环青海湖国际公路自行车赛电视信号传输系统研究

谭家权

【摘要】环青海湖国际公路自行车赛电视转播一直是国内长距离户外运动电视转播的制高点。2021年第二十届环青海湖国际公路自行车赛于7月11日至7月18日成功举办，提振了特殊时期国内大型体育赛事办赛信心。由于特殊的地理环境因素以及自行车运动具有的“速度快”“距离远”等特点，在今年的环湖赛转播中，我方积极补强了以往赛事中出现的薄弱环节，并在擅长的电视信号传输方面，采用新方案，新设备，使得在不影响节目信号质量的前提下， 大幅减少因信号传输、转播车等所发生的费用，为整个环湖赛的电视转播节省了资源。本文将浅析2021年第二十届环青海湖国际公路自行车赛电视信号传输系统，并详细介绍在传输系统中所采用的新设备和新应用。

【关键词】DVB-T;SRT;MSTP链路;5G

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.003

1. 环青海湖国际公路自行车赛电视转播系统

环青海湖国际公路自行车赛电视转播系统，是一个基于固定翼飞机的移动地空立体中继转播系统，包含起/终点子系统、地面和空中移动子系统、固定翼飞机中继平台等多个系统。起/终点子系统包含起点信号采集和传输、终点的高清讯道转播车及其附属、前方演播室、信号控制中心、接收点信号接收及光缆传输子系统和高清电视信号卫星传输及备份等;地面和空中移动子系统包括跟拍摩托车信号采集、高清电视信号发射、航拍直升机子系统;固定翼飞机中继平台包括高清电视接收转发子系统、数字通话接收转发系统、GPS定位及飞机航空数据传输子系统。

2. 环青海湖国际公路自行车赛电视电视信号传输系统

2.1 起点信号采集和传输

在以往几届的环湖赛中，由一台高清电视转播车作为起点的电视制作基地，多路信号制作成一路起点PGM送给终点。在今年的环湖赛中，为了更高效的利用终点的转播车系统，减少转播人员数量，控制电视转播的成本，同时充分利用5G新技术带来的视频传输便利。起点的电视转播做了新的改变，摒弃了转播车，所有的信号全部通过5G网络传给终点并在终点进行节目制作。

来自四台高清摄像机的信号经过无线收发方式（DVB-T），4路电视信号进入到设备LU800中，4路视频信号通过5G通信网络传输回终点的服务器，再组成完整的4路信号。LU800是LiveU公司最新产品，其独有的LRT™可靠传输协议，能在无保障的IP网络上实现视频信号的可靠、低延时传输。

2.2 赛事途中的信号传输

在这个环节中，最核心的便是空中的固定翼飞机中继平台。赛事中采用的中继飞机为大棕熊（Kodiak 100）

与直升机相比较，此型飞机具有起飞重量大，机身内部空间大，能搭载更多设备，滞空时间长，使用升限高等优点，尤其适用于环青海湖国际公路自行车这种高海拔长距离的户外赛事转播。

地面3辆跟拍摩托车采集到视频画面，每1路占用8MHz带宽发射，发射信号采用h.264编码，DVB-T 16QAM调制，保护间隔GI=1/4，FEC=3/4，码率14.93Mbps;航拍采用有人直升机，实现高速和机动，发射1路高清信号，占用8MHz带宽发射，采用h.264编码，DVB-T模式下16QAM调制，保护间隔GI=1/4，FEC=3/4，传输码率14.93Mbps。中继机收到共计四路高清信号，码率60Mbps。

四路高清信号在中继平台上复用成一个大的TS流并进行信道编码，内码采用卷积码，外码采用RS分组码，再进行QPSK调制，最终发射数据带宽60Mbps。得益于固定翼飞机的飞行高度优势，基于固定翼飞机的中继平台所转发的电视转播信号覆盖距离超过70公里，已能足额满足公路自行车赛电视转播时长。

2.3 接收点至终点的信号传输

根据传输需求，每一赛段的比赛都会设置2个地面接收点，形成1vs1备份。地面接收点采用自动伺服跟踪天线加低噪声放大器的祝贺，来精确追踪固定翼飞机的飞行轨迹，确保接收信号不失锁。

在接收点与终点转播车之间，有电信营运商提供的一条100M带宽MSTP链路，以及一条互联网专线。两条传输通路互为主备路，来传递4路移动视频信号。

4路SDI信号被编码压缩并转换成网络传输流（TS over IP），每一路信号被编码成15Mbps，4路共计60Mbps的数据流，采用UDP协议传输在100M带宽的MSTP链路上，终点解码器收到传输流并解码出4路最终信号。

