什么是云导播？云导播技术综述

1. 什么是云导播台

近年来，大量线下和传统的业务搬到线上，使得云上业务呈爆发式增长，其中也包括了云导播台。

那么什么是云导播台，云导播台有什么功能呢？先说说什么是传统导播台，简单说，传统导播台就是完成对多种输入的音视频进行实时编辑、切换并最终输出到直播的系统。电视频道就是导播台的输出，各种节目、广告、连线画面按计划切换。而这背后实际是一套昂贵而且专业的硬件设备，而每套硬件设备一般只能输出一个频道。云导播台就是将上述能力搬到云上，将硬件导播台的功能云化，不需要专业的硬件支持，导播人员通过远程接入，实现导播切换、调音、录制等功能。简单易上手，同时价格亲民。

2. 云导播台相对传统导播台优势

2.1.  硬件和成本

传统的导播台不仅需要切换台，还需要调音台、录机、电脑等大型硬件设备，携带不便不说，这些硬件设备叠加的成本就不低，动辄几十万、几百万，对于专业影视行业的团队来说，还能承受，但是对于一般的企业需要导播的直播次数本来就不多，成本无疑是太高了。

为了满足企业新媒体追求高效、低成本的节目制作需求，不少直播主引进云导播台，将线下导播搬到线上来，省去了切换台、录机等笨重且繁琐的硬件。云导播台按分钟计费，一场活动导播，可能几十块钱就完成了，极大降低了成本。

2.2.  操作与功能

导播台主要作用是将多机位音视频信号整合到一起，根据现场需求，由导播人员进行实时切换。

传统硬件导播台的导播间一般它距离现场非常近，专业的导播人员通过操作台控制素材库中的流和现场直播流进行切换，让观众观看的直播流发生变化。

云导播最重要的特点是在云端，所以，第一，它可以进行远程操作，无论现场在哪里，导播人员都可在任何场地任何移动设备进行导播切流操作。第二，在云端可以无人操作。直播播单编排好后，可配置各种自动监控报警，自动备份，自动恢复紧急预案等等，无需进行传统的人工操作。

从视频制作功能来说，硬件的导播台，支持手动切换视频流，画面组合有特定的效果可供选择，但是一般低端的切换台不具备抠像功能，而云导播台，不仅支持手动切换视频流，而且还可以自定义多个画面场景比如大小，位置等，支持抠像，多布局混流和信源云端存储等。

在音频切换的功能这块，传统的导播台，一般的切换台不具备调音的功能，需要搭配对面的调音台才可以，导播一体机虽然可以实现，但是价格高一些。而云导播台，不但支持音频混编、本地监听、声道选择这些功能，而且是线上直接操作。

在字幕功能上，传统导播台一般是不具备字幕功能，需要搭配其他的硬件设备，而云导播台，直播添加字幕、水印、文字，也可以添加台标。

2.3.  兼容性

云导播台具有更好的兼容性。云导播台属于软件处理流媒体内容，对各种流媒体文件都能支持，甚至对某些非标准格式还能通过二次开发的方式兼容，使画面看起来流畅。

3. 云导播典型功能架构

功能架构如下图所示：

3.1. 协议转换集群

利用流媒体服务集群，打造高可用的直播收流、出流、录制服务。

收流服务

负责接收音视频采集设备推送的音视频码流，可支持SRT、RTMP、WebRTC等协议。

出流服务

负责监听指定端口，应答客户端播放器的拉流请求，可支持 RTMP、HTTP FLV、WebRTC、HLS等协议。

录制服务

“收流服务”和“出流服务”同步各自收到的视频流给“录制服务”，“录制服务”根据导播的指令，将需要录制的视频流，落盘（MP4）存储下来。

3.2.  转码混流服务

根据云导播台下发的指令，从收流服务拉取导播指定的多路源视频，进行混流、转码、机位切换、加水印、加logo等具体操作后，推出一路处理后的RTMP流。

3.3.  云导播台前端

视频云控制台内提供了云导播台服务，云导播台功能如下：

云导播台界面功能

视频源区域：支持自定义视频源，包括点播、直播、图片等。

PVW 预监：云导播台的预监区域。

PGM 主监：和观众侧保持一致的节目预览区域。

画中画区域：支持自定义多个视频源混流时采用的布局。

调音台区域：支持调整输出流中，每个输入流的音量，支持音视频分离。

功能区：支持水印、文本、转场、流监控等功能。

3.4.  云导播台后端

1.导播台web容器

2.与“导播台前端”交互

3.与“转码混流服务”交互

3.5.  云媒资

直播开始前的暖场视频、中间休息时的广告片、信号源的录制、输出视频画面的录制等，可存放在云媒资中。

3.6.  播放

观众通过PC、手机等观看直播事件。针对直播服务，如果终端观看用户较多，可以利用CDN进行边缘加速。

4. 云导播技术难点

4.1.  切换时延

云导播台运行在云端，用户通过web页面操作画面切换、布局切换等。由于网络传输耗时、音视频编解码耗时、播放器缓存等因素的影响，在未优化的情况下，在调用云端API后，需要数秒甚至十几秒才能看到切换的效果，显然，这个延时对于操作者无法忍受，能接受的延时只能在1秒以内。延时主要由以下几个方便产生:

