电影频道有关电影节直播的传输和接收技术方案介绍

赵春革

(中央宣传部电影卫星频道节目制作中心,北京 100088)

近年来,随着中国电影的飞速发展,中国电影节在国内外的知名度和影响力也在逐步攀升,电影频道更是不予余力地承担了众多电影节盛况的直播重任。从北京国际电影节到北京大学生电影节,从长春电影节到上海国际电影节,从金鸡百花电影节到华表奖,以及近年来新创办的海南国际电影节等,每一场电影节的直播,电影频道都会对直播过程中的技术层面进行规划和方案设计,力将电影节信号以高质量的传输方式带给广大观众和影迷。本文主要以信号在传输和接收环节上的技术层面对电影节直播进行阐述。

如何将电影节现场信号准确无误地传回电影频道机房进行接收和播出,是每场直播的首要任务。在制定传输和接收方案时,我们既要考虑现场传输资源的具备情况,又要考虑信号传输的稳定性和安全性,同时还要考虑不同传输方式的冗余备份。对于历年来的电影节直播,电影频道曾经采用过的传输方式有光纤、卫星、微波、公网以及5G 等多种传输方式,现就其中常用的几种传输和接收方式进行详细阐述。

1 光纤传输和接收

光纤传输,是以光导纤维为介质进行的数据、信号传输。由于光导纤维的特性,光纤传输具有传输距离远、传输速度快、通信损耗低、不受电磁干扰以及光纤传输的安全性等诸多优点,使得光纤传输成为信号传输的重要手段。光纤传输可分为基带信号传输和编码信号传输。

1.1 HD-SDI光纤传输和接收

对于北京市内近距离电影节直播而言,为了保证信号音、视频质量,减少信号延时,简化传输设备的复杂度,在光缆资源允许的条件下,可采取基带HD-SDI光缆传输的方式进行传输。基带传输是将转播车最终输出的HD-SDI信号直接接入光传输发送设备,将电信号转成光信号,通过市内光纤线路送至电影频道机房,并通过在机房架设的光传输接收设备,将光信号再次转换成HD-SDI电信号送至总控系统进行直播信号的调度。信号传输接收示意图见图1。

图1 基带HD-SDI信号传输和接收

1.2 ASI光缆传输和接收

许多电影节的举办地为国内不同的省市,信号传输要经过跨省网的远距离传输。为了适配SDH或DTM 传输网络,我们需要将转播车输出的基带HD-SDI信号进行编码后转换成ASI信号送至光传输发送设备,实现电信号到光信号的适配,再对接至当地市/省传输网络,然后接入中国有线国干网,最终传输至电影频道播出机房。

这种ASI信号的光纤传输模式,除了需要在机房放置相应的光接收设备,还要配备ASI解码器来完成ASI信号到HD-SDI信号的转换,最后将HD-SDI信号送至总控系统进行直播信号的调度。传输接收示意图见图2。

图2 ASI信号传输和接收

2 卫星传输与接收

卫星通信具有通信距离远、覆盖面广、传输质量好、可靠性高、不易受地面灾害影响等优点,直播中利用卫星作为传输媒介也是常用的技术手段之一,卫星传输是地面光纤传输的有力补充。目前常用卫星转发器的波段为C波段和Ku波段。

C波段固有频率低、卫星发射功率相对较小、受天气影响较弱等优点,但同时需要大口径天线收发,不容易布置;Ku 波段固有频率高、波长短、仅需要较小口径天线收发、易于布置等优点,但同时需要卫星发射较强功率且受环境影响较大,Ku波段具有雨衰现象明显等缺点。就国内的卫星通信车而言,Ku 波段卫星车要多于C 波段的卫星车,所以每次直播时采用何种波段卫星进行传输,还需要综合考虑接收天线、现场卫星车类型和天气等多重因素。