同理，备路信号传输流通过Cogent SMH网关，经过SRT协议转换后通过互联网传输，信号在终点被解码器解码后，以备份信号馈入到转播车中。

Cogent SMH网关及配套的设备，是这次环湖赛传输中的一个亮点。这是SRT传输设备首次应用于环湖赛的电视信号传输中。Cogent SMH是基于互聯网视频传输应用而设计的视频流分发网关产品，除支持UDP/RTMP等传统流协议外，还支持SRT可靠传输协议，通过流协议之间的相互转换，借助普通互联网实现跨地区、跨网络的视频流传输。SMH还能在网络不太理想的普通互联网上确保视频图像的质量，配合互联网传输编解码器使用，满足环湖赛这种高质量、远距离视频传输的应用场景。与传统的MSTP链路相比较，互联网专线具有布线快速灵活、数据带宽大，占用营运商网络资源少，价格便宜等优点，大大节省了传输的费用。

2.4 终点PGM上星

从转播车送出来的最终PGM信号，通过两辆卫星车（一辆C波段卫星车，一辆Ku波段卫星车），分主备路上星，送至电视台。

3. 新方案新技术的应用

3.1 5G技术的应用

2021年的环湖自行车赛的比赛起点转播，采用了LiveU公司的新产品-5G传输设备LU800，每台LU800可同时传输多达4路完全帧同步的高清视频信号，通过强大的IP绑定技术，一台服务器LiveU Central最大支持14个网络连接。通过该设备传输的图像不仅色彩丰富逼真，还可内嵌多达16路音频，充分满足电视节目制作要求，传输的信号质量达到较高水准。LU800也可提供最高4Kp60 10-bit HDR传输，为4K转播留下了无限空间。

LU800设备内置8个5G模块，搭载高性能内置天线，专为5G网络而优化设计，兼容中国移动、中国联通和中国电信三家营运商。以卓越的5G性能，带来全新级别的稳定性传输。在2021年环湖赛直播赛段的起点地区，国内三大营运商都建设了丰富的5G通信站点资源。借助5G网络带来的更大带宽、更高网速及更低延时，起点4路信号共计60Mbs数据流，信号传输变得游刃有余。

LU800設备的启用，省掉了起点的转播车，使得赛事起点设备和人员配置更加灵活经济。

3.2 SRT协议视频流传输应用

利用Cogent SMH网关，使得现有编解码设备也能灵活玩转SRT传输。SRT（Secure Reliable Transport）是新一代低延迟视频传输协议，是一种开源、免费和应用灵活的规范。有如下之特点

3.2.1 SRT允许直接在信号源和目标之间建立连接

允许使用直接从源到目的地的连接，可以减少网络延迟，降低网络成本。得益其灵活的、自适应的缓冲区管理系统，SRT可以在几毫秒到几秒的延时之间的连接上很好地工作，因此可以处理任何可能在私网或公网上的资源。较低的网络延迟，使得其在重视实时性的体育转播中得到青睐和重视。

3.2.2 SRT支持多种流类型

与其他一些只支持特定视音频格式的解决方案不同，SRT与负载无关，它只是一种传输标准，可以承载不同编码格式的IP流，如MPEG-2、H.264和H.265等，这与其他一些只支持特定视频和音频格式的解决方案不同。任何类型的视频或音频媒体，或者实际上任何可以使用UDP发送的其他数据元素，都与SRT兼容。Cogent SMH网关就是一款UDP转SRT的设备。

3.2.3 SRT支持多个并发流

在环湖赛中，4路视频信号可以通过一个点对点链接上并行发送多路SRT流。可以保持每个信号的媒体格式和时序的同步实现。SRT握手过程支持出站连接，不需要在防火墙中打开危险的永久外部端口，从而维护网络安全。

3.2.4 SRT信号时间准确与低延迟

压缩视频信号对信号时序变化所造成的中断非常敏感。使用SRT，每个数据包都带有发送方分配的高分时间戳，接收方可精准恢复该时间戳，以重建信号时序关系，忽略网络延迟变化。此外，在握手过程中，SRT端点建立了稳定的端到端延迟，消除了下游设备需要有自己的缓冲区来应对不断变化的信号延迟。

4. 结束语

2021年环湖赛已经圆满闭幕，赛事节目在CCTV-5和青海卫视完成了4站的现场直播。今年的环湖赛，首次采用了5G信号传输，更多的起点画面传到了终点转播车，给节目制作带来更多的素材，丰富了比赛元素。SRT传输协议的使用赛事中途的移动镜头时效性也得以增强，同时信号质量稳定，且减少了光缆专线的使用，为节目转播节约了大量的资金。文中所提到传输方式，可为国内马拉松、铁人三项，公路自行车等赛事的信号传输提供有利参考。为户外长距离赛事的电视转播方在不减节目信号质量，又能节约光缆建设费用提供了参考案例。

环湖赛作为UCI 2.HC级赛事，5G新技术的应用为环湖赛节目传输提供了新的方法。赛事中通过SRT传输协议传输电视信号，也为国际和国内赛事电视信号传输做了新的应用案列。

参考文献：

[1]李程，王伟等.雷达天线扫描方式的自动识别方法[J].国防科技大学学报，2014（6）第36卷第3期.

[2]2020年媒矿工厂SRT：开源的视频传输协议

[3]harvision安全可靠传输（SRT）白皮书

[4]张博力.浅谈SRT在广播电视信号传输中的应用[J].传播与制作，2020年7月.