環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)研究

譚家權(quán)

【摘要】環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視轉(zhuǎn)播一直是國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離戶外運(yùn)動(dòng)電視轉(zhuǎn)播的制高點(diǎn)。2021年第二十屆環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽于7月11日至7月18日成功舉辦，提振了特殊時(shí)期國(guó)內(nèi)大型體育賽事辦賽信心。由于特殊的地理環(huán)境因素以及自行車(chē)運(yùn)動(dòng)具有的“速度快”“距離遠(yuǎn)”等特點(diǎn)，在今年的環(huán)湖賽轉(zhuǎn)播中，我方積極補(bǔ)強(qiáng)了以往賽事中出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)，并在擅長(zhǎng)的電視信號(hào)傳輸方面，采用新方案，新設(shè)備，使得在不影響節(jié)目信號(hào)質(zhì)量的前提下， 大幅減少因信號(hào)傳輸、轉(zhuǎn)播車(chē)等所發(fā)生的費(fèi)用，為整個(gè)環(huán)湖賽的電視轉(zhuǎn)播節(jié)省了資源。本文將淺析2021年第二十屆環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹在傳輸系統(tǒng)中所采用的新設(shè)備和新應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】DVB-T;SRT;MSTP鏈路;5G

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.003

1. 環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)

環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，是一個(gè)基于固定翼飛機(jī)的移動(dòng)地空立體中繼轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，包含起/終點(diǎn)子系統(tǒng)、地面和空中移動(dòng)子系統(tǒng)、固定翼飛機(jī)中繼平臺(tái)等多個(gè)系統(tǒng)。起/終點(diǎn)子系統(tǒng)包含起點(diǎn)信號(hào)采集和傳輸、終點(diǎn)的高清訊道轉(zhuǎn)播車(chē)及其附屬、前方演播室、信號(hào)控制中心、接收點(diǎn)信號(hào)接收及光纜傳輸子系統(tǒng)和高清電視信號(hào)衛(wèi)星傳輸及備份等;地面和空中移動(dòng)子系統(tǒng)包括跟拍摩托車(chē)信號(hào)采集、高清電視信號(hào)發(fā)射、航拍直升機(jī)子系統(tǒng);固定翼飛機(jī)中繼平臺(tái)包括高清電視接收轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)、數(shù)字通話接收轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)、GPS定位及飛機(jī)航空數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。

2. 環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)賽電視電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)

2.1 起點(diǎn)信號(hào)采集和傳輸

在以往幾屆的環(huán)湖賽中，由一臺(tái)高清電視轉(zhuǎn)播車(chē)作為起點(diǎn)的電視制作基地，多路信號(hào)制作成一路起點(diǎn)PGM送給終點(diǎn)。在今年的環(huán)湖賽中，為了更高效的利用終點(diǎn)的轉(zhuǎn)播車(chē)系統(tǒng)，減少轉(zhuǎn)播人員數(shù)量，控制電視轉(zhuǎn)播的成本，同時(shí)充分利用5G新技術(shù)帶來(lái)的視頻傳輸便利。起點(diǎn)的電視轉(zhuǎn)播做了新的改變，摒棄了轉(zhuǎn)播車(chē)，所有的信號(hào)全部通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳給終點(diǎn)并在終點(diǎn)進(jìn)行節(jié)目制作。

來(lái)自四臺(tái)高清攝像機(jī)的信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線收發(fā)方式（DVB-T），4路電視信號(hào)進(jìn)入到設(shè)備LU800中，4路視頻信號(hào)通過(guò)5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸回終點(diǎn)的服務(wù)器，再組成完整的4路信號(hào)。LU800是LiveU公司最新產(chǎn)品，其獨(dú)有的LRT?可靠傳輸協(xié)議，能在無(wú)保障的IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的可靠、低延時(shí)傳輸。

