马拉松赛事直播传输总控系统设计与实现

肖建波，袁红梅，张 林

（贵州广播电视台，贵州 贵阳 550002）

0 引言

六盘水马拉松是一项国际马拉松赛事，也是全国马拉松锦标赛的其中一站，受到世界跑步爱好者的关注，吸引了10 余个国家和地区的3 万名选手参赛。贵州广播电视台全媒体矩阵作为该项赛事的官方直播平台，承担全程直播节目导摄和信号制作的技术支撑任务。

本次马拉松赛事的信号传输保障涉及3 大部分，分别是赛道内各机位信号的传输、总控信号切换、前方（比赛现场）和后方（台内播总控、直播演播室）之间信号高质量交互传输[1]。

1 传输总控系统总体设计方案

本次赛事直播的整个信号传输流程如图1所示。赛道内多路信号通过不同技术手段传输至现场搭建的总控系统进行解码及监看，格式转换后送至切换系统进行高质量信号切换选取，将可用信号送至现场转播车制作，最终通过不同的传输路由将信号传送至台内播总控机房进行信号调度、大屏播出、推流及新媒体平台分发直播，同时将台内演播室信号等返送至前方现场。

图1 六盘水马拉松直播信号传输链路

不同的传输节点涉及不同的传输技术和处理思路[2]，针对不同的应用需求、系统兼容等因素，需要采用不同的传输方案及相关技术辅助手段。

2 赛道内信号传输方案设计

赛道内需要传输的机位信号包括跟拍男子组第一梯队的转播车信号和女子组第一梯队的转播车信号、多路摩托车移动机位信号及采访车信号、马拉松半程终点固定机位信号以及航拍信号。针对不同信号需求，采用不同的技术手段进行信号传输。男、女子第一梯队移动转播车信号为跟拍摩托车机位和移动转播车机位信号切换后的信号，作为主要机位信号使用，采用大功率全向微波中继传输方式；赛道内移动机位信号及采访车信号由于机位灵活多变，采用4G/5G 传输方式；半程终点信号为固定机位，采用光缆传输方式。

2.1 微波中继技术保障男、女子组转播车及航拍信号传输

对于赛道内主要机位信号，目前比较成熟的传输技术为微波传输[3]。但微波的覆盖范围有限，加上周边环境（如高楼、山体等遮挡）限制，技术团队采用4 个点位微波中继传输方式，实现直播过程中信号的无间断传输。男子组/女子组移动转播车信号、航拍信号分别采用3 套微波系统独立传输，使用3 组微波频率同时预留备用微波频率，并对4 组频率进行提前备案，申请频率净化处理。微波传输链路如图2 所示。

图2 微波传输链路

2.2 4G/5G 技术保障移动机位信号传输

赛道摩托车及采访车机位信号采用4G/5G 传输设备进行信号传输[4]。采用的4G/5G 传输服务器对网络要求较高，技术团队搭建了移动和联通两条网络专线，每条专线提供10 个可用网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址，避免网络冲突和IP 地址无法使用状况，并满足每个IP 地址下行速率不低于150 Mb·s-1。不同设备接入两条网络专线进行冗余设计，强化网络传输安全保障，如图3 所示。

图3 4G/5G 传输网络设计

2.3 半程终点机位信号传输保障

对于半程马拉松选手，在未到达终点时由其中一路摩托车机位负责跟拍，在接近半程终点时由架设的固定机位“追踪”拍摄。半程终点的机位信号传输对于节目的呈现也很重要，信号传输采用光缆传输为主、4G 网络传输为备份的方式。

以上所有机位的信号通过不同传输技术汇聚到现场总控大棚后，移动机位信号和半程终点信号直接送至转播车，而男子组/女子组转播车信号、航拍信号则利用总控系统切换对信号进行调度处理。

3 总控切换系统设计思路

六盘水马拉松赛事直播总控切换系统采用自主设计、临时搭建的方式来完成技术支撑，整体架构如图4 所示。系统采用切换矩阵、帧同步、固态延时器、同步信号发生器、画面分割器、视频分配器、交换机及跳线盘等设备组建而成，具有12 路信号以上的总控调度能力。在设计思路上，结合安全播出思路，利用帧同步设备实现切换系统净切能力，在关键节点利用跳线盘防止极端情况导致信号中断[5]。

