遲，緩解了源站壓力，還顯著降低網(wǎng)絡(luò)擁塞的風(fēng)險，帶來了更加流暢、無延遲的觀看體驗。

CDN的分布式架構(gòu)賦予了強大的容錯能力，即使某個分發(fā)節(jié)點發(fā)生故障，其他節(jié)點也能迅速接管，確保服務(wù)連續(xù)性。CDN還具備智能的負載均衡機制，能夠自動將用戶請求分配到負載較輕的節(jié)點，從而保持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

在安全方面，通過設(shè)置Referer防盜鏈、URL鑒權(quán)、遠程鑒權(quán)、IP黑白名單及User-Agent黑白名單等多種安全措施，CDN能識別并過濾非法用戶，有效保護直播內(nèi)容安全，防止盜鏈盜播，提升系統(tǒng)的整體安全。

2.3 云計算與存儲技術(shù)

云計算與存儲是直播平臺不可或缺的基礎(chǔ)支撐。通過部署在云端的主機服務(wù)器等，直播平臺能夠彈性調(diào)配計算資源、數(shù)據(jù)庫資源及負載均衡配置，使得直播平臺能夠輕松應(yīng)對用戶的高并發(fā)訪問，保障每一位觀眾都能享受到流暢、穩(wěn)定的直播體驗。

與此同時，云存儲作為直播平臺數(shù)據(jù)管理的核心，為平臺提供了高可用、高可擴展且靈活安全的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。無論是直播過程中的實時數(shù)據(jù)記錄，還是歷史直播內(nèi)容的存儲與回放，云存儲都能提供穩(wěn)定、安全、可靠的服務(wù)。

2.4 內(nèi)容審核AI技術(shù)

內(nèi)容審核AI（Artificial Intelligence，人工智能）是直播平臺內(nèi)容安全檢測的核心防線。基于圖片、文本、音視頻的智能檢測技術(shù)，為用戶上傳的圖片、文字、音視頻等內(nèi)容提供自動審核[5]，多場景精準識別并屏蔽涉黃、涉暴等違規(guī)內(nèi)容。內(nèi)容審核AI具備高度靈活性和自學(xué)習(xí)性，能夠根據(jù)政策和標準進行實時更新和調(diào)整，通過不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化，提高審核準確性和效率，更好地適應(yīng)不同場景和內(nèi)容類型的需求，進而顯著降低業(yè)務(wù)運營中的違規(guī)風(fēng)險，大大減輕了人工審核的負擔。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

云直播系統(tǒng)與客戶端后臺一同部署在華為云上，使用華為云主機、高斯數(shù)據(jù)庫、審核AI能力、存儲及網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)等云上資源。流媒體轉(zhuǎn)碼服務(wù)集成七牛云視頻轉(zhuǎn)碼推流能力，采用前后端分離和微服務(wù)技術(shù)進行開發(fā)，并支持根據(jù)實際需求進行資源彈性擴展。

如圖2，將云直播系統(tǒng)總體劃分為三個子塊，包括用于向系統(tǒng)管理員和直播管理員提供全面直播管理與監(jiān)控功能的直播管理控制臺VMS（Video Management System） ；用于向觀眾用戶提供觀看服務(wù)的App端直播頁、H5分享頁面；用于認證融媒主播或其他活動方發(fā)起直播的推流工具。

3.1 頻道直播

頻道直播模塊用于向用戶提供本臺電視頻道、廣播頻道節(jié)目的實時直播和回看功能。在直播管理控制臺VMS的直播模塊頁面，可以配置播出頻道節(jié)目名稱、每周節(jié)目單、回看控制、節(jié)目墊片、節(jié)目流高標清多碼率、節(jié)目流地址以及主備節(jié)目流自動倒換，如圖3所示。VMS按節(jié)目單自動同步收錄直播頻道流，生成節(jié)目回看。用戶還可以通過App端訂閱關(guān)注的時段節(jié)目，切換不同碼率清晰度。

