淺談IP傳輸在電視直播中的應用

□ 梁豐程

傳統(tǒng)的電視直播信號傳輸方式主要有衛(wèi)星傳輸、光纖傳輸和微波傳輸三種。隨著電視節(jié)目制作需求的不斷變化和提升，這三種信號傳輸方式各自的優(yōu)勢和缺點也日益凸顯出來。同時，在互聯(lián)網技術不斷普及與發(fā)展的背景下，基于公用IP 網絡的高質量視頻傳輸技術在行業(yè)中被提出，并且近年來該技術也日趨成熟。綜合考慮電視節(jié)目制作成本、信號質量要求及節(jié)目制作場地復雜多變等多種因素，基于公用網絡的IP 傳輸已成為電視直播信號傳輸的一種新選擇。

一、傳統(tǒng)傳輸方式的比較

（一）衛(wèi)星傳輸

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由衛(wèi)星上行車、通信衛(wèi)星和地面接收站三部分組成。直播信號通過衛(wèi)星上行車發(fā)送至通信衛(wèi)星轉發(fā)器，再由地面衛(wèi)星接收站接收該衛(wèi)星轉發(fā)器轉發(fā)下行的信號，由此完成整個直播信號的傳輸。目前國內衛(wèi)星上行車使用的上行頻率有C 波段和KU 波段，其中C 波段衛(wèi)星上行車相比KU 波段衛(wèi)星上行車有更好的抗雨衰能力。衛(wèi)星傳輸是一種安全、可靠、適用性強的傳輸方式，幾乎不受地域限制，能為直播工作提供一個高質量的信號傳輸平臺。但是，該傳輸方式的使用成本較高，并且KU 波段的信號傳輸穩(wěn)定性容易受天氣因素影響。

（二）光纖傳輸

光纖傳輸系統(tǒng)主要由光纖網絡、光發(fā)射機和光接收機組成。該傳輸系統(tǒng)的特點是結構簡單，數字化程度高，可直接傳輸無壓縮的基帶信號，傳輸成本較低。它能為節(jié)目制作提供一個信號質量高、低成本的直播平臺。但是該傳輸方式受光纖網絡覆蓋的限制，只能在有光纖網絡覆蓋的范圍進行直播，目前主要應用于城市內開展的電視直播活動。若要進行跨省市直播活動，可選擇網絡公司的光纖網進行傳輸，但是會增加信號傳輸的中間環(huán)節(jié)，導致傳輸的安全性和可靠性降低。同時，光纖傳輸方式也容易受市政工程施工挖斷光纖的影響。

（三）微波傳輸

微波傳輸是一種無線點對點的傳輸方式，主要由發(fā)射天線和接收天線組成。這種傳輸方式只能在視距范圍內進行，對傳輸空間環(huán)境要求較高，信號傳輸區(qū)域不能有遮擋物。微波傳輸作為最原始的傳輸方式，受城市建設發(fā)展的影響，已經很少用于直播信號傳輸。目前的微波傳輸常用移動攝像機與轉播車之間的信號傳輸。

通過比較三種傳統(tǒng)的信號傳輸方式，可知每一種傳輸方式既有自己的優(yōu)勢，同時也存在著不足。

二、IP傳輸工作原理

目前，電視節(jié)目直播信號選擇通過IP 傳輸方式來實現，主要是依靠通信運營商的網絡。直播信號經過發(fā)送端編碼設備編碼后形成能在通信網絡中傳輸的數據流，并附加了接收端在通信網絡中所對應的唯一IP 地址，當數據流到達接收端，再通過解碼設備解碼生成所需的視音頻信號。

IP 編解碼設備接入通信網絡的技術已經日趨成熟，接入網絡的方式也變得越來越豐富，既能通過有線網絡和無線WiFi 接入，又可以使用移動數據4G 網絡接入。可以說，只要有網絡覆蓋，就能實現電視節(jié)目直播信號的IP 傳輸。IP 傳輸原理如圖1 所示。

圖1

三、IP傳輸在直播中的應用實例分析

（一）直播背景

2019年廣西“壯族三月三·八桂嘉年華”大直播活動由一個主會場和五個分會場組成，其中，廣西民族博物館為主會場，柳州、桂林、興安、大化、羅城為分會場。此次大直播活動直播點較多，并且分布在區(qū)內的不同城市，因此在保證信號安全傳輸的前提下，對如何合理搭配使用本臺的傳輸資源提出了較高的要求。

（二）直播方案設計

在最初設計信號傳輸方案時，計劃使用衛(wèi)星傳輸與傳統(tǒng)的“編碼—上適配—下適配—解碼”方式進行信號回傳。但考慮到此次直播點較多，本臺SDH 傳輸柜空余的下行端口數量不足，并且傳統(tǒng)的高清編解碼設備數量不足，因此該方案并不能完全滿足本次直播要求。我們經過前期對直播場地的考察，發(fā)現每個直播場地都已有通信運營商的網絡覆蓋，再結合本臺現有的傳輸資源，決定在本次大直播活動中主要采用衛(wèi)星傳輸和IP 編碼傳輸相結合的信號回傳方式。