2.2 賽事途中的信號(hào)傳輸

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，最核心的便是空中的固定翼飛機(jī)中繼平臺(tái)。賽事中采用的中繼飛機(jī)為大棕熊（Kodiak 100）

與直升機(jī)相比較，此型飛機(jī)具有起飛重量大，機(jī)身內(nèi)部空間大，能搭載更多設(shè)備，滯空時(shí)間長(zhǎng)，使用升限高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于環(huán)青海湖國(guó)際公路自行車(chē)這種高海拔長(zhǎng)距離的戶外賽事轉(zhuǎn)播。

地面3輛跟拍摩托車(chē)采集到視頻畫(huà)面，每1路占用8MHz帶寬發(fā)射，發(fā)射信號(hào)采用h.264編碼，DVB-T 16QAM調(diào)制，保護(hù)間隔GI=1/4，F(xiàn)EC=3/4，碼率14.93Mbps;航拍采用有人直升機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速和機(jī)動(dòng)，發(fā)射1路高清信號(hào)，占用8MHz帶寬發(fā)射，采用h.264編碼，DVB-T模式下16QAM調(diào)制，保護(hù)間隔GI=1/4，F(xiàn)EC=3/4，傳輸碼率14.93Mbps。中繼機(jī)收到共計(jì)四路高清信號(hào)，碼率60Mbps。

四路高清信號(hào)在中繼平臺(tái)上復(fù)用成一個(gè)大的TS流并進(jìn)行信道編碼，內(nèi)碼采用卷積碼，外碼采用RS分組碼，再進(jìn)行QPSK調(diào)制，最終發(fā)射數(shù)據(jù)帶寬60Mbps。得益于固定翼飛機(jī)的飛行高度優(yōu)勢(shì)，基于固定翼飛機(jī)的中繼平臺(tái)所轉(zhuǎn)發(fā)的電視轉(zhuǎn)播信號(hào)覆蓋距離超過(guò)70公里，已能足額滿足公路自行車(chē)賽電視轉(zhuǎn)播時(shí)長(zhǎng)。

2.3 接收點(diǎn)至終點(diǎn)的信號(hào)傳輸

根據(jù)傳輸需求，每一賽段的比賽都會(huì)設(shè)置2個(gè)地面接收點(diǎn)，形成1vs1備份。地面接收點(diǎn)采用自動(dòng)伺服跟蹤天線加低噪聲放大器的祝賀，來(lái)精確追蹤固定翼飛機(jī)的飛行軌跡，確保接收信號(hào)不失鎖。

在接收點(diǎn)與終點(diǎn)轉(zhuǎn)播車(chē)之間，有電信營(yíng)運(yùn)商提供的一條100M帶寬MSTP鏈路，以及一條互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線。兩條傳輸通路互為主備路，來(lái)傳遞4路移動(dòng)視頻信號(hào)。

4路SDI信號(hào)被編碼壓縮并轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)傳輸流（TS over IP），每一路信號(hào)被編碼成15Mbps，4路共計(jì)60Mbps的數(shù)據(jù)流，采用UDP協(xié)議傳輸在100M帶寬的MSTP鏈路上，終點(diǎn)解碼器收到傳輸流并解碼出4路最終信號(hào)。

同理，備路信號(hào)傳輸流通過(guò)Cogent SMH網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過(guò)SRT協(xié)議轉(zhuǎn)換后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸，信號(hào)在終點(diǎn)被解碼器解碼后，以備份信號(hào)饋入到轉(zhuǎn)播車(chē)中。

