高清直播信号传输技术分析和应用

宋小剑

（兰陵县融媒体中心，山东 临沂 276000）

0 引 言

我国广播电视事业经历了从模拟电视到数字电视、从数字标清到数字高清的发展阶段，如今随着信息技术的发展和普及，有线电视高清化技术也在随之提升，有效满足了广大观众的观看需求。当前，中央广播电视总台和省级卫视等行业领军电视台，对高、标清同播技术进行改进和提升，带给观众更强的收视体验。这其中离不开高清信号源的接收和传输技术的支持。因此，如何保证高清直播信号的质量，做好技术环节的规划和实施，是广电技术人员所要思考的问题。本文对高清直播信号传输系统中的网络传输技术手段进行研究，希望能够为地市级电视台的建设提供有价值的参考。

1 高清直播信号传输技术

目前，我国电视台的高清直播技术应用，主要通过相关设备获取、处理现场信号，再利用高清直播信号传输技术返送到电视台直播间。虽然这种信号获取方式较为复杂，但却充分保证了信息的安全性与实时性。就现有实践来看，前述高清直播信号传输技术主要有卫星传输技术、数字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）光传输技术、多业务传送平台（Multi-Service Transport Platform，MSTP）传输技术以及万兆IP以太环网传输技术4种。

1.1 卫星传输技术

在高清直播信号卫星传输模式中，高清直播车对HD-SDI的标准基带数字信号进行压缩，生成了MPEG-2，H.264，AVS制式的数字压缩信号，并且根据图像的清晰度要求控制码率。然后通过卫星转播车进行调制，最后变成C波段或者Ku上行高频波段的信号，定向传送到卫星。卫星接收到信号后进行相关的处理，变为C波段或者Ku波段的下行信号，转发到各个有线电视的卫星接收基站。电视台进行解码后再生成HD-SDI信号，传送到演播室进行播放。

卫星传输技术下，高清直播信号将被高效、便捷、稳定地传输，其不再只依靠电视台直播现场有线网络的覆盖支持，也不受限于有线网络状况是否良好[1]。因此，中央电视台、省级电视台在进行跨区直播时，经常会选用这种传输技术以保障电视直播信号的稳定输出。然而，卫星传输技术并非是完美无缺的，其缺点也较为突出，如受我国卫星频带数量影响，卫星传输技术的应用需要耗费较高的成本；另外卫星直播通道备份机制受限，安全性没有有线模式高。

1.2 SDI光传输技术

SDI光传输通过光纤技术实现，其降低了压缩、编码SDI基带数字信号的烦琐性。相较于其他信号传输技术，该传输技术输送的高清直播信号质量更高，还原度也更优，更能满足电视台输出高清视频与画面的需要。此外，依托光纤通信运作的SDI光传输技术拥有丰富的资源条件，比如其可利用本地广播电台构建的光纤专网，安全、稳定、可靠地传输高清直播信号，使电视台直播间能够为观众提供清晰的视频或者画面[2]。然而，SDI光传输技术也有其难以改进的缺点，如必须获得本地有线电视信号传输单位的支持方能建构光纤专网，且搭建专网时，部分直播场地还要寻求前期技术进行协调才能操作临时布线，光纤传输的效率与距离成正比等。此外，受光纤远距离传输的色散问题影响，远距离数据传输时，必须增加色散容纳度较高的光发设备，否则容易出现信号传输问题。因此，SDI光传输技术也存在一定的弊端[3]。

1.3 MSTP传输技术

依托SDH环网的基础架构创建MSTP环网以传输高清直播信号的技术即是MSTP传输技术。相比其他传输技术，此技术延续了SDH的独特优势。首先，MSTP环网采用的是双向环网架构，一旦某个方向上的信号传输断纤抑或出现设备故障，高清直播信号都能从另外一方向进行环回，且信号环回的切换速度控制在毫秒级别，安全性与稳定性都较强；其次，与互联网的IP传输技术不同，MSTP使用的是同步数字体系，实时性强，基本不会发生丢包风险或者延时风险，非常利于高清直播信号的精准传输。目前，诸多省地县广播电视台都倾向于架设MSTP网络设备来进行信号间的互联互通，从而使这项技术的应用范围变得更加广泛。然而，MSTP传输技术也有诸多待改进之处，比如信号处理环节复杂，涵盖编码环节、信号转换环节等，以致信号的传播质量经常受到影响；技术所在系统过于复杂，所涉设备较多，包括光发光收设备、编解码网络传输设备等，进而使整个信号系统的维护需要耗费较高成本[4]。

1.4 万兆IP以太环网传输技术

现阶段，我国各省、各地广播电视台都已建构大规模的万兆IP骨干环网，以为点播业务、互联网业务、视频业务提供支持。与普通直播信号不同，高清直播信号的传输要求具备安全性、稳定性及实时性，然而IP组播技术是在用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）方式基础上进行信号传送的，一旦网络环境不良，正在传输的高清直播信号或将丢包，进而大幅降低高清视频的质量。为此，我国各地广播电视台非常注重优化IP以太网视频传播技术。经过调整与优化，IP以太环网传输技术日渐成熟，完全能稳定、安全地传输当前的高清直播信号。此外，IP环网类似于MSTP，均为环网结构，具有较强的稳定性与安全性。加上其灵活通用，只要设备集成IP协议适用，即便配置较为简单，也能实现高清直播信号的传输与接收。