其中，廣西民族博物館作為本次大直播的主會場，與本臺總控機房已有光纖路由連接，因此決定主會場的信號回傳方式采用衛(wèi)星傳輸和光纖傳輸。由于本臺衛(wèi)星車只有四輛，此次大直播不能做到每個直播點都安排一輛，為保證信號的傳輸安全，未配備衛(wèi)星車的兩個直播點在使用IP傳輸時必須要使用兩個不同網絡運營商的網絡，其余直播點均采用衛(wèi)星傳輸和IP 傳輸并行的傳輸模式，確保做到傳輸路由的冗余備份，其中衛(wèi)星信號作為直播信號的主用信源。由此制定了一個由衛(wèi)星傳輸、光纖傳輸和IP 傳輸混合組成的直播信號傳輸系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2

（三）IP傳輸系統(tǒng)的調試與應用

由于本次大直播使用的IP 傳輸網絡為通信運營商網絡，區(qū)別于以往使用區(qū)網絡公司的傳輸網，因此需要提前對傳輸網絡及設備展開調試。本次直播我們使用的IP 傳輸設備為朗威視訊IVP-3000 綜合多媒體處理平臺。該平臺由編碼器、中繼服務器和解碼器三部分組成，其中，編碼器部署在發(fā)送端，中繼服務器和解碼器部署在接收端。

1.IVP-3000 綜合多媒體處理平臺傳輸原理

IVP-3000 綜合多媒體處理平臺采用專有的R2TP 協(xié)議（Reliable Real-time Transport Protocol，可靠實時傳輸協(xié)議），以全面解決互聯(lián)網實時視頻傳輸中遇到的網絡擁塞、抖動、誤碼等QoS 問題。R2TP 技術采用了創(chuàng)新的擁塞控制技術、高效的數據恢復算法、自適應碼率參數調整等技術，兼顧了視頻傳輸的實時性與可靠性，使得系統(tǒng)在公共IP 網絡條件下依然能夠穩(wěn)定傳輸。在發(fā)送端部署的IVP-3000 TX 發(fā)送平臺輸入SDI 視音頻信號，經IVP 編碼后通過R2TP 協(xié)議進行公網傳輸，在接收端部署的中繼服務器接收到視頻流后，通過交換機將視頻流推送至IVP-3000 RX，并在解碼后輸出SDI 信號。整個傳輸流程可以概括為編碼、推流、接收和解碼四步。

2.發(fā)送端調試

直播點配備的編碼器配置了兩個支持高清的H.264編碼模塊、兩個高清H.264 解碼模塊以及一個支持UDP協(xié)議的IP 和ASI 輸入的IP/ASI 模塊。現場調試時，將HD-SDI 主備兩路信號分別送入兩塊H.264 編碼模塊，同時通過Web 網管頁面對編碼器的編碼、傳輸參數進行配置，包括輸入信號源格式、編碼碼率、傳輸協(xié)議、指向的R2TP 中繼服務器的公網IP 及端口號、編碼器相關的網絡參數等。所有參數配置好后，最后對編碼輸出的模塊進行選擇。配置界面如圖3 所示。

圖3

3.接收端調試

本臺總控機房的中繼服務器作為接收所有視頻流的中轉站，是整個IP 傳輸系統(tǒng)的核心中樞。因此，為了保證信號傳輸安全，我們配備了一主一備兩臺服務器。而作為整個信號傳輸流程的最后一個環(huán)節(jié)，每一臺解碼器都配置了兩個支持高清H.264 解碼模塊、一個支持UDP 協(xié)議的IP 及ASI 輸出的IP/ASI 模塊。在調試接收時，由于R2TP中繼服務器和解碼器通過兩個互相級聯(lián)的交換機來交互視頻信息，因此將R2TP 中繼服務器、解碼器及交換機組成的網絡作為一個局域網。中繼服務器除了需要配置唯一的外網IP 地址，還需要額外配置一個內網IP 地址，作為和解碼器交互信息的橋梁。解碼器除了配置好在內網的自身相關網絡參數外，還需要額外配置好傳輸協(xié)議、信號源的IP 地址（即中繼服務器的內網IP 地址）以及端口號。其中，端口號要與發(fā)送端所配置的端口號嚴格一一對應，避免解碼出來的節(jié)目不正確，甚至是解碼失敗的情況。最后，根據需要對解碼輸出模塊進行選擇。配置界面如圖4 所示。

圖4

4.正式應用效果

由于傳輸平臺使用的R2TP 協(xié)議采用了創(chuàng)新的擁塞控制技術、高效的數據恢復算法、自適應碼率參數調整等技術，兼顧了視頻傳輸的實時性與可靠性，使得系統(tǒng)在公共IP 網絡條件下依然以每路節(jié)目8—10M 的碼率進行穩(wěn)定傳輸，保證了每個直播點的信號既安全又高效的傳輸，確保整場“壯族三月三·八桂嘉年華”大直播活動的順利舉行。

四、IP傳輸的應用前景

IP 傳輸系統(tǒng)具有結構簡單、安全高效以及傳輸成本低等特點，既能很好地作為傳統(tǒng)電視直播信號傳輸方式的補充，又能在一定程度上降低節(jié)目制作的成本。同時，在我國通信技術不斷發(fā)展、通信基礎設施不斷完善的背景下，電視直播信號基于IP 網絡的傳輸技術也會越來越成熟和完善。可以說，IP 傳輸技術在廣播電視領域有著十分廣泛的應用前景。