淺談遠程制作技術(shù)

關(guān)曉亮

內(nèi)蒙古廣播電視臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

遠程制作是將遠端節(jié)目現(xiàn)場的視音頻等信號，以IP 技術(shù)為載體，利用無線網(wǎng)絡(luò)和通用交換機，傳輸?shù)綌?shù)百公里外的制作中心，由制作中心的導控室控制制作。通過遠程制作，制作團隊能夠在本地制作中心進行實時多機位的節(jié)目直播和制作，遠端現(xiàn)場只需要少量的攝像人員和技術(shù)人員進行信號攝錄采集，提供技術(shù)保障。遠程制作具有運營成本低、不受地域限制、制作效率高等優(yōu)點。

遠程制作技術(shù)方案的分類：根據(jù)分辨率分為高清遠程制作和超高清遠程制作；根據(jù)傳輸方式分為無線傳輸和有線傳輸。本文對高清遠程制作及超高清遠程制作的兩種傳輸方案進行詳細說明。

1 高清遠程制作技術(shù)方案

1.1 無線高清遠程制作技術(shù)方案

1.1.1 廠商整體技術(shù)方案

現(xiàn)場采集團隊使用多臺ENG 攝像機連接TVU 或者LiveU背包，在背包內(nèi)置多張手機卡，借助移動運營商的基站，將多路直播信號回傳至遠程制作中心（演播室）的接收服務(wù)器上，服務(wù)器連接演播室視音頻系統(tǒng)，實現(xiàn)多級切換和節(jié)目直播，如圖1 所示。

圖1 無線遠程制作示意圖

1.1.2 結(jié)合內(nèi)蒙古廣播電視臺實際改進后的方案

廠商整體技術(shù)受到移動運營商基站類型、密度、帶寬、覆蓋范圍等多種因素的影響，特別是在基站帶寬總量不變的情況下，運營商對基站進行設(shè)定，上行帶寬遠遠低于下行帶寬，種種因素影響直播活動。同時，遠程制作是單向傳輸，無法實現(xiàn)現(xiàn)場與演播室的通話功能以及TALLY 顯示功能。隨著全媒體直播活動的常態(tài)化，為適應(yīng)全區(qū)范圍內(nèi)不同的直播環(huán)境，特別是在4G 信號覆蓋弱、5G 信號覆蓋不足的農(nóng)村牧區(qū)，根據(jù)IEEE 802.11ax 技術(shù)標準以及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，設(shè)計以華為WiFi6 2.4G 和5G 版WLAN AC+AP 為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，以廠商整體技術(shù)方案為基礎(chǔ)， 融合Fordtek 遠程制作調(diào)度系統(tǒng)，用于遠程節(jié)目制作的制作系統(tǒng)。

WLAN AC+AP 網(wǎng)絡(luò)模式使用的設(shè)備主要為AC（接入控制器）和POE（供電）交換機及AP(無線接入)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)帶寬的主要參數(shù)如表1 所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備型號和參數(shù)

根據(jù)實際需求選擇AP，并配備相應(yīng)的天線。以AirEngine 8760R- X1E 為例， AirEngine 8760R-X1E 支持2.4GHz 和5GHz雙頻同時提供業(yè)務(wù)，其中2.4G頻段最大速率為1.15Gbps，5G頻段最大速率為9.6Gbps，整機速率可達10.75Gbps，搭配表2中的3種天線，應(yīng)用于不同場景。

