以“鐵三”為例探討直播傳輸技術(shù)方案

曾曦陽(yáng)

（作者單位：廈門廣播電視集團(tuán)）

1 比賽路線說(shuō)明

鐵人三項(xiàng)運(yùn)動(dòng)（Triathlon）是體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，屬于新興綜合性運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽項(xiàng)目。比賽由天然水域游泳、公路自行車、公路長(zhǎng)跑三項(xiàng)目按順序組成，游泳1.5 km，自行車40 km，長(zhǎng)跑10 km。運(yùn)動(dòng)員需要一鼓作氣賽完全程。2000年成為奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目，2006年成為亞運(yùn)會(huì)項(xiàng)目。比賽路線復(fù)雜，電視直播難度大。

2 技術(shù)方案分析

2.1 直播技術(shù)方案概況

本次直播的難點(diǎn)是移動(dòng)跟拍信號(hào)的無(wú)線傳輸。高清總控系統(tǒng)為信號(hào)調(diào)度樞紐，將接收到的多路無(wú)線信號(hào)、有線信號(hào)匯集到高清總控的數(shù)字矩陣，經(jīng)矩陣處理、放大后，由技術(shù)導(dǎo)演根據(jù)節(jié)目需要進(jìn)行選切，送演播室合成。考慮到直播地理位置的復(fù)雜性和直播的不確定性，移動(dòng)直播信號(hào)同時(shí)使用微波傳輸和4G傳輸，互為主備冗余。

2.2 無(wú)線傳輸方案比較

2.2.1 微波傳輸子系統(tǒng)

微波傳輸是電視直播中常用的傳輸方案，一般選擇干凈的微波頻率和合適的帶寬將移動(dòng)中的直播信號(hào)通過(guò)微波的形式發(fā)送出去，再設(shè)若干個(gè)微波接收點(diǎn)通過(guò)光纖或微波中繼的方式將直播信號(hào)傳輸?shù)侥康牡亍Ｎ⒉▊鬏斚到y(tǒng)由信號(hào)編碼發(fā)射、信號(hào)傳輸、信號(hào)接收與中繼部分組成。微波信號(hào)編碼發(fā)射部分連接移動(dòng)拍攝設(shè)備，對(duì)前期信號(hào)采集壓縮編碼后通過(guò)載波發(fā)射。在傳輸過(guò)程中，會(huì)受到空氣、障礙物等環(huán)境影響造成信號(hào)的衰落，甚至中斷。

2.2.2 4G傳輸子系統(tǒng)

近年來(lái)，4G技術(shù)發(fā)展迅速，給廣電行業(yè)帶來(lái)了極大便利，移動(dòng)通信技術(shù)與數(shù)字電視技術(shù)結(jié)合是電視直播的新手段和新趨勢(shì)。4G傳輸系統(tǒng)主要包括視音頻信號(hào)編碼發(fā)送、傳輸、接收解碼模塊。將攝像機(jī)傳輸來(lái)的HD-SDI信號(hào)按照H.264壓縮編碼，通過(guò)多張電信運(yùn)營(yíng)商SIM卡的不同路由上行到附近基站，接入有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，再由接收端服務(wù)器把接收到的數(shù)據(jù)包解碼還原為HD-SDI信號(hào)，經(jīng)幀同步設(shè)備后接入視音頻總控系統(tǒng)。

3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的概括

無(wú)論是通過(guò)微波還是4G傳輸，制作信號(hào)最終進(jìn)入電視播出系統(tǒng)播出，盡可能呈現(xiàn)出最佳的電視信號(hào)，而主觀評(píng)價(jià)是當(dāng)下衡量播出圖像質(zhì)量的最可靠、最有效的判斷方式。但是，鑒于主觀評(píng)價(jià)方式的復(fù)雜性和環(huán)境要求的苛刻性，引入了泰克公司的圖像質(zhì)量分析儀PQA600作為此次鐵人三項(xiàng)電視直播信號(hào)路測(cè)的圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)的客觀化測(cè)試依據(jù)工具。

3.2 基于PQA600的圖像質(zhì)量分析系統(tǒng)

3.2.1 PQA600

PQA600是泰克公司模仿人眼視覺特性且基于此研發(fā)，并用于圖像編碼、解碼等過(guò)程中評(píng)估和測(cè)試的圖像質(zhì)量分析設(shè)備。PQA600基本原理是通過(guò)輸入的測(cè)試圖像與參考圖像在時(shí)間與空間對(duì)齊之后，模仿人眼視覺特性建模分析、評(píng)估，輸出主觀評(píng)價(jià)的客觀化分析結(jié)果，供電視技術(shù)人員參考。選擇DMOS判決模型作為此次傳輸圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

