電影頻道有關電影節直播的傳輸和接收技術方案介紹

趙春革

(中央宣傳部電影衛星頻道節目制作中心,北京 100088)

近年來,隨著中國電影的飛速發展,中國電影節在國內外的知名度和影響力也在逐步攀升,電影頻道更是不予余力地承擔了眾多電影節盛況的直播重任。從北京國際電影節到北京大學生電影節,從長春電影節到上海國際電影節,從金雞百花電影節到華表獎,以及近年來新創辦的海南國際電影節等,每一場電影節的直播,電影頻道都會對直播過程中的技術層面進行規劃和方案設計,力將電影節信號以高質量的傳輸方式帶給廣大觀眾和影迷。本文主要以信號在傳輸和接收環節上的技術層面對電影節直播進行闡述。

如何將電影節現場信號準確無誤地傳回電影頻道機房進行接收和播出,是每場直播的首要任務。在制定傳輸和接收方案時,我們既要考慮現場傳輸資源的具備情況,又要考慮信號傳輸的穩定性和安全性,同時還要考慮不同傳輸方式的冗余備份。對于歷年來的電影節直播,電影頻道曾經采用過的傳輸方式有光纖、衛星、微波、公網以及5G 等多種傳輸方式,現就其中常用的幾種傳輸和接收方式進行詳細闡述。

1 光纖傳輸和接收

光纖傳輸,是以光導纖維為介質進行的數據、信號傳輸。由于光導纖維的特性,光纖傳輸具有傳輸距離遠、傳輸速度快、通信損耗低、不受電磁干擾以及光纖傳輸的安全性等諸多優點,使得光纖傳輸成為信號傳輸的重要手段。光纖傳輸可分為基帶信號傳輸和編碼信號傳輸。

1.1 HD-SDI光纖傳輸和接收

對于北京市內近距離電影節直播而言,為了保證信號音、視頻質量,減少信號延時,簡化傳輸設備的復雜度,在光纜資源允許的條件下,可采取基帶HD-SDI光纜傳輸的方式進行傳輸。基帶傳輸是將轉播車最終輸出的HD-SDI信號直接接入光傳輸發送設備,將電信號轉成光信號,通過市內光纖線路送至電影頻道機房,并通過在機房架設的光傳輸接收設備,將光信號再次轉換成HD-SDI電信號送至總控系統進行直播信號的調度。信號傳輸接收示意圖見圖1。

圖1 基帶HD-SDI信號傳輸和接收

1.2 ASI光纜傳輸和接收

許多電影節的舉辦地為國內不同的省市,信號傳輸要經過跨省網的遠距離傳輸。為了適配SDH或DTM 傳輸網絡,我們需要將轉播車輸出的基帶HD-SDI信號進行編碼后轉換成ASI信號送至光傳輸發送設備,實現電信號到光信號的適配,再對接至當地市/省傳輸網絡,然后接入中國有線國干網,最終傳輸至電影頻道播出機房。

這種ASI信號的光纖傳輸模式,除了需要在機房放置相應的光接收設備,還要配備ASI解碼器來完成ASI信號到HD-SDI信號的轉換,最后將HD-SDI信號送至總控系統進行直播信號的調度。傳輸接收示意圖見圖2。

圖2 ASI信號傳輸和接收

2 衛星傳輸與接收

衛星通信具有通信距離遠、覆蓋面廣、傳輸質量好、可靠性高、不易受地面災害影響等優點,直播中利用衛星作為傳輸媒介也是常用的技術手段之一,衛星傳輸是地面光纖傳輸的有力補充。目前常用衛星轉發器的波段為C波段和Ku波段。

C波段固有頻率低、衛星發射功率相對較小、受天氣影響較弱等優點,但同時需要大口徑天線收發,不容易布置;Ku 波段固有頻率高、波長短、僅需要較小口徑天線收發、易于布置等優點,但同時需要衛星發射較強功率且受環境影響較大,Ku波段具有雨衰現象明顯等缺點。就國內的衛星通信車而言,Ku 波段衛星車要多于C 波段的衛星車,所以每次直播時采用何種波段衛星進行傳輸,還需要綜合考慮接收天線、現場衛星車類型和天氣等多重因素。