Cogent SMH網(wǎng)關(guān)及配套的設(shè)備，是這次環(huán)湖賽傳輸中的一個(gè)亮點(diǎn)。這是SRT傳輸設(shè)備首次應(yīng)用于環(huán)湖賽的電視信號(hào)傳輸中。Cogent SMH是基于互聯(lián)網(wǎng)視頻傳輸應(yīng)用而設(shè)計(jì)的視頻流分發(fā)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，除支持UDP/RTMP等傳統(tǒng)流協(xié)議外，還支持SRT可靠傳輸協(xié)議，通過(guò)流協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，借助普通互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨網(wǎng)絡(luò)的視頻流傳輸。SMH還能在網(wǎng)絡(luò)不太理想的普通互聯(lián)網(wǎng)上確保視頻圖像的質(zhì)量，配合互聯(lián)網(wǎng)傳輸編解碼器使用，滿足環(huán)湖賽這種高質(zhì)量、遠(yuǎn)距離視頻傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景。與傳統(tǒng)的MSTP鏈路相比較，互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線具有布線快速靈活、數(shù)據(jù)帶寬大，占用營(yíng)運(yùn)商網(wǎng)絡(luò)資源少，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，大大節(jié)省了傳輸?shù)馁M(fèi)用。

2.4 終點(diǎn)PGM上星

從轉(zhuǎn)播車(chē)送出來(lái)的最終PGM信號(hào)，通過(guò)兩輛衛(wèi)星車(chē)（一輛C波段衛(wèi)星車(chē)，一輛Ku波段衛(wèi)星車(chē)），分主備路上星，送至電視臺(tái)。

3. 新方案新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 5G技術(shù)的應(yīng)用

2021年的環(huán)湖自行車(chē)賽的比賽起點(diǎn)轉(zhuǎn)播，采用了LiveU公司的新產(chǎn)品-5G傳輸設(shè)備LU800，每臺(tái)LU800可同時(shí)傳輸多達(dá)4路完全幀同步的高清視頻信號(hào)，通過(guò)強(qiáng)大的IP綁定技術(shù)，一臺(tái)服務(wù)器LiveU Central最大支持14個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。通過(guò)該設(shè)備傳輸?shù)膱D像不僅色彩豐富逼真，還可內(nèi)嵌多達(dá)16路音頻，充分滿足電視節(jié)目制作要求，傳輸?shù)男盘?hào)質(zhì)量達(dá)到較高水準(zhǔn)。LU800也可提供最高4Kp60 10-bit HDR傳輸，為4K轉(zhuǎn)播留下了無(wú)限空間。

LU800設(shè)備內(nèi)置8個(gè)5G模塊，搭載高性能內(nèi)置天線，專(zhuān)為5G網(wǎng)絡(luò)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，兼容中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信三家營(yíng)運(yùn)商。以卓越的5G性能，帶來(lái)全新級(jí)別的穩(wěn)定性傳輸。在2021年環(huán)湖賽直播賽段的起點(diǎn)地區(qū)，國(guó)內(nèi)三大營(yíng)運(yùn)商都建設(shè)了豐富的5G通信站點(diǎn)資源。借助5G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的更大帶寬、更高網(wǎng)速及更低延時(shí)，起點(diǎn)4路信號(hào)共計(jì)60Mbs數(shù)據(jù)流，信號(hào)傳輸變得游刃有余。

LU800設(shè)備的啟用，省掉了起點(diǎn)的轉(zhuǎn)播車(chē)，使得賽事起點(diǎn)設(shè)備和人員配置更加靈活經(jīng)濟(jì)。

3.2 SRT協(xié)議視頻流傳輸應(yīng)用

利用Cogent SMH網(wǎng)關(guān)，使得現(xiàn)有編解碼設(shè)備也能靈活玩轉(zhuǎn)SRT傳輸。SRT（Secure Reliable Transport）是新一代低延遲視頻傳輸協(xié)議，是一種開(kāi)源、免費(fèi)和應(yīng)用靈活的規(guī)范。有如下之特點(diǎn)