DMOS：基于傳統(tǒng)的MOS發(fā)展而來(lái)的差異平均主觀評(píng)分結(jié)果。DMOS在加入了人眼視覺模型基礎(chǔ)上進(jìn)行PQR比較，DMOS取值0～100，同樣0為最好的分值，基于經(jīng)驗(yàn)DMOS＞40表示圖像質(zhì)量較差。

3.2.2 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)試方案

圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)試方案涉及傳輸系統(tǒng)的搭建，圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)搭建，時(shí)間地點(diǎn)同步等問題，具體如圖1所示。

圖1 鐵人三項(xiàng)直播圖像質(zhì)量分析系統(tǒng)

（1）傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)主要包括信號(hào)源，微波通道，4G通道，接收通道等部分。信號(hào)源采用兩臺(tái)小型視頻服務(wù)器或者錄像播放機(jī)，均配備同樣的視頻素材，本次測(cè)試采用已錄制的帶TC的彩排隨車拍攝素材藍(lán)光盤為素材源通過(guò)隨車藍(lán)光播放器和總控機(jī)房的藍(lán)光播放器同時(shí)播放。微波信號(hào)通過(guò)設(shè)置好的4個(gè)接收點(diǎn)接收解碼并通過(guò)光纖實(shí)時(shí)回傳到總控機(jī)房，4G信號(hào)采用TVU背包傳輸?shù)絋VU云端服務(wù)器，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)專線回傳到總控機(jī)房解碼為HD-SDI信號(hào)。總控機(jī)房一共接受到4路微波接收點(diǎn)信號(hào)和1路4G傳輸信號(hào)共5路回傳信號(hào)。

（2）圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)配備了5臺(tái)同等設(shè)置的PQA600,總控機(jī)房的藍(lán)光機(jī)信號(hào)經(jīng)視頻分配器形成5路同等信號(hào)，分別接入5臺(tái)延時(shí)器后接入5臺(tái)PQA600作為此次質(zhì)量評(píng)價(jià)的參考視頻源。同理，5路接收信號(hào)也分別接入5臺(tái)延時(shí)器后再接入PQA600作為此次質(zhì)量評(píng)價(jià)的測(cè)試信號(hào)。

（3）同步。測(cè)試以GPS時(shí)鐘為基準(zhǔn)時(shí)間，車和總控機(jī)房同時(shí)播放藍(lán)光視頻源，可以通過(guò)素材TC配合延時(shí)器粗調(diào)使輸入PQA600的參考信號(hào)與測(cè)試信號(hào)盡可能同步。此外，通過(guò)設(shè)置PQA60的自動(dòng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)和空間校準(zhǔn)，使評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)兩路信號(hào)同步評(píng)價(jià)。同時(shí)，通過(guò)車載的GPS記錄系統(tǒng)，記錄車輛實(shí)時(shí)的時(shí)間與地點(diǎn)，作為微波接收點(diǎn)信號(hào)交叉點(diǎn)的確定依據(jù)，也可以查詢信號(hào)盲區(qū)等。

3.2.3 測(cè)試結(jié)果與分析

通過(guò)疊加微波信號(hào)DMOS和4G信號(hào)DMOS得出賽段DMOS圖。根據(jù)DMOS主觀評(píng)價(jià)客觀化測(cè)試結(jié)果，0～20的表示圖像質(zhì)量效果優(yōu)異，20～40表示圖像質(zhì)量效果一般，大于40的表示圖像不能用于電視直播。通過(guò)這個(gè)比較，技術(shù)導(dǎo)播可以及時(shí)切換到圖像效果較好的那條鏈路。比如，在隧道內(nèi)微波信號(hào)不好，圖像質(zhì)量差，通過(guò)對(duì)比結(jié)果技術(shù)導(dǎo)播可以第一時(shí)間切換4G鏈路，確保比賽信號(hào)覆蓋。

4 結(jié)語(yǔ)

電視直播的衡量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是播出安全，播出安全包括節(jié)目完整、信號(hào)安全和技術(shù)安全，而播出安全最終的衡量標(biāo)準(zhǔn)是群眾滿意。本次鐵人三項(xiàng)直播信號(hào)傳輸質(zhì)量基于泰克PQA600的人眼視覺模型，引入了一整套可以客觀、量化的主觀評(píng)價(jià)方法，確保了電視信號(hào)覆蓋范圍更廣，信號(hào)質(zhì)量更高。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，很多變量控制并不嚴(yán)謹(jǐn)。但是，通過(guò)這次測(cè)試，更好地了解了設(shè)備性能，以及在目前條件下最適合電視直播傳輸?shù)闹谱鞣桨福匾氖牵_辟了一條電視測(cè)量的新應(yīng)用途徑，讓設(shè)備更好為電視直播服務(wù)。