胡建華 周海榮 淮安市廣播電視臺

淮安絲綢之路挑戰(zhàn)賽直播信號傳輸方案設計與應用

胡建華 周海榮 淮安市廣播電視臺

本文介紹了“第二屆淮安·絲綢之路戶外挑戰(zhàn)賽”直播信號傳輸方案設計，及在該直播中運用4G技術和傳統(tǒng)技術，電視直播信號在傳輸、接收、處理等方面的應用體會。

戶外體育運動直播 4G技術 傳輸方案

一、引言

“第二屆淮安·絲綢之路戶外挑戰(zhàn)賽”是繼今年金湖國際半程馬拉松（銅牌賽事）之后，我市第二次利用自己的設備，自己的人員對本次挑戰(zhàn)賽進行的直播。由于戶外體育運動直播是電視轉(zhuǎn)播最具挑戰(zhàn)、難度最大的一項任務，本次賽事我們綜合使用了4G傳輸，無人機航拍圖傳，固定機位光纖回傳等傳輸技術，圓滿完成了本次挑戰(zhàn)賽的直播。絲綢之路挑戰(zhàn)賽不僅有陸上項目（微型馬拉松、50公里自行車）還有水上項目（皮劃艇），相比其他田徑賽事、路線銜接復雜、周邊環(huán)境復雜、干擾源多，對于移動中傳輸比賽信號具有一定的難度。

二、轉(zhuǎn)播方案

轉(zhuǎn)播方案根據(jù)轉(zhuǎn)播的環(huán)境和設備確定。通常戶外挑戰(zhàn)賽的賽事轉(zhuǎn)播主要應用無線微波和動中通相結(jié)合的傳輸方式，因為天氣、周邊環(huán)境等因數(shù)對廣播電視衛(wèi)星傳輸會產(chǎn)生影響，同時考慮到運用此方式需要花費大筆資金租用一大批設備，這樣對于地方臺來講是一筆很大的開支，還不能培養(yǎng)出自己的團隊。為了將挑戰(zhàn)賽精彩的畫面多角度地呈現(xiàn)給觀眾，我們因地制宜采用了直播信號的多種傳輸方式：固定機位采用光纖回傳；移動機位采用4G回傳；近距離（100M）左右移動場景采用wifi傳輸。為了確保安全播出在現(xiàn)場搭建簡易演播室邀請嘉賓解說。2.1 各場點信號傳輸方案

本次“淮安·絲綢之路戶外挑戰(zhàn)賽”的活動設有起點和終點，沿途設置了6套4G設備，回傳移動機位以及6個折返點（終點）位置的直播信號；設置光纖回傳等6個場點的直播信號。各場點共計18路直播信號。

（1）起點：體育中心西門（半程起點和終點），設置了主備2臺光端機，將電視轉(zhuǎn)播車的信號通過光端機傳輸?shù)轿遗_的總控機房，另外設置了5臺光接收機，接收從各個折返點或分會場光纖傳輸過來信號，光纖固定回傳機位圖如圖1所示。

圖1 光纖固定回傳機位圖

（2）空中信號：通過無人機輸出的信號接入到4G發(fā)射機，鳥瞰淮安里運河的風光美景以及各個項目的進程。4G發(fā)射機將視頻流推送到私有云，在轉(zhuǎn)播車將私有云的視頻作為外來信號接入二級切換臺進行調(diào)度處理。

（3）折返（換項）點：枚皋路橋下、八亭橋、皮劃艇1、皮劃艇2架設固定機位，作為外來信號接入二級切換臺進行調(diào)度處理，EFP的PGM視頻信號通過光纖傳輸，然后接入到轉(zhuǎn)播車外來接口。

圖2 主持人采訪沖線選手

（4）EFP節(jié)目現(xiàn)場制作系統(tǒng)：EFP布置在終點區(qū)，在終點區(qū)設置“2+1”的三個機位,兩路通過同軸電纜傳輸視頻信號的固定機位，一路通過WIFI傳輸視頻信號的游動機位，可將里運河上的精彩畫面呈現(xiàn)給觀眾，并對沖線的選手進行對比賽的想法和感言的隨機采訪。見圖2。

（5）移動機位：跟拍選手在線路中的狀態(tài)，通過4G設備回傳到轉(zhuǎn)播車，并作為外來信號接入到二級切換臺進行調(diào)度處理。

（6）頒獎區(qū)/簡易演播室：頒獎區(qū)和簡易演播室設置在比賽的起點區(qū)，轉(zhuǎn)播車的5路輸入信號是頒獎區(qū)的3路信號和演播室的2路信號。

以上場點共18路直播信號，5路固定機位信號通過光纖傳輸，6路信號通過4G設備回傳到二級切換臺，還有5+2信號（其中一路作為二級切換臺的接入）通過同軸電纜傳輸?shù)睫D(zhuǎn)播車。直播技術方案框圖見圖3。