3.2 活動直播

活動直播模塊用于發(fā)布各類活動現(xiàn)場直播、新聞會議現(xiàn)場直播、體育賽事活動現(xiàn)場直播、戶外監(jiān)控視頻慢直播[4]及定向受眾的付費定制直播等。將活動現(xiàn)場攝像機位、手機端、電腦端及無人機等多種輸入直播流通過本地導(dǎo)播一體機或云導(dǎo)播臺，經(jīng)VMS直播管理后臺導(dǎo)播選用包裝后，推送發(fā)布至CDN節(jié)點，并可以根據(jù)觀看效果需要開啟多機位功能。觀眾在客戶端現(xiàn)場直播頁面選擇或訂閱觀看，并可以自主切換活動現(xiàn)場多機位拍攝畫面。

3.3 互動直播

互動直播模塊用于向各融媒工作室融媒號主播直播、認證UGC達人直播、云連線直播及重要會議新聞或產(chǎn)品發(fā)布的圖文直播等。由手機端或電腦端隨時隨地發(fā)起直播推流到直播系統(tǒng)VMS后臺發(fā)布至CDN節(jié)點，觀眾在客戶端對應(yīng)融媒號頁面直播窗口觀看和互動。融媒號開播時，其頭像部位同步標識開播提醒，向客戶端內(nèi)用戶提示瀏覽。主播、嘉賓等可以進行遠程連線互動，合并推流，完成“云采訪”和“云錄制”進一步豐富直播互動形式。也可以截取直播過程中的精彩片段、直播截圖發(fā)布圖文直播。具備橫、豎屏形式的推流展現(xiàn)及美顏特效?；又辈ラg可以接入第三方直播流，也可以作為直播源被第三方拉取。

3.4 直播間管理

直播間管理模塊為直播管控人員提供了統(tǒng)一的直播間管理界面，見圖4，包括封面圖、展示列表、直播配置、審核發(fā)布、直播狀態(tài)和定時上下線等。直播間也能獨立進行基礎(chǔ)樣式裝修及配置，例如橫豎屏、封面、標題、簡介、機位、授權(quán)、分享、回看、廣告、評論等。

3.5 直播數(shù)據(jù)

直播數(shù)據(jù)模塊用于向運營人員及主播提供每場直播的多維度數(shù)據(jù)和可視化圖表。例如，某場直播在不同時間段的瀏覽量、點贊量、評論量趨勢圖，見圖5；統(tǒng)計觀眾用戶每次進入直播間的時間、觀看總時長、進入次數(shù)、點贊次數(shù)、聊天條數(shù)及IP地址等。

3.6 云導(dǎo)播

云導(dǎo)播模塊用于后臺導(dǎo)播人員對直播信號流的切換、合并和特效包裝等操作。區(qū)別于傳統(tǒng)導(dǎo)播設(shè)備，采用云平臺集群形式軟部署，可以接入手機端、電腦端、攝像機直推、無人機直推、網(wǎng)絡(luò)流媒體及第三方推流工具等多類終端推出的不同通道、不同分辨率的RTMP、HLS直播流，支持橫屏、豎屏，最高支持4k分辨率[3]。具有PVW/PGM（Preview/Program，演播室預(yù)監(jiān)畫面/播出節(jié)目畫面）切換、編輯畫面場景、拼接、轉(zhuǎn)場特技、字幕、圖標、延時設(shè)置及多機位畫面合成能力，見圖6。

多人視頻連線，在直播的同時，通過云導(dǎo)播可以與多個主播手機推流工具端等進行遠程連線并給予Tally提示，導(dǎo)播可以指揮調(diào)度多個現(xiàn)場機位。緊急情況下，能夠切換備用輸入或墊片播出。實時錄制PGM輸出視頻，生成MP4或HLS格式；可以配置多碼流播出，滿足不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶觀看需求。

