淮安丝绸之路挑战赛直播信号传输方案设计与应用

胡建华 周海荣 淮安市广播电视台

淮安丝绸之路挑战赛直播信号传输方案设计与应用

胡建华 周海荣 淮安市广播电视台

本文介绍了“第二届淮安·丝绸之路户外挑战赛”直播信号传输方案设计，及在该直播中运用4G技术和传统技术，电视直播信号在传输、接收、处理等方面的应用体会。

户外体育运动直播 4G技术 传输方案

一、引言

“第二届淮安·丝绸之路户外挑战赛”是继今年金湖国际半程马拉松（铜牌赛事）之后，我市第二次利用自己的设备，自己的人员对本次挑战赛进行的直播。由于户外体育运动直播是电视转播最具挑战、难度最大的一项任务，本次赛事我们综合使用了4G传输，无人机航拍图传，固定机位光纤回传等传输技术，圆满完成了本次挑战赛的直播。丝绸之路挑战赛不仅有陆上项目（微型马拉松、50公里自行车）还有水上项目（皮划艇），相比其他田径赛事、路线衔接复杂、周边环境复杂、干扰源多，对于移动中传输比赛信号具有一定的难度。

二、转播方案

转播方案根据转播的环境和设备确定。通常户外挑战赛的赛事转播主要应用无线微波和动中通相结合的传输方式，因为天气、周边环境等因数对广播电视卫星传输会产生影响，同时考虑到运用此方式需要花费大笔资金租用一大批设备，这样对于地方台来讲是一笔很大的开支，还不能培养出自己的团队。为了将挑战赛精彩的画面多角度地呈现给观众，我们因地制宜采用了直播信号的多种传输方式：固定机位采用光纤回传；移动机位采用4G回传；近距离（100M）左右移动场景采用wifi传输。为了确保安全播出在现场搭建简易演播室邀请嘉宾解说。2.1 各场点信号传输方案

本次“淮安·丝绸之路户外挑战赛”的活动设有起点和终点，沿途设置了6套4G设备，回传移动机位以及6个折返点（终点）位置的直播信号；设置光纤回传等6个场点的直播信号。各场点共计18路直播信号。

（1）起点：体育中心西门（半程起点和终点），设置了主备2台光端机，将电视转播车的信号通过光端机传输到我台的总控机房，另外设置了5台光接收机，接收从各个折返点或分会场光纤传输过来信号，光纤固定回传机位图如图1所示。

图1 光纤固定回传机位图

（2）空中信号：通过无人机输出的信号接入到4G发射机，鸟瞰淮安里运河的风光美景以及各个项目的进程。4G发射机将视频流推送到私有云，在转播车将私有云的视频作为外来信号接入二级切换台进行调度处理。

（3）折返（换项）点：枚皋路桥下、八亭桥、皮划艇1、皮划艇2架设固定机位，作为外来信号接入二级切换台进行调度处理，EFP的PGM视频信号通过光纤传输，然后接入到转播车外来接口。

图2 主持人采访冲线选手

（4）EFP节目现场制作系统：EFP布置在终点区，在终点区设置“2+1”的三个机位,两路通过同轴电缆传输视频信号的固定机位，一路通过WIFI传输视频信号的游动机位，可将里运河上的精彩画面呈现给观众，并对冲线的选手进行对比赛的想法和感言的随机采访。见图2。

（5）移动机位：跟拍选手在线路中的状态，通过4G设备回传到转播车，并作为外来信号接入到二级切换台进行调度处理。

（6）颁奖区/简易演播室：颁奖区和简易演播室设置在比赛的起点区，转播车的5路输入信号是颁奖区的3路信号和演播室的2路信号。

以上场点共18路直播信号，5路固定机位信号通过光纤传输，6路信号通过4G设备回传到二级切换台，还有5+2信号（其中一路作为二级切换台的接入）通过同轴电缆传输到转播车。直播技术方案框图见图3。

图3 直播技术方案框图

三、技术应用

3.1 传统传输技术应用

针对这次赛事直播活动，我台利用电信铺设的光缆进行信号传输。电信技术人员按要求提前完成了挑战赛赛道沿途各个信号传输点（起点，终点，折返点）的测试工作。光纤传输系统配备了6对双电源数字光端机，光发机的发射功率-7dbm，接收机的灵敏度为-32dbm，输出SDI加嵌信号，对转播车外场的5个场点5路直播信号通过数字光纤系统回传过来的信号，进行了预选切换后提供给转播车（另一外场WIFI信号经过测试后直接接入系统外来信号），从而满足了这次赛事直播活动接力式和组接式的需求。

3.2 4G传输技术应用

近几年随着无线通信4G网络技术的日臻完善，4G技术越来越普遍地应用在各类大型直播活动、新闻连线及大型互动节目中，这是目前电视转播中一种全新的跨平台的应用。

4G传输利用电信运营商（联通、电信、移动）网络进行传输，因此传输效果会受到电信运营商的网络状况的制约。挑战赛在移动过程中利用4G网络传输视（音）频，比定点拍摄传输来说难度加大，从而对4G网络提出了更高要求。

