南京广电5G融媒传输车系统设计思路_王万泉.pdf

62影视制作系统网络System Network通信技术的每一次革新都在改变这个时代。融媒体的快速发展，使得受众群从传统媒体大量向移动端聚集，通信技术的进步使得在线新闻直播已经成为一种成熟的业态。传统媒体在与新媒体的融合中，在传播理念、内容推广、产品形态上都必须进行系统性的改革和创造，以新的业态行为来实现信息传播的革命。5G 以强大的音视频支撑力将传统媒体与新媒体的深度融合提速升级。正是基于 5G 场景下，广电融媒体平台在生产流程、产品形态等方面的分发速率得到了超级提升；生产流程与机制革新也显著加快,媒体产品形态更加多样且新颖,内容的深度挖掘得到了加强。在这样的变革更迭时代，南京广电响应主力军挺进主战场的号召，计划以 5G 传输为载体，建设一台小型传输车。在最新 5G 场景下，兼具节目制作功能和融媒发布能力，同时，以 5G 小型传输车灵活机动、适应性强、安全性高等特点，与现有传统广电技术模式的大型转播车互为补充备份。本文旨在探讨 5G 融媒传输车的系统设计思路以及主要设备选型。南京广电5G融媒传输车系统设计思路文/南京广播电视集团 王万泉 徐凯摘要：南京电视台从节目生产实际需求出发，结合场景化应用，以 5G 公网和无线专网技术为出发点，对 5G 环境下多功能广电融媒传输车设计提出了自己的思路和方案。关键词：5G；无线专网；场景化应用；多功能63影视制作系统网络System Network1.从场景化出发进行设计设计伊始，我们就从节目制作的需求出发，结合5G 公网传输、私有专网技术和融媒制作技术考虑传输车的应用可能，进行多场景设计，并对典型场景仔细分析，有针对性地进行设计。1.1 场景一：重大活动的信号传输保障首先，这辆车作为我台原有的卫星转播车的升级替代，必须担负起重大节目和活动的信号传输保障功能。5G 技术让我们的传输手段更加灵活方便，但是 5G 传输通过运营商的无线公网，安全性和抗干扰性相比有线光缆有先天的不足。在两会直播这样的重大政治任务时，灵活方便必须让位给安全可靠，所以我们在车上还是保留了光端机的位置，在重大活动直播时，有线光缆和 5G 链路同时进行主备传输，以保信号的万无一失。信号链路如图 1 所示。1.2 场景二：外场小型融媒节目的制播小型融媒节目的制播是我们这次设计的基础功能，不同于传统电视节目的制作播出，融媒节目的播出是通过 CDN 推送到各个网络播出平台的，这种制播形式和5G 传输可以做天衣无缝的结合，前端采集来的信号经过切换制作后，在车上以流的形式通过 5G 公网直接推送到云端。整个链路简洁干净，不需要把 SDI 信号送回总控再进行编码，减少了沟通环节，提高了转播效率，降低了制作成本。信号链路如图 2 所示。1.3 场景三：灵活的5G融媒新闻连线报道和互动简单的新闻报道其实用一个 5G 背包就能实现，但是有了 5G 传输车这个平台之后，我们不但可以通过不同的链路同时把直播信号送到总控和云端，为多平台提供现场信号，而且可以借助 5G 网络把云端或者直播间里的信号以极低的延时和成本送回直播连线现场进行互动，丰富节目的制作形式和制作内容。信号链路如图3 所示。1.4 场景四：复杂转播活动的远端信号节点在转播马拉松等大型体育赛事和一些多场地同时 图1 重大活动的信号传输保障 图2 外场小型融媒节目的制播 图3 灵活的5G融媒新闻连线报道和互动64影视制作系统网络System Network进行的大型活动时，只靠一辆大转播车远远不能满足录制需求，但是再投入一辆转播车不但成本高，而且传统的技术手段不够方便灵活。所以我们考虑利用 5G 传输车在传输直播信号的同时作为复杂转播活动的远端信号节点，利用 5G 公网和私有专网可以灵活稳定地为大转播车提供多路远端甚至云端的信号。信号链路如图 4 所示。1.5 场景五：重大转播的大车系统备份在转播重大政治任务时，我们的要求是万无一失，但是往往越安全的备份成本也越高，我们需要在安全和成本之间找到最好的平衡点。