3.2.1 SRT允許直接在信號(hào)源和目標(biāo)之間建立連接

允許使用直接從源到目的地的連接，可以減少網(wǎng)絡(luò)延遲，降低網(wǎng)絡(luò)成本。得益其靈活的、自適應(yīng)的緩沖區(qū)管理系統(tǒng)，SRT可以在幾毫秒到幾秒的延時(shí)之間的連接上很好地工作，因此可以處理任何可能在私網(wǎng)或公網(wǎng)上的資源。較低的網(wǎng)絡(luò)延遲，使得其在重視實(shí)時(shí)性的體育轉(zhuǎn)播中得到青睞和重視。

3.2.2 SRT支持多種流類(lèi)型

與其他一些只支持特定視音頻格式的解決方案不同，SRT與負(fù)載無(wú)關(guān)，它只是一種傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可以承載不同編碼格式的IP流，如MPEG-2、H.264和H.265等，這與其他一些只支持特定視頻和音頻格式的解決方案不同。任何類(lèi)型的視頻或音頻媒體，或者實(shí)際上任何可以使用UDP發(fā)送的其他數(shù)據(jù)元素，都與SRT兼容。Cogent SMH網(wǎng)關(guān)就是一款UDP轉(zhuǎn)SRT的設(shè)備。

3.2.3 SRT支持多個(gè)并發(fā)流

在環(huán)湖賽中，4路視頻信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接上并行發(fā)送多路SRT流?？梢员３置總€(gè)信號(hào)的媒體格式和時(shí)序的同步實(shí)現(xiàn)。SRT握手過(guò)程支持出站連接，不需要在防火墻中打開(kāi)危險(xiǎn)的永久外部端口，從而維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

3.2.4 SRT信號(hào)時(shí)間準(zhǔn)確與低延遲

壓縮視頻信號(hào)對(duì)信號(hào)時(shí)序變化所造成的中斷非常敏感。使用SRT，每個(gè)數(shù)據(jù)包都帶有發(fā)送方分配的高分時(shí)間戳，接收方可精準(zhǔn)恢復(fù)該時(shí)間戳，以重建信號(hào)時(shí)序關(guān)系，忽略網(wǎng)絡(luò)延遲變化。此外，在握手過(guò)程中，SRT端點(diǎn)建立了穩(wěn)定的端到端延遲，消除了下游設(shè)備需要有自己的緩沖區(qū)來(lái)應(yīng)對(duì)不斷變化的信號(hào)延遲。

4. 結(jié)束語(yǔ)

2021年環(huán)湖賽已經(jīng)圓滿閉幕，賽事節(jié)目在CCTV-5和青海衛(wèi)視完成了4站的現(xiàn)場(chǎng)直播。今年的環(huán)湖賽，首次采用了5G信號(hào)傳輸，更多的起點(diǎn)畫(huà)面?zhèn)鞯搅私K點(diǎn)轉(zhuǎn)播車(chē)，給節(jié)目制作帶來(lái)更多的素材，豐富了比賽元素。SRT傳輸協(xié)議的使用賽事中途的移動(dòng)鏡頭時(shí)效性也得以增強(qiáng)，同時(shí)信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定，且減少了光纜專(zhuān)線的使用，為節(jié)目轉(zhuǎn)播節(jié)約了大量的資金。文中所提到傳輸方式，可為國(guó)內(nèi)馬拉松、鐵人三項(xiàng)，公路自行車(chē)等賽事的信號(hào)傳輸提供有利參考。為戶外長(zhǎng)距離賽事的電視轉(zhuǎn)播方在不減節(jié)目信號(hào)質(zhì)量，又能節(jié)約光纜建設(shè)費(fèi)用提供了參考案例。

環(huán)湖賽作為UCI 2.HC級(jí)賽事，5G新技術(shù)的應(yīng)用為環(huán)湖賽節(jié)目傳輸提供了新的方法。賽事中通過(guò)SRT傳輸協(xié)議傳輸電視信號(hào)，也為國(guó)際和國(guó)內(nèi)賽事電視信號(hào)傳輸做了新的應(yīng)用案列。

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