4G即摄即传技术是指在直播使用的摄像机上安装一个无线传输模块，利用4G网络对视频进行压缩编码后上传到系统接收机服务器中，然后在转播车将直播视频流进行解码，供节目导播选择切换画面。与传统的直播方式相比，4G即摄即传提供了另一种更简单便捷的直播方式。本次挑战赛租用了深圳高视公司的6个发射模块(G Live 1000金湖马拉松也使用此型号)，提供6张移动4G专用卡，12张电信4G专用卡可供6个摄像讯道使用。这也是淮安第二次将4G即摄即传技术应用于赛事直播。

本次使用的4G设备上行压缩编码方式是H.264,4G网络捆绑视频传输系统，传输码率达到0.5-12Mbps，搭载的多核视频编码引擎可提供稳定的广播级视频质量；内置三个4G模块和一个外置4G或WIFI模块。高效的网络捆绑算法能最大限度地利用网络带宽，实时传输高清视频。在这次应用中发现在4G 网络速率达到4Mbps以上时，信号仍非常流畅，画面清晰。

本次4G直播传输系统的构成为：摄像机/无人机、上行单元（本次使用G LIVE 1000）、4G无线网络，接收机服务器、直播车系统/演播室系统，如图4所示。

在这次直播前的技术演练时，开始无论用移动4G网络和电信4G网络都会出现如下几种情况：

（1）图像质量逐步变差，甚至中断；（2）现场镜头画面变化很大或镜头移动太快时，接收到信号会有拖尾现象；（3）图像流畅，但是画面质量比较低；（4）4G网络自动切换到3G网络。 最终经过测试和比对采用移动4G和电信4G双网制式的网络，解决了单一电信运营商出现的网络覆盖的盲区或弱信号区，导致上传速率较低的问题，保证了4G网络的传输覆盖效果。影响4G传输的主要原因有：

图4 4G直播传输系统

（1）终端与网络的配置

视频传输对于上行速率要求较高，下行速率对其转播影响不大，因而在网络配置和终端选择时重点保证上行速率，比如将基站的时隙改变由原先的1:3更改为2:2，来增加上行帧的数量，提高上传速率；要考虑网络的实际情况和4G其他网络用户的需求，对网络的配置和参数的设置和电信运行商进行沟通，在不影响其他用户的需求下，保证直播最优的信号传输质量。

（2）网络覆盖

网络覆盖无论在2G、3G中都对通信质量起着至关重要的作用。经过测试移动的4G覆盖，发现部分区域4G覆盖不佳，会自动切换到3G网络。在和移动的网络优化的工作人员沟通后，发现在4G覆盖不佳的区域加大发射功率效果仍然不是太好。考虑到受到架设基站条件的限制，我们又测试了电信的4G网络覆盖，在移动的4G网络覆盖不佳的区域，电信的4G覆盖还很稳定。最终我们采取移动和电信两种4G网络制式双模，保证了4G网络的传输覆盖效果，提高了直播信号传输的质量。

（3）基站切换

以前利用4G信号传输都是在固定机位或者在这个4G基站的覆盖范围来传输视频。在马拉松赛事直播时，会出现固定机位不动时，当终端在以一定速度移动时，会从一个基站切换到另一个基站，此时会出现网络传输信令丢失、基站重选过于频繁、接入困难的状况，这些现象都会导致切换失败，从而导致视频信号中断。对此需要通过参数配置来完成网络优化和自动连接过程，从而提高网络优化效率和质量。

（4）其他原因在比赛当天会有参赛选手、大量观看的群众不断刷朋友圈等因数造成网络拥挤、堵塞，通常这种情况短时间就能恢复正常，若长时间还没有恢复正常，则需要调整编解码的参数来改善图像的传输。

3.3 简易演播室搭建

为了保证这次挑战赛赛事直播信号的安全，我们在现场搭建了简易的演播室。演播室内部信号（摄像机、VTR、字幕等）进行选择切换合成，组接上由嘉宾和主持人对比赛的解说、评论及网络端观众的互动后，赛事直播PGM信号传送给乐视网和淮安电视台，然后在我台的网络客户端（无线淮安）和视听网进行全程同步直播。

（1）视频系统

由于现场搭建的演播室离转播车很近，比赛的现场画面通过矩阵系统返送给演播室，可以让嘉宾，主持人对现场的运动员进展情况进行解说、点评，同时推送网络平台上的观众提出的问题（经过筛选的观众）供嘉宾和主持人来作答，点评。

（2）音频系统

音频系统以现场调音台和制作调音台为主，配备音频加嵌、解嵌设备，在系统中对音频信号进行交叉传输，实现互为备份，保证了播出安全。

（3）通话系统

通话系统以转播车上的数字通话矩阵为中心，结合无线通信系统将导播的口令返送给主持人和嘉宾。

3.4 通信系统

本次直播活动的通信系统由有线通信系统、无线通信系统以及移动电话共同组成了通讯保障方案。有线通信系统以转播车上的数字通话矩阵为中心，结合无线通信系统和移动电话进行调度，从而保证各个环节的有效通话。

四、总结

随着4G网络技术的快速发展，对广播电视行业移动传输设备、转播车、演播室等系统的构建都会产生极大的变革。通过这次挑战赛比赛，我台电视直播技术人员利用4G技术与传统技术相结合，较好的完成了这次挑战赛电视移动直播信号的传输任务，我台技术人员也对利用4G技术进行移动直播传输信号积累了实践经验，为今后我台承办类似的大型电视移动直播活动，在信号传输、接收、处理等方面提供了一个可借鉴的成功案例。