而用传输车在为大型转播车传输信号的同时对重点机位进行独立备份，并用传输车车载的一体机或矩阵进行切换，这样从信号源到切换系统再到 PGM 信号的送出都和大转播车进行了完全隔离，也不用再增加一辆转播车的成本，应该说很好地兼顾了转播安全和成本控制。信号链路如图 5 所示。1.6 场景六：强大的外场网络支持现在的大型节目制作对网络支持的要求越来越高，比如说我台承办的“南京森林音乐节”，主场在南京中山陵风景区内的著名景点音乐台进行，用光纤传回频道直播的同时我们还在网络上直播了多个机位的信号，满足广大观众身临其境的愿望。节目进行中，直播现场还希望得到一个可靠稳定的网络直播信号呈现在现场大屏上，让现场观众有互动的可能；现场的节目 图4 复杂转播活动的远端信号节点 图5 重大转播的大车系统备份 图6 强大的外场网络支持65影视制作系统网络System Network组也希望有一个稳定的、和现场通信拥挤的公网完全隔离开的工作网络环境。音乐台地处风景区深处，环境非常优美，但是网络条件堪堪满足现场游客的需求，以往我们要达到以上网络工作环境需要协调多个相关部门，花费大量资源，现在用一辆 5G 传输车就可以完美地解决这些问题。信号链路如图 6 所示。以上是几个比较典型的工作场景，5G 传输车的系统设计和设备选型就是在充分考虑以上场景的需求上进行的。2.系统设计作为小型 5G 传输车，系统设计不能追求大而全，我们把重点放在了前端无线专网信号采集系统和后端5G 信号传输系统上，切换调度部分采用 4K 一体式切换台和 4K 一体机进行主备，既节省了空间又控制了 成本。2.1 前端信号采集前端信号采集包括摄录一体机和无线视频专网两部分。摄录一体机我们计划采用 SONY PXW-Z280 手持一体机，这是非常普及的一款摄录一体机了。虽然是一台价格相对便宜的手持一体机，但是它采用 3 片 4K分辨率的1/2英寸CMOS，并基于XAVC 帧内编码的4K 50/60p 10bit 422 格式记录，符合我国 4K 电视广播行业标准。同时，Z280 拥有 F13 灵敏度/63dB信噪比，即使记录高清格式也远比很多肩扛式的大机器要强得多。最重要的一点，Z280 拥有一个 12G-SDI接口，并向下兼容 3G/1.5G-SDI，可以很方便地接入 4K 或者高清系统工作。前端信号采集链路如图 7 所示。前端信号采集部分的重点是无线视频专网系统，计划采用福建博讯网络公司提供的无线视频专网传输系统。该系统由无线视频传输基站、无线视频传输终端、超高清视频解码器、语音通话系统、Tally 服务系统、摄像机控制系统、天馈系统等组成。在 5G 移动通信高速率、高带宽的技术基础上，系统通过快速部署专用网络，提供更优异的传输性能。在可视的环境下，单基站可形成半径 3 公里以上的信号覆盖范围，支持 4 路高清视频或者两路 4K 视频信号传输。无线视频专网组网架构图如图 8 所示。经过多次测试考察无线专网视频系统后，我们认为该系统最大的优势在于专网专用，传输稳定，其专用网络工作在566-678MHz之间，传输带宽最大30MHz。这个工作频段充分利用了广电白频谱，还可以根据所在地区的情况进一步选择更合适的频率，并且该系统具有空间频谱自动扫描（AS）和智能选频（AFS）功能，可以对当前的频谱环境进行扫描分析，并可自动规避已用频率和智能选择空间中频谱干净的频段进行使用。现在应用较多的无线视频传输设备主要有 5G 聚合背包和无线图传，对比利用公网传输的 5G 聚合背包，无线专网视频系统的明显优势在于工作在专用网络中，其它终端无法接入，保证了传输带宽的稳定性。而对比普遍工作在 5.8GHz 频率的无线图传，无线视频专网系统的优点首先表现在无线信号传输的距离、穿透性和绕射性能上，经过我们对比测试，在接收端同时处于大楼内 图7 前端信号采集66影视制作系统网络System Network部相同位置时，无线图传的信源超出目视范围后很快就没有信号了，而无线专网视频系统的信号源不仅传输距离远，还可以在复杂阻挡后仍稳定地传输信号。