圖3 直播技術方案框圖

三、技術應用

3.1 傳統(tǒng)傳輸技術應用

針對這次賽事直播活動，我臺利用電信鋪設的光纜進行信號傳輸。電信技術人員按要求提前完成了挑戰(zhàn)賽賽道沿途各個信號傳輸點（起點，終點，折返點）的測試工作。光纖傳輸系統(tǒng)配備了6對雙電源數(shù)字光端機，光發(fā)機的發(fā)射功率-7dbm，接收機的靈敏度為-32dbm，輸出SDI加嵌信號，對轉(zhuǎn)播車外場的5個場點5路直播信號通過數(shù)字光纖系統(tǒng)回傳過來的信號，進行了預選切換后提供給轉(zhuǎn)播車（另一外場WIFI信號經(jīng)過測試后直接接入系統(tǒng)外來信號），從而滿足了這次賽事直播活動接力式和組接式的需求。

3.2 4G傳輸技術應用

近幾年隨著無線通信4G網(wǎng)絡技術的日臻完善，4G技術越來越普遍地應用在各類大型直播活動、新聞連線及大型互動節(jié)目中，這是目前電視轉(zhuǎn)播中一種全新的跨平臺的應用。

4G傳輸利用電信運營商（聯(lián)通、電信、移動）網(wǎng)絡進行傳輸，因此傳輸效果會受到電信運營商的網(wǎng)絡狀況的制約。挑戰(zhàn)賽在移動過程中利用4G網(wǎng)絡傳輸視（音）頻，比定點拍攝傳輸來說難度加大，從而對4G網(wǎng)絡提出了更高要求。

4G即攝即傳技術是指在直播使用的攝像機上安裝一個無線傳輸模塊，利用4G網(wǎng)絡對視頻進行壓縮編碼后上傳到系統(tǒng)接收機服務器中，然后在轉(zhuǎn)播車將直播視頻流進行解碼，供節(jié)目導播選擇切換畫面。與傳統(tǒng)的直播方式相比，4G即攝即傳提供了另一種更簡單便捷的直播方式。本次挑戰(zhàn)賽租用了深圳高視公司的6個發(fā)射模塊(G Live 1000金湖馬拉松也使用此型號)，提供6張移動4G專用卡，12張電信4G專用卡可供6個攝像訊道使用。這也是淮安第二次將4G即攝即傳技術應用于賽事直播。

本次使用的4G設備上行壓縮編碼方式是H.264,4G網(wǎng)絡捆綁視頻傳輸系統(tǒng)，傳輸碼率達到0.5-12Mbps，搭載的多核視頻編碼引擎可提供穩(wěn)定的廣播級視頻質(zhì)量；內(nèi)置三個4G模塊和一個外置4G或WIFI模塊。高效的網(wǎng)絡捆綁算法能最大限度地利用網(wǎng)絡帶寬，實時傳輸高清視頻。在這次應用中發(fā)現(xiàn)在4G 網(wǎng)絡速率達到4Mbps以上時，信號仍非常流暢，畫面清晰。

本次4G直播傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成為：攝像機/無人機、上行單元（本次使用G LIVE 1000）、4G無線網(wǎng)絡，接收機服務器、直播車系統(tǒng)/演播室系統(tǒng)，如圖4所示。

在這次直播前的技術演練時，開始無論用移動4G網(wǎng)絡和電信4G網(wǎng)絡都會出現(xiàn)如下幾種情況：

（1）圖像質(zhì)量逐步變差，甚至中斷；（2）現(xiàn)場鏡頭畫面變化很大或鏡頭移動太快時，接收到信號會有拖尾現(xiàn)象；（3）圖像流暢，但是畫面質(zhì)量比較低；（4）4G網(wǎng)絡自動切換到3G網(wǎng)絡。 最終經(jīng)過測試和比對采用移動4G和電信4G雙網(wǎng)制式的網(wǎng)絡，解決了單一電信運營商出現(xiàn)的網(wǎng)絡覆蓋的盲區(qū)或弱信號區(qū)，導致上傳速率較低的問題，保證了4G網(wǎng)絡的傳輸覆蓋效果。影響4G傳輸?shù)闹饕蛴校?/p>

圖4 4G直播傳輸系統(tǒng)

（1）終端與網(wǎng)絡的配置

視頻傳輸對于上行速率要求較高，下行速率對其轉(zhuǎn)播影響不大，因而在網(wǎng)絡配置和終端選擇時重點保證上行速率，比如將基站的時隙改變由原先的1:3更改為2:2，來增加上行幀的數(shù)量，提高上傳速率；要考慮網(wǎng)絡的實際情況和4G其他網(wǎng)絡用戶的需求，對網(wǎng)絡的配置和參數(shù)的設置和電信運行商進行溝通，在不影響其他用戶的需求下，保證直播最優(yōu)的信號傳輸質(zhì)量。