1.5 其他高清直播信号传输技术

除上述4种使用率较高的高清直播信号传输技术外，近些年，我国还创新性地开发了一些新兴的高清直播信号传输技术，如4G无线传输技术、数字微波传输技术、互联网VPN传输技术等。相比以往的传输技术，这些技术多被用于传输移动电视视频信号和互联网视频信号，而极少被用于传递高清电视直播信号[5]。

通过对上述高清直播信号传输技术进行分析不难发现，每种传输技术都有其优、劣势。因此，要稳定、安全、高效地传输高清直播信号，必须适当地对两种或者多种不同传输技术进行融合，使之优势互补。例如，光纤技术与MSTP技术结合、光纤技术与卫星传输技术结合、光纤与IP传输技术结合、卫星技术与MSTP技术结合等，从而使高清信号能被更安全、更稳定地传输。

2 高清直播信号传输技术的应用

2.1 卫星传输技术的应用

应用卫星传输技术传输高清直播信号时，须进行如下操作。首先，将高清直播车开至现场，由高清直播车依据HD-SDI标准压缩、编码所获取的基带数字信号，生成可用于卫星传输的MPEG2，H264，ANS数字压缩信号。其次，按照图像清晰度标准，结合卫星带宽资源条件，将上述生成的信号宽带压缩，以便数字信号能直接上传到卫星转播车进行调整，生成可在C波段或者Ku上行高频波段传输的信号，进而定向发送给相应的卫星。最后，卫星接收信号，对其信号进行变频、滤波等处理，形成可在C波段或者Ku下行波段传输的信号，再传递至有线电视台的卫星接收基站，使有线电视台的机房能能够顺利获取高清直播卫星信号以解码，转化为高清视频HD/SD信号，确保电视台演播室输出高清视频。

2.2 SDI光传输技术的应用

SDI光传输技术的应用比卫星传输技术应用简单。首先，将高清直播车开至现场，将接收的SDI基带信号转入到HD/SD光发机内；其次，利用现场所在区域的光纤专网，向接收高清直播信号的路由器分发信号，使信号进入电视台；最后，电视台利用HD/SD光收设备获取路由器传输过来的高清直播信号，并将其转码为可直接输出的高清视频或者画面，使直播节目能实时播出。

2.3 MSTP传输技术的应用

应用MSTP传输技术传输高清直播信号的过程较为复杂。首先，开至现场的高清直播车需要先对外输出HD/SD高清直播信号，再利用短距HD/SD光发机设备将信号传递到MSTP中继站。其次，中继站装配的光收机获取光信号之后，对其进行转换，形成便于被高清编码器接收的HD/SD电信号。高清编码器依照图像质量要求、通道带宽要求等，将HD/SD电信号所对应的高清视频压缩成MPEG-2格式、H264格式以及AVS+格式，同时将HD/SD电信号所对应的高清音频转换成Dby-E格式和PCM格式。这就要求高清编码器应具备识别、编码上述两款音频格式以及输出时常用的杜比AC3格式、MPEG1格式以及MPG2格式的功能。部分情况下，可将Doby-E信号、PCM信号进行直接透传。但是直接透传极易发生音画不同步的情况，非必要不建议使用。最后，编码完成，形成ASI传输信号，再由上适配器将ASI信号转变成满足MSTP传输条件的DS3信号，利用MSTP网络向电视台机房传递高清信号，机房安装的下适配器及高清解码器将DS3信号转换成能被演播室直接输出的HD-SDI高清直播信号，使电视观众接收到高清视频画面。

2.4 万兆IP以太环网传输技术的应用

IP以太环网传输技术的应用基本类似于MSTP模式。首先，高清直播车获取现场高清直播信号，利用HD-SDI光发和光收设备将信号传送到IP中继站；其次，由中继站内设置的高清编码器对高清直播信号进行重新编码，形成可被IP骨干环网接收并传输的IP组播信号源；最后，由IP骨干环网主导，将高清直播信号传输到电视台的机房，由机房内置的解码器将接收到的IP组播信号还原成稳定的HD/SD信号，使演播室能及时将信号转换成高清视频画面。

3 高清直播信号传输技术的选择要点

选择传输高清直播信号的技术时，首先需要考虑的是稳定性、可靠性以及有线与无线方式[6]。这就要求广播电视台在选择信号传输技术时要严谨和慎重。在这方面需注意以下两点。

3.1 明确信号传输距离

信号传输距离不同，所选用的信号传输技术也不同。若信号现场与广播电视台直播室机房间的距离在15 km以内，可采用光端机设备与数字微波技术相结合的方式进行高清直播信号传输；若信号现场与广播电视台直播室机房间的距离在15～100 km，微波直传技术不再适用，可在光端机设备基础上加装4G设备，利用两种设备的优势共同传输高清直播信号；若信号现场与广播电视台直播室机房间的距离超过100 km，且现场地形过于复杂，难以使用光端机设备与微波传输技术进行信号传输，则在VPN网络基础上联合4G设备进行传输。

3.2 明确信号传输条件

信号传输条件会对信号传输技术的应用产生极大程度的影响。若采用光端机进行信号传输，则需分析现场有无光纤网络，信号与直播室机房间是否存在遮挡的障碍物，微波传输要求能否实现，现场周边是否设立了4G通信基站以及能否采用4G技术进行信号传输等实际情况。

4 结 语

本文以保障电视台高清直播信号的安全传输为出发点，总结了4类主流的直播信号传输技术模式，并对每种模式的技术特点进行了深入的分析和探讨，对系统建设过程中需要考虑的因素进行了提炼和总结，希望能给各广播电视台的高清直播信号传输提供一定的借鉴。