无线专网视频系统采用一体化设计，发射终端设计成背包的形式，在接入摄像机 SDI 信号进行传输的同时还可以为摄像师提供语音通话和 TALLY 功能服务，基本能够满足节目录制调度联络的需要。该系统接收基站有车载机架、手提和拉杆箱三种形式，我们选择了拉杆箱式的基站，这样不但节省车内空间，部署时也更加灵活。经过我们测试，基站送出的 IP 信号为标准 SRT协议，不但可以通过解码器还原成 SDI 信号送给矩阵，还可以同时通过内部网络直接送给一体机，由一体机内部解码后直接参与切换处理。这样，在一块视分板卡都没有使用的情况下，就满足了前端摄像机信号的调度和备份需要，节省了资金和空间的同时还减少了处理环节，提高了系统的安全性。2.2 信号调度和切换5G 传输车的信号调度和切换部分比较简单。从小型化、轻便化、融媒化考虑我们没有考虑传统的切换台，而是选用励图 LTCaster 一体机。这台一体机内置双220V 冗余电源，最高可选 8 路带帧同步的 12G-SDI通道，输入输出可以灵活配置，还可以同时接入多路流媒体，支持 RTSP、RTMP、TS、SRT 等流协议，能够满足小型节目录制和网络节目推流的需求。一体机的功能实际上非常多，通过这一台机器就能够满足视频信 图8 无线视频专网架构图号输入输出、网络信号输入及推流、内置调音台、内置硬盘播出及多通道多格式录制、多画分输出等等功能，大大节约了车内空间，提高了工作效率。矩 阵 选 用 BMD 公 司 的 Smart Videohub CleanSwitch 12x12 矩阵。这是一台紧凑型 6G-SDI矩阵，所有输入均内置同步器，可在所有相同格式的视频源之间实现纯净的画面切换，还可作为 12 个同步器使用，自动对 SDI 信号重新定时。这台矩阵只占一个U 的机架空间，面板上还自带一个小型的 LCD 监视器，既可以用于菜单设置，也可以监看节目画面，在空间狭小的传输车内使用非常方便。5G 传输车信号流程如图 9 所示，一体机和矩阵分别接入信号源，既可以互为主备又可以互相调用，以较小的系统规模和较低的成本实现系统的安全性和灵活性。2.3 信号传输系统如图 10 所示，5G 传输车的 PGM 信号可以同时通过有线和无线链路传输，其中无线部分又包含两条链路。2.3.1 有线光缆传输5G 传输车的信号传输包括有线和无线两部分，保留有线光缆传输是为了给重大政治任务转播的安全性兜底，这一部分的设备我们决定利旧，在此不予赘述。2.3.2 无线传输系统传输部分的重点就是打造一个安全高效适应多场合的无线传输系统，为此我们设计了两条 5G 无线传输链路，它们既可以和有线传输形成多级备份，也可以67影视制作系统网络System Network在没有有线传输的情况下互为备份，或是指向不同的路由，服务不同要求的信号传输。无线传输链路图如图11 所示。链路 15GCPE5G 无线传输第一条链路的设备选用了华为鼎桥的 IC1860，这是一款户外工业级 5G CPE。采用华为Balong 5000 芯片；下行速率最高可达到 1.7Gbps，上行速率最高可达到 260Mbps；IP65 防护等级，防雷防冲击，防盐雾侵蚀，满足 5M3 防震，采用抱杆的方式安 图9 5G传输车信号流程 图10 5G传输车PGM信号传输链路图装在车顶。这条链路将通过联通的5G网络传输信号。南京联通是南京广电集团的战略合作伙伴，2021 年他们在南京全市的 5G 可用站点数量就已达到 7778 个，其中基站7213 个，室分 565 个，实现县城以上区域连续覆盖，主城区整体 5G 覆盖率 98%以上，下行平均速率达到 600Mbps 以上。作为战略合作伙伴，南京联通和南京广电集团深入合作，承诺将以软切的形式保障我们 5G 直播信号的稳定带宽。这条链路的 5G 信号将直接推流到CDN，主要为融媒节目的网络播出服务，也可以从 CDN 拉流到播出机房的服务器作为频道