信号通过卫星传输是如何实现的呢? 首先将转播车输出的HD-SDI信号经编码后进入卫星通信车进行调制、上变频和功率放大,最后通过天线发射到指定的卫星转发器上,完成信号的上行工作。卫星转发器在接收到地面发射的信号后进行功率放大后再以一定的频率将信号转发到地面。在地面接收端,首先要将电影频道相应波段的卫星天线进行定位,根据卫星位置,调整天线的方位角、俯仰角和极化角。正确对星后,天线的馈源将下行电磁波信号收集后送给高频头进行功率放大和下变频,最后将RF 信号送至卫星接收机进行解码。卫星接收机要想正确进行解码,需要在接收机上设置相应的接收参数 (下行频率、符号率、极化方式、纠错方式等),接收机最终将解码后的HD-SDI信号送入后端应用系统。为了保证信号在传输过程的安全性,一般上行阶段要在转播车的编码器上设置BISS码对信号进行加扰处理,同样在卫星接收机也要输入相同的BISS 码后,才能正确解出信号,所以说选择卫星传输和接收的方式,每一个细节都要仔细检查和落实。信号传输接收示意图见图3。

图3 卫星传输和接收

3 公网/VPN 专网传输和接收

随着互联网传输技术的发展,音、视频数据通过网络传输也成了信号传输的热门选择。首先直播现场要具备网络接入环境,当然有线网络较无线网络更稳定和更安全;其次前方发送端需要部署一台网络视频编码器,后方接收端部署一台网络解码器,并且将编码器和解码器配置好相应参数;最后配备一个公网IP地址,这些便构成了公网传输的基本条件。

公网传输的信号质量跟传输协议的选择有一定关系,比如我们选择UDP 这种协议在公网上传输信号时,抖动、丢包和带宽波动问题就会出现。又如在UDP 协议基础上的SRT 协议,克服了UDP的数据包丢失和排序问题,同时消除TCP常见的缓冲延迟,不需要中转平台,即可做到信号低延时,相对可靠的点对点传输。目前不同品牌的网络设备支持的传输协议也会有所不同,有些厂家还有自己的私有协议,协议的选择也要基于产品而定。

虽然网络传输协议对信号传输具有一定纠错和恢复能力,但都不能100%规避网络环境的影响,要想得到更理想的传输效果还可以考虑VPN (Virtual Private Network)虚拟专用网络进行传输,即在收发两端开辟一条虚拟的专用通道供音、视频数据的实时传输,实现与专用网络一样的功能和安全保障。信号传输示意图见图4。

图4 公网/VPN 专网传输和接收

4 5G 信号接入与公网传输相结合

随着国内5G 技术的快速发展以及商业化的布局,5G 技术已开始在各个领域崭露头角。5G 具有高速率、大带宽、低延时等特点,在现场无法提供有线接入的环境下,采用5G无线接入的方式也是信号直播传输的一种解决方案。

图5 5G背包

5G背包是5G发展的时代产物,它具备信号编码功能,可根据需求实现实时的广播级H.264或HEVC编码。编码后的信号通过5G CPE (客户前置设备)或5G 手机等终端将信号发送至周边的5G 基站,当地运营商将5G 信号通过基站接收下来后送入其核心网进行传输,最后接入公网传至电影频道机房。值得一提的是,目前新一代的背包已内置多个5G/4G通信模组,既具备信号压缩功能又具备5G/4G 信号发射功能,而且在信号传输上做了多家运行商网络的捆绑传输,实现音、视频数据的高带宽、低延时、高可靠直播。5G背包实物图见图5,5G 接入方式的传输和接收见图6。

图6 5G 接入+公网传输

为了确保每场直播信号传输的安全性与可靠性,每场直播的传输和接收方案根据实际情况至少采用两种不同的传输方式进行组合,完成信号在传输环节的冗余备份,例如光缆+卫星组合,光缆+5G 组合等。在整个信号传输和接收环节,我们要根据不同的传输和接收方案做好信号的应急预案,除此之外,每场直播前还需要做好充分的链路和信号测试工作,这里就不再赘述。

以上是电影频道有关直播传输和接收的四种技术方案介绍,目前电影频道已在各电影节直播中积累了丰富的实战经验,将每场电影节的盛况准确无误地呈现在广大观众和影迷的面前,我们会不断创新和拓展业务技能,为推动中国电影产业的发展做出更大的努力和贡献。