（2）網(wǎng)絡覆蓋

網(wǎng)絡覆蓋無論在2G、3G中都對通信質(zhì)量起著至關重要的作用。經(jīng)過測試移動的4G覆蓋，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域4G覆蓋不佳，會自動切換到3G網(wǎng)絡。在和移動的網(wǎng)絡優(yōu)化的工作人員溝通后，發(fā)現(xiàn)在4G覆蓋不佳的區(qū)域加大發(fā)射功率效果仍然不是太好?？紤]到受到架設基站條件的限制，我們又測試了電信的4G網(wǎng)絡覆蓋，在移動的4G網(wǎng)絡覆蓋不佳的區(qū)域，電信的4G覆蓋還很穩(wěn)定。最終我們采取移動和電信兩種4G網(wǎng)絡制式雙模，保證了4G網(wǎng)絡的傳輸覆蓋效果，提高了直播信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。

（3）基站切換

以前利用4G信號傳輸都是在固定機位或者在這個4G基站的覆蓋范圍來傳輸視頻。在馬拉松賽事直播時，會出現(xiàn)固定機位不動時，當終端在以一定速度移動時，會從一個基站切換到另一個基站，此時會出現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸信令丟失、基站重選過于頻繁、接入困難的狀況，這些現(xiàn)象都會導致切換失敗，從而導致視頻信號中斷。對此需要通過參數(shù)配置來完成網(wǎng)絡優(yōu)化和自動連接過程，從而提高網(wǎng)絡優(yōu)化效率和質(zhì)量。

（4）其他原因在比賽當天會有參賽選手、大量觀看的群眾不斷刷朋友圈等因數(shù)造成網(wǎng)絡擁擠、堵塞，通常這種情況短時間就能恢復正常，若長時間還沒有恢復正常，則需要調(diào)整編解碼的參數(shù)來改善圖像的傳輸。

3.3 簡易演播室搭建

為了保證這次挑戰(zhàn)賽賽事直播信號的安全，我們在現(xiàn)場搭建了簡易的演播室。演播室內(nèi)部信號（攝像機、VTR、字幕等）進行選擇切換合成，組接上由嘉賓和主持人對比賽的解說、評論及網(wǎng)絡端觀眾的互動后，賽事直播PGM信號傳送給樂視網(wǎng)和淮安電視臺，然后在我臺的網(wǎng)絡客戶端（無線淮安）和視聽網(wǎng)進行全程同步直播。

（1）視頻系統(tǒng)

由于現(xiàn)場搭建的演播室離轉(zhuǎn)播車很近，比賽的現(xiàn)場畫面通過矩陣系統(tǒng)返送給演播室，可以讓嘉賓，主持人對現(xiàn)場的運動員進展情況進行解說、點評，同時推送網(wǎng)絡平臺上的觀眾提出的問題（經(jīng)過篩選的觀眾）供嘉賓和主持人來作答，點評。

（2）音頻系統(tǒng)

音頻系統(tǒng)以現(xiàn)場調(diào)音臺和制作調(diào)音臺為主，配備音頻加嵌、解嵌設備，在系統(tǒng)中對音頻信號進行交叉?zhèn)鬏?，實現(xiàn)互為備份，保證了播出安全。

（3）通話系統(tǒng)

通話系統(tǒng)以轉(zhuǎn)播車上的數(shù)字通話矩陣為中心，結(jié)合無線通信系統(tǒng)將導播的口令返送給主持人和嘉賓。

3.4 通信系統(tǒng)

本次直播活動的通信系統(tǒng)由有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)以及移動電話共同組成了通訊保障方案。有線通信系統(tǒng)以轉(zhuǎn)播車上的數(shù)字通話矩陣為中心，結(jié)合無線通信系統(tǒng)和移動電話進行調(diào)度，從而保證各個環(huán)節(jié)的有效通話。

四、總結(jié)

隨著4G網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，對廣播電視行業(yè)移動傳輸設備、轉(zhuǎn)播車、演播室等系統(tǒng)的構(gòu)建都會產(chǎn)生極大的變革。通過這次挑戰(zhàn)賽比賽，我臺電視直播技術人員利用4G技術與傳統(tǒng)技術相結(jié)合，較好的完成了這次挑戰(zhàn)賽電視移動直播信號的傳輸任務，我臺技術人員也對利用4G技術進行移動直播傳輸信號積累了實踐經(jīng)驗，為今后我臺承辦類似的大型電視移動直播活動，在信號傳輸、接收、處理等方面提供了一個可借鑒的成功案例。