表2 天線型號與性能

1.1.3 改進后的無線高清遠程制作系統(tǒng)方案

前方現(xiàn)場采集團隊傳輸模式示意圖如圖2 所示。攝像機的視音頻信號通過TVU WiFi 接入AP 中，利用交換機將IP 信號送入公網(wǎng)中。TVU 內(nèi)置多張手機卡用于聚合傳輸，保障傳輸信號穩(wěn)定。TVU 背包在AP 間快速切換，使直播信號在多個AP 之間移動時保持穩(wěn)定。WLAN AC+AP 的網(wǎng)絡(luò)模式擴大了直播覆蓋范圍，可以根據(jù)前方現(xiàn)場的實際情況設(shè)置多種AP 蜂窩覆蓋方式。AC 可以實現(xiàn)雙路網(wǎng)絡(luò)接入、雙路供電，滿足直播要求。在AC 統(tǒng)一管理下，可以劃分網(wǎng)絡(luò)級別，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，實時監(jiān)控用戶狀態(tài)，提高網(wǎng)絡(luò)安全級別，保障網(wǎng)絡(luò)安全。多臺手機安裝TallyAgent 軟件后，配合Fordtek 遠程制作和調(diào)度，使多臺攝像機具備PGM 信號顯示、TALLY 顯示和內(nèi)部通話功能。

圖2 4G/5G AC+AP 聚合傳輸模式

將Fordtek 遠程制作調(diào)度系統(tǒng)中的遠程制作調(diào)度終端FTHUB 主機接入演播室的通話系統(tǒng)以及TALLY 系統(tǒng)中，如圖3所示。

圖3 TVU 接收及導播切換示意圖

1.1.4 應(yīng)用場景

WLAN AC+AP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合TVU 背包和接收服務(wù)器的無線高清遠程制作模式，可以替代EFP 箱載+衛(wèi)星直播場景。這種制作模式將多機位信號回傳至臺內(nèi)演播室，方便現(xiàn)場視頻的選取和留存。在利用公網(wǎng)IP 的基礎(chǔ)上，新的遠程制作方案可以完成特殊情況下的直播任務(wù)，如無電力保障、無移動信號覆蓋等情況。

1.2 有線高清遠程制作技術(shù)方案

有線遠程制作以多網(wǎng)聚合類設(shè)備為核心，聚合多路網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)速度疊加，多路并行傳輸，確保網(wǎng)絡(luò)連接始終穩(wěn)定，如圖4 所示。有線高清遠程制作利用CCU 將多訊道攝像機的信號統(tǒng)一發(fā)送到遠程制作系統(tǒng)的發(fā)送器上，多路視音頻信號經(jīng)過發(fā)送器統(tǒng)一編碼后，從網(wǎng)絡(luò)進入云端，通過固定的IP地址發(fā)送到演播室的接收器上，接收器解碼后，送入演播室視音頻系統(tǒng)。

以TVU 遠程制作系統(tǒng)TVU RPS 為例，如圖5 所示，系統(tǒng)由1 臺發(fā)送器（編碼器）和1 臺接收器（解碼器）組成，2 路公網(wǎng)IP 綁定連接，發(fā)送器可以對6 路同步SDI 信號進行編碼，將高質(zhì)量、低延時的IP 視頻傳輸?shù)窖莶ナ覂?nèi)的TVU RPS 接收器上，輸出6 路同步SDI 信號。

圖5 TVU 遠程制作系統(tǒng)

LiveU 遠程制作系統(tǒng)由4K 實時傳輸現(xiàn)場單元LU800e-PRO4和解碼器LU4000 組成，在不借助光纖網(wǎng)絡(luò)的情況下，1 臺LU800e-PRO4 可以實現(xiàn)1 路4K或4 路完全幀同步高清視頻流的點對點傳輸，支持返送TALLY，支持4K 10bit-HDR 采集編碼器，支持2 路公網(wǎng)IP，保證網(wǎng)絡(luò)安全連接。

1.3 有線無線高清遠程制作優(yōu)缺點

無線高清遠程制作的優(yōu)點：可以自定義直播場地覆蓋范圍，適應(yīng)多種復雜直播場景，攝像機運動靈活，增減機位方便，通過增加設(shè)備實現(xiàn)通話功能和TALLY 顯示功能，方便直播團隊進行現(xiàn)場溝通和監(jiān)看；無線高清遠程制作的缺點：AP 間切換出現(xiàn)短暫中斷（10ms 左右），需要借助TVU 背包對視音頻信號進行糾錯，多路視音頻信號不能同步傳輸，無線網(wǎng)絡(luò)有一定的誤碼率，網(wǎng)絡(luò)延時相對較高，同時要求技術(shù)人員掌握一定的網(wǎng)絡(luò)知識。

