浅谈IP传输在电视直播中的应用

□ 梁丰程

传统的电视直播信号传输方式主要有卫星传输、光纤传输和微波传输三种。随着电视节目制作需求的不断变化和提升，这三种信号传输方式各自的优势和缺点也日益凸显出来。同时，在互联网技术不断普及与发展的背景下，基于公用IP 网络的高质量视频传输技术在行业中被提出，并且近年来该技术也日趋成熟。综合考虑电视节目制作成本、信号质量要求及节目制作场地复杂多变等多种因素，基于公用网络的IP 传输已成为电视直播信号传输的一种新选择。

一、传统传输方式的比较

（一）卫星传输

卫星传输系统主要由卫星上行车、通信卫星和地面接收站三部分组成。直播信号通过卫星上行车发送至通信卫星转发器，再由地面卫星接收站接收该卫星转发器转发下行的信号，由此完成整个直播信号的传输。目前国内卫星上行车使用的上行频率有C 波段和KU 波段，其中C 波段卫星上行车相比KU 波段卫星上行车有更好的抗雨衰能力。卫星传输是一种安全、可靠、适用性强的传输方式，几乎不受地域限制，能为直播工作提供一个高质量的信号传输平台。但是，该传输方式的使用成本较高，并且KU 波段的信号传输稳定性容易受天气因素影响。

（二）光纤传输

光纤传输系统主要由光纤网络、光发射机和光接收机组成。该传输系统的特点是结构简单，数字化程度高，可直接传输无压缩的基带信号，传输成本较低。它能为节目制作提供一个信号质量高、低成本的直播平台。但是该传输方式受光纤网络覆盖的限制，只能在有光纤网络覆盖的范围进行直播，目前主要应用于城市内开展的电视直播活动。若要进行跨省市直播活动，可选择网络公司的光纤网进行传输，但是会增加信号传输的中间环节，导致传输的安全性和可靠性降低。同时，光纤传输方式也容易受市政工程施工挖断光纤的影响。

（三）微波传输

微波传输是一种无线点对点的传输方式，主要由发射天线和接收天线组成。这种传输方式只能在视距范围内进行，对传输空间环境要求较高，信号传输区域不能有遮挡物。微波传输作为最原始的传输方式，受城市建设发展的影响，已经很少用于直播信号传输。目前的微波传输常用移动摄像机与转播车之间的信号传输。

通过比较三种传统的信号传输方式，可知每一种传输方式既有自己的优势，同时也存在着不足。

二、IP传输工作原理

目前，电视节目直播信号选择通过IP 传输方式来实现，主要是依靠通信运营商的网络。直播信号经过发送端编码设备编码后形成能在通信网络中传输的数据流，并附加了接收端在通信网络中所对应的唯一IP 地址，当数据流到达接收端，再通过解码设备解码生成所需的视音频信号。

IP 编解码设备接入通信网络的技术已经日趋成熟，接入网络的方式也变得越来越丰富，既能通过有线网络和无线WiFi 接入，又可以使用移动数据4G 网络接入。可以说，只要有网络覆盖，就能实现电视节目直播信号的IP 传输。IP 传输原理如图1 所示。

图1

三、IP传输在直播中的应用实例分析

（一）直播背景

2019年广西“壮族三月三·八桂嘉年华”大直播活动由一个主会场和五个分会场组成，其中，广西民族博物馆为主会场，柳州、桂林、兴安、大化、罗城为分会场。此次大直播活动直播点较多，并且分布在区内的不同城市，因此在保证信号安全传输的前提下，对如何合理搭配使用本台的传输资源提出了较高的要求。

（二）直播方案设计

在最初设计信号传输方案时，计划使用卫星传输与传统的“编码—上适配—下适配—解码”方式进行信号回传。但考虑到此次直播点较多，本台SDH 传输柜空余的下行端口数量不足，并且传统的高清编解码设备数量不足，因此该方案并不能完全满足本次直播要求。我们经过前期对直播场地的考察，发现每个直播场地都已有通信运营商的网络覆盖，再结合本台现有的传输资源，决定在本次大直播活动中主要采用卫星传输和IP 编码传输相结合的信号回传方式。