信號通過衛星傳輸是如何實現的呢? 首先將轉播車輸出的HD-SDI信號經編碼后進入衛星通信車進行調制、上變頻和功率放大,最后通過天線發射到指定的衛星轉發器上,完成信號的上行工作。衛星轉發器在接收到地面發射的信號后進行功率放大后再以一定的頻率將信號轉發到地面。在地面接收端,首先要將電影頻道相應波段的衛星天線進行定位,根據衛星位置,調整天線的方位角、俯仰角和極化角。正確對星后,天線的饋源將下行電磁波信號收集后送給高頻頭進行功率放大和下變頻,最后將RF 信號送至衛星接收機進行解碼。衛星接收機要想正確進行解碼,需要在接收機上設置相應的接收參數 (下行頻率、符號率、極化方式、糾錯方式等),接收機最終將解碼后的HD-SDI信號送入后端應用系統。為了保證信號在傳輸過程的安全性,一般上行階段要在轉播車的編碼器上設置BISS碼對信號進行加擾處理,同樣在衛星接收機也要輸入相同的BISS 碼后,才能正確解出信號,所以說選擇衛星傳輸和接收的方式,每一個細節都要仔細檢查和落實。信號傳輸接收示意圖見圖3。

圖3 衛星傳輸和接收

3 公網/VPN 專網傳輸和接收

隨著互聯網傳輸技術的發展,音、視頻數據通過網絡傳輸也成了信號傳輸的熱門選擇。首先直播現場要具備網絡接入環境,當然有線網絡較無線網絡更穩定和更安全;其次前方發送端需要部署一臺網絡視頻編碼器,后方接收端部署一臺網絡解碼器,并且將編碼器和解碼器配置好相應參數;最后配備一個公網IP地址,這些便構成了公網傳輸的基本條件。

公網傳輸的信號質量跟傳輸協議的選擇有一定關系,比如我們選擇UDP 這種協議在公網上傳輸信號時,抖動、丟包和帶寬波動問題就會出現。又如在UDP 協議基礎上的SRT 協議,克服了UDP的數據包丟失和排序問題,同時消除TCP常見的緩沖延遲,不需要中轉平臺,即可做到信號低延時,相對可靠的點對點傳輸。目前不同品牌的網絡設備支持的傳輸協議也會有所不同,有些廠家還有自己的私有協議,協議的選擇也要基于產品而定。

雖然網絡傳輸協議對信號傳輸具有一定糾錯和恢復能力,但都不能100%規避網絡環境的影響,要想得到更理想的傳輸效果還可以考慮VPN (Virtual Private Network)虛擬專用網絡進行傳輸,即在收發兩端開辟一條虛擬的專用通道供音、視頻數據的實時傳輸,實現與專用網絡一樣的功能和安全保障。信號傳輸示意圖見圖4。

圖4 公網/VPN 專網傳輸和接收

4 5G 信號接入與公網傳輸相結合

隨著國內5G 技術的快速發展以及商業化的布局,5G 技術已開始在各個領域嶄露頭角。5G 具有高速率、大帶寬、低延時等特點,在現場無法提供有線接入的環境下,采用5G無線接入的方式也是信號直播傳輸的一種解決方案。

圖5 5G背包

5G背包是5G發展的時代產物,它具備信號編碼功能,可根據需求實現實時的廣播級H.264或HEVC編碼。編碼后的信號通過5G CPE (客戶前置設備)或5G 手機等終端將信號發送至周邊的5G 基站,當地運營商將5G 信號通過基站接收下來后送入其核心網進行傳輸,最后接入公網傳至電影頻道機房。值得一提的是,目前新一代的背包已內置多個5G/4G通信模組,既具備信號壓縮功能又具備5G/4G 信號發射功能,而且在信號傳輸上做了多家運行商網絡的捆綁傳輸,實現音、視頻數據的高帶寬、低延時、高可靠直播。5G背包實物圖見圖5,5G 接入方式的傳輸和接收見圖6。

圖6 5G 接入+公網傳輸

為了確保每場直播信號傳輸的安全性與可靠性,每場直播的傳輸和接收方案根據實際情況至少采用兩種不同的傳輸方式進行組合,完成信號在傳輸環節的冗余備份,例如光纜+衛星組合,光纜+5G 組合等。在整個信號傳輸和接收環節,我們要根據不同的傳輸和接收方案做好信號的應急預案,除此之外,每場直播前還需要做好充分的鏈路和信號測試工作,這里就不再贅述。

以上是電影頻道有關直播傳輸和接收的四種技術方案介紹,目前電影頻道已在各電影節直播中積累了豐富的實戰經驗,將每場電影節的盛況準確無誤地呈現在廣大觀眾和影迷的面前,我們會不斷創新和拓展業務技能,為推動中國電影產業的發展做出更大的努力和貢獻。