有線高清遠程制作的優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)傳輸延時低，誤碼率低，網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備簡單，設(shè)備具備同步傳輸、返送信號等功能；有線高清遠程制作的缺點：直播半徑小，攝像機移動不靈活，無法同時具備TALLY顯示、內(nèi)部通話等功能。

2 超高清遠程制作技術(shù)方案

2.1 無線超高清遠程制作技術(shù)方案

現(xiàn)階段，超高清視頻編碼采用深壓縮編碼方式和淺壓縮編碼方式。深壓縮編碼如H.265和AVS2，編解碼時間接近3s，無法用于直播中，只能作為傳輸編碼使用。淺壓縮編碼如TICO 和LLVC，編碼壓縮比為4∶1（編碼延時較低），可將1 路12Gb/s 的4K 信號壓縮到3Gb/s?，F(xiàn)有設(shè)備最多只能保證1 路超高清視頻的無線傳輸，無法滿足多路超高清視頻的無線傳輸要求。近期，廣電廠商用JPEGXS 淺壓縮編碼實現(xiàn)4K 信號壓縮比介于10∶1 到16∶1 之間，編解碼時間低于0.3ms。不遠的將來，無線超高清遠程制作直播也將成為可能。

2.2 有線超高清遠程制作技術(shù)方案

有線超高清遠程制作將4K攝像機到基站專用復合光纜斷開，利用專用的轉(zhuǎn)換器，如GV公司的HDX-PLUS/SHED-BS，將淺壓縮的信號傳入萬兆網(wǎng)中，如圖6 所示。

圖6 4K 有線遠程制作系統(tǒng)

傳輸方式：

第一種， HDX- PLUS/SHED-BS 利用裸光纖直接傳輸，2 芯傳輸1 路3.5G/s4K 信號。HDX-PLUS/SHED-BS 對視頻信號不做任何壓縮及算法的處理，直接連接轉(zhuǎn)發(fā)，因此傳輸距離由轉(zhuǎn)換器的功率和傳輸衰減決定，傳輸距離在30 公里以內(nèi)。一對裸光纖只能傳輸一路視頻信號。如要實現(xiàn)遠程制作，需要解決多芯裸光纖的鋪設(shè)問題，如圖7 所示。

圖7 裸光纖直接傳輸

第二種，利用光波分復用（WDM） 技術(shù)通過光纖傳輸。WDM 是一項新技術(shù)，其行業(yè)標準還不規(guī)范，因此不同商家的WDM 產(chǎn)品互通性極差。有的轉(zhuǎn)換器支持稀疏波分復用（CWDM），有的轉(zhuǎn)換器支持密集波分復用（DWDM），需要根據(jù)現(xiàn)場的核心轉(zhuǎn)換設(shè)備來選擇波分復用的形式。從本質(zhì)上來說，WDM 可以利用復用技術(shù)實現(xiàn)一個光纖傳輸多路視頻信號。一般來說，CWDM 傳輸距離為80 公里，DWDM 傳輸距離為3000 公里。

第三種，基于IP 網(wǎng)絡(luò)的4K遠程制作，攝像機連接本地轉(zhuǎn)換器，多個轉(zhuǎn)換器連接本地一側(cè)交換機，要求的帶寬相對較高，同時攝像機、轉(zhuǎn)換器以及IP 網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議互通。GV 公司的Direct IP 傳輸系統(tǒng)和索尼的IP Live 制作系統(tǒng)，可利用交換機將信號送入光纖網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器送入CCU，1000 公里延時10ms，完全滿足超高清遠程制作的要求，如圖8 所示。

圖8 基于IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸

有線超高清遠程制作需要高速的光纖網(wǎng)絡(luò)作為傳輸基礎(chǔ)。超高清遠程制作整體技術(shù)方案還有待進一步優(yōu)化。超高清遠程制作網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投入大，硬件設(shè)備兼容性較差，廠商之間設(shè)備通用性不強，設(shè)備造價較高，不利于大規(guī)模使用。