首先是播放器缓存。大多数播放器会缓存几秒的视频画面才开始播放，这样能够防止链路抖动使得画面观看起来流畅，播放器缓存引起的延时占据了整体延时的60%。但是针对还没有直播出去的预监画面，抖动概率很低，高延时使得调整画面变得低效，操作不灵敏。针对这个问题，在不改变播放器的情况下(譬如flash播放器)需要调整播放器的播放缓存，将缓存时间长度调整到1秒以内。但到1秒以内再往下调整，实际作用已经不明显了。此时就需要更换更实时的播放器，譬如webrtc的播放器，可以将延时进一步调整到1秒以内。而抗抖动问题，交给直播的CDN来解决。

其次是链路缓存。缓存是抗网络抖动的有效方法，链路缓存存在输入流的输出端，编解码器内部和数据传输的网络层。导播台可对不同场景设置不同的链路缓存，接入端采用最新关键帧避免GOP缓存，在编解码内部，采用合理的编解码参数调节以及主动推流的方式降低编解码产生的延时。链路上，采用全内网专线就近传输，包括和直播、点播系统打通，在稳定性和延时上都有保证。

第三是启动过程。对于协议转换和编解码过程，如果采取按需启动，在需要编解码时，再去拉取流进行处理，无疑会增加触发过程和启动过程耗时。针对该场景，云导播对所有输入在全链路上预热，提前启动协议转换、媒体处理任务，预监和主监同时并行运行，即使关闭导播控制台，后台编解码任务也会继续在后台运行，这样在重新打开导播台时能立即取到内容。

4.2.  稳定性

与定制硬件拥有独立硬件、单独局域网、固定标准流媒体格式的硬件导播台相比，云导播台使用通用硬件，所处的网络和设备环境也是各种各样，意外和突发概率加大，稳定性上面临着更大的挑战。为了提升稳定性，云导播台需要在业务层面实现实时异常检测和故障调度，有效应对单设备、单区、单地等多个级别的异常，同时提供延时播出、快速切换、紧急垫片等多项应对功能。

4.3.  性能

云导播台通常需要支持多个导播台并行工作，意味着多路推流和拉流，对流媒体服务器性能是个很大的挑战。采用源服务器集群+边缘服务器集群，可搭建一个大规模的高可用集群，如下图：

源站服务器集群：仅用少量的服务器，专用于处理推流请求。

边缘服务器集群：可以用N台机器，从源站拉流，用于较大规模的实时播放。

源站前置负载均衡（硬件或软件负载均衡都行），上图中用haproxy来实现tcp的软负载均衡。

边缘服务器前置反向代理（比如：nginx），用于提供统一的播放地址，同时解决跨域问题，给客户端拉流播放。

5. 云导播应用场景

云导播台可以在游戏、教育，会议、电商直播、婚礼活动等场景中，进行画面导播和视频编辑。

游戏电竞,创建游戏主画面、解说画面，多路选手画面自定义布局模板。支持音视频分开处理，支持解说音频+比赛视频，实时切换音频流等。

电商直播,主播互动连麦，主播和粉丝镜头，产品信息的多视频分屏混合输出。

在线教育,云导播台可以让远程教学变得更方便，多个老师按时间段上课，通过导播台画面切换，学生可以不用切换房间和观看地址，在一个直播间内看到不同老师上课内容。主讲老师和助教还可以同时上课，通过导播台合成一个直播间。甚至学生还可以自己注册导播台方便的录制任何直播间的内容以供自己随时回看。

会议直播，做多地多会场直播时，可以用云导播台实现异地直播的切换，例如直播总会场与各地分会场做联合直播。

活动直播,支持在导播台实时编辑二维码等水印和字幕，推送到直播;直播护航，支持备播视频功能，直播流断流可以自动切换。

总之，与传统导播台相比，云导播拥有成本低、按量付费、支持弹性扩展、支持远程接入、多协议兼容、场景丰富等众多优势，适用于多视角直播、跨城同屏直播、在线教育、直播带货等多种场景。

6. 参考文献

https://cloud.tencent.com/developer/article/1668335?from=14588

https://cloud.tencent.com/document/product/267/47152?from=14588

https://zhuanlan.zhihu.com/p/47368971

https://juejin.cn/post/6844903532655542285

https://support.huaweicloud.com/usermanual-live/live_01_0037.html

https://www.cnblogs.com/yjmyzz/p/srs_study_4_cluster.html

作者：王飞 | 来源：青榴实验室