3.7 直播監(jiān)看

直播監(jiān)看模塊用于對系統(tǒng)內(nèi)所有PGM/PVW直播流信號的集中管理和監(jiān)看。在Web頁面實時顯示獲取的直播編碼、服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通斷等狀態(tài)信息。智能告警策略，實時監(jiān)測直播流的狀態(tài)，檢測斷流、卡頓等異常情況；當檢測到異常情況時，觸發(fā)告警機制，并自動切換到預(yù)設(shè)的安播圖片或視頻進行墊播；可自定義選擇后臺消息、短信、微信等多種告警通知方式。

3.8 互動管理與內(nèi)容安全

虛擬禮物互動模塊用于豐富直播期間用戶與主播之間互動體驗。通過與App端用戶體系、財富體系、積分體系、支付體系的雙向打通，在直播過程中，用戶可以兌換或購買虛擬禮物道具視效表達對主播直播的支持；也可以參加在直播中發(fā)起的搶紅包、砸金蛋、投票等互動活動。

互動評論管理模塊用于處理用戶之間的評論互動，確保直播間健康、積極的討論氛圍。管理員可以配置開啟或關(guān)閉評論，可以對評論內(nèi)容進行審核；管理員和用戶都可以對評論內(nèi)容進行回復(fù)、追評；對于不當或違規(guī)的評論，可以進行刪除操作；同時還可以將評論內(nèi)容批量導(dǎo)出。

內(nèi)容安全過濾模塊負責(zé)對直播環(huán)節(jié)涉及的文字、圖片和視頻等進行安全管理。通過調(diào)用客戶端敏感詞庫和內(nèi)容審核能力，對直播內(nèi)容、評論、昵稱、頭像等由用戶生產(chǎn)的內(nèi)容進行多模態(tài)安全過濾，防范出現(xiàn)違規(guī)內(nèi)容。也可以自定義設(shè)置評論用戶的黑白名單及IP地址段。

3.9 CDN對接

CDN接入基礎(chǔ)流程[7]：在CDN控制臺中，添加直播系統(tǒng)待加速域名，控制臺自動生成對應(yīng)的CNAME域名；登錄域名解析系統(tǒng)，將DNS解析配置由待加速域名指向該CNAME域名，見圖7；并根據(jù)直播實際場景，優(yōu)化源站配置、回源配置、緩存配置和資源預(yù)熱配置。

CDN安全配置：在源站和CDN端均配置了HTTPS證書，實現(xiàn)客戶端到源站全鏈路HTTPS加密，保障直播內(nèi)容傳輸安全。

防盜鏈與鑒權(quán)設(shè)置：為確保直播內(nèi)容安全傳輸并防止?jié)撛诠粽弑I取直播推流URL地址造成流量損失和成本增加，采取了防盜鏈和鑒權(quán)等多重安全措施。

配置防盜鏈策略，通過基于HTTP請求頭中的Referer字段對用戶身份進行識別和規(guī)則過濾；配置直播地址URL鑒權(quán)，CDN節(jié)點對鑒權(quán)URL中的加密串和時間戳鑒權(quán)信息進行驗證，確保只有合法的用戶請求才能被處理。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對場景需求、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)及功能模塊等方面的細致探索與實踐，我們依托公有云資源，在客戶端平臺上構(gòu)建出一套穩(wěn)定可靠、用戶友好的直播系統(tǒng)。上線三年以來，開展各類活動直播近400場次，平穩(wěn)承擔了每年安徽春晚直播、安徽經(jīng)濟人物頒獎禮直播、中高考揭線直播等高并發(fā)場景的訪問流量，后續(xù)將進一步優(yōu)化直播展示頁面和VMS管理能力。系統(tǒng)不僅滿足了廣大用戶對融媒體直播內(nèi)容日益豐富多樣的需求，同時也為傳統(tǒng)媒體在完善移動端內(nèi)容生產(chǎn)流程、優(yōu)化用戶體驗、拓展移動端影響力，提供了可行的技術(shù)支撐和解決方案借鑒。

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【通聯(lián)編輯：梁書】