图4 总控切换系统设计

相对总控车来说，该总控切换系统设计更具实用性，功能完善且切合赛事要求，具有更好的灵活性。

4 PGM 信号的多路由传输方案

对于转播车节目视频信号（Program，PGM）到台内总控机房的回传，采用卫星+光缆+公网安全可靠（Secure Reliable Transport，SRT）双向传输等多路由确保信号安全、稳定、高质量。通过传输风险评估，使用C 波段卫星为主路，光缆作为备路，SRT 公网传输作为第三备份。为了保障前后方直播环节的衔接更加流畅，技术团队利用联通和移动的专线宽带网络，采用公网SRT 将台内演播室和大屏播出信号返送至前方转播车，同时利用广电网络公司的同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）IP 传输通道搭建前后方实时通话系统，确保前后方的沟通协调畅通[6]。

5 信号传输过程中的问题及解决

5.1 ASI 解码环节设计思路调整

负责赛道主机位信号传输的微波系统信号采用H.265/4 ∶2 ∶2 编码、TS 流方式回传到现场总控，故需要解码为高清（High Definition，HD）SDI 基带信号后使用。

为了测试不同解码设备及方式的质量效果，技术团队利用现有设备搭建了两套解码系统。一套是只具备H.265/4∶2∶0解码能力的设备，通过转码，将H.265/4 ∶2 ∶2 流信号转码为H.264/4 ∶2 ∶0流信号后进行解码；另一套是具备H.265/4 ∶2 ∶2解码能力的设备，可直接解码。

实际测试时，技术团队利用转码的方式再解码时，因微波接收的信号源会变化（4 个接收点之间变化），会发生转码出错现象，需及时刷新信号源重建转码任务，而转码后再解码，延时较高。后期采用先对TS 流信号切换后直接使用H.265/4 ∶2 ∶2 解码方式解决，直播时确保了微波传输信号的高可用性。

5.2 4G 背包回传质量不理想

个别位于起、终点的移动机位，由于人员集中，移动基站支撑能力有限，无法满足移动背包所需的带宽需求，导致信号质量阶段性不理想，只能使用其他质量高的机位画面替代。

5.3 5G 背包采访内容回传质量不佳

考虑到采访机位只有一个，信号回传采用了5G 背包。然而，采访区一般是人流聚集区，直播过程中发现第一段背包回传的采访信号画质偏低。对此，技术团队通过调整背包编码方式，优化码率和延时配置，根据实际情况进行参数适配调节后，最终采用了H.265 编码方式、20 Mb·s-1码率、5 s 延时的配置。画质在主观上明显提升且达到播出质量要求。

5.4 经验总结

5.4.1 加强与导摄团队的配合

针对移动传输因移动网络资源不够导致画质较差等问题，除了从技术角度解决外，还应与导摄团队配合解决，可从以下方面着手。首先，主动向导摄团队提出信号回传测试，选取适合信号回传的背包，配置合理的参数。其次，主动了解采访车采访地点及环境特征，进行综合测试后，针对4G/5G传输信号质量无法提升的点位提出调整建议。对于固定采访点，必要时可铺设临时光缆以保障信号质量。最后，采访时主动与工作人员保持沟通，根据实时监测数据对采访机位提出调整建议。与现场配合，灵活调度，保障信号质量。

总体上，要做好全局调度和技术支撑配合，确保节目完美呈现。

5.4.2 积极探索技术创新应用

前期，为了预防基站流量负载过高，技术团队采用优先级高的专用卡代替物联卡，但仍然无法完全满足移动背包4G/5G 移动网络传输要求。在人员相对集中且数据访问量大的环境，需要加强新技术的应用，如助力杭州亚运会场馆网络保障的5G-A 智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS），采用动态协同技术，大大提升网络覆盖质量和上下行速率，且设备小巧易携带，完全符合移动摄像的网络保障要求，同样适配马拉松赛事应用场景。

6 结语

目前来看，微波传输、移动网络传输仍是马拉松赛事信号传输的常用手段。此次赛事直播通过设备选择、测试、配置调整优化等措施，5G 背包机位在直播中表现抢眼，机位使用频率高，丰富了节目内容和形式，在半程马拉松冲刺阶段发挥重要作用。随着5G 传输技术不断优化，移动网络将在大型活动转播保障中发挥更大作用，丰富大型赛事活动的转播手段。