其中，广西民族博物馆作为本次大直播的主会场，与本台总控机房已有光纤路由连接，因此决定主会场的信号回传方式采用卫星传输和光纤传输。由于本台卫星车只有四辆，此次大直播不能做到每个直播点都安排一辆，为保证信号的传输安全，未配备卫星车的两个直播点在使用IP传输时必须要使用两个不同网络运营商的网络，其余直播点均采用卫星传输和IP 传输并行的传输模式，确保做到传输路由的冗余备份，其中卫星信号作为直播信号的主用信源。由此制定了一个由卫星传输、光纤传输和IP 传输混合组成的直播信号传输系统，如图2所示。

图2

（三）IP传输系统的调试与应用

由于本次大直播使用的IP 传输网络为通信运营商网络，区别于以往使用区网络公司的传输网，因此需要提前对传输网络及设备展开调试。本次直播我们使用的IP 传输设备为朗威视讯IVP-3000 综合多媒体处理平台。该平台由编码器、中继服务器和解码器三部分组成，其中，编码器部署在发送端，中继服务器和解码器部署在接收端。

1.IVP-3000 综合多媒体处理平台传输原理

IVP-3000 综合多媒体处理平台采用专有的R2TP 协议（Reliable Real-time Transport Protocol，可靠实时传输协议），以全面解决互联网实时视频传输中遇到的网络拥塞、抖动、误码等QoS 问题。R2TP 技术采用了创新的拥塞控制技术、高效的数据恢复算法、自适应码率参数调整等技术，兼顾了视频传输的实时性与可靠性，使得系统在公共IP 网络条件下依然能够稳定传输。在发送端部署的IVP-3000 TX 发送平台输入SDI 视音频信号，经IVP 编码后通过R2TP 协议进行公网传输，在接收端部署的中继服务器接收到视频流后，通过交换机将视频流推送至IVP-3000 RX，并在解码后输出SDI 信号。整个传输流程可以概括为编码、推流、接收和解码四步。

2.发送端调试

直播点配备的编码器配置了两个支持高清的H.264编码模块、两个高清H.264 解码模块以及一个支持UDP协议的IP 和ASI 输入的IP/ASI 模块。现场调试时，将HD-SDI 主备两路信号分别送入两块H.264 编码模块，同时通过Web 网管页面对编码器的编码、传输参数进行配置，包括输入信号源格式、编码码率、传输协议、指向的R2TP 中继服务器的公网IP 及端口号、编码器相关的网络参数等。所有参数配置好后，最后对编码输出的模块进行选择。配置界面如图3 所示。

图3

3.接收端调试

本台总控机房的中继服务器作为接收所有视频流的中转站，是整个IP 传输系统的核心中枢。因此，为了保证信号传输安全，我们配备了一主一备两台服务器。而作为整个信号传输流程的最后一个环节，每一台解码器都配置了两个支持高清H.264 解码模块、一个支持UDP 协议的IP 及ASI 输出的IP/ASI 模块。在调试接收时，由于R2TP中继服务器和解码器通过两个互相级联的交换机来交互视频信息，因此将R2TP 中继服务器、解码器及交换机组成的网络作为一个局域网。中继服务器除了需要配置唯一的外网IP 地址，还需要额外配置一个内网IP 地址，作为和解码器交互信息的桥梁。解码器除了配置好在内网的自身相关网络参数外，还需要额外配置好传输协议、信号源的IP 地址（即中继服务器的内网IP 地址）以及端口号。其中，端口号要与发送端所配置的端口号严格一一对应，避免解码出来的节目不正确，甚至是解码失败的情况。最后，根据需要对解码输出模块进行选择。配置界面如图4 所示。

图4

4.正式应用效果

由于传输平台使用的R2TP 协议采用了创新的拥塞控制技术、高效的数据恢复算法、自适应码率参数调整等技术，兼顾了视频传输的实时性与可靠性，使得系统在公共IP 网络条件下依然以每路节目8—10M 的码率进行稳定传输，保证了每个直播点的信号既安全又高效的传输，确保整场“壮族三月三·八桂嘉年华”大直播活动的顺利举行。

四、IP传输的应用前景

IP 传输系统具有结构简单、安全高效以及传输成本低等特点，既能很好地作为传统电视直播信号传输方式的补充，又能在一定程度上降低节目制作的成本。同时，在我国通信技术不断发展、通信基础设施不断完善的背景下，电视直播信号基于IP 网络的传输技术也会越来越成熟和完善。可以说，IP 传输技术在广播电视领域有着十分广泛的应用前景。