體育賽事轉(zhuǎn)播系統(tǒng)及業(yè)務(wù)承載的初步思考

王 波，鐘志剛，于 冰，王 智，劉 辰（.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 00033；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，北京00048）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，體育賽事越來越頻繁。2019 年我國(guó)就舉辦了包括“第7屆世界軍人運(yùn)動(dòng)會(huì)”、“2019年國(guó)際籃聯(lián)籃球世界杯暨第18屆國(guó)際籃聯(lián)籃球世界杯”、“2019年國(guó)際乒聯(lián)女子和男子世界杯”等在內(nèi)的多項(xiàng)國(guó)際體育賽事活動(dòng)。而體育賽事電視轉(zhuǎn)播技術(shù)也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著高清技術(shù)和5G 技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。本文對(duì)體育賽事電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)及業(yè)務(wù)承載進(jìn)行了初步探討。

1 體育賽事轉(zhuǎn)播系統(tǒng)概述

1.1 體育賽事視頻轉(zhuǎn)播系統(tǒng)

體育賽事一般指有規(guī)模有級(jí)別的正規(guī)比賽，目前全球規(guī)模大、影響力大的體育賽事有世界杯、奧運(yùn)會(huì)、一級(jí)方程式賽車、NBA 以及各類洲際體育賽事和各單項(xiàng)體育組織的世錦賽。其中，國(guó)際性的賽事有奧運(yùn)會(huì)、世界杯足球賽、大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)，地區(qū)性的賽事有亞運(yùn)會(huì)、東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)、中國(guó)全運(yùn)會(huì)等。

體育賽事轉(zhuǎn)播主要是由主播機(jī)構(gòu)（如奧林匹克轉(zhuǎn)播服務(wù)公司、國(guó)際奧委會(huì)和國(guó)家奧組委在歷屆奧運(yùn)會(huì)會(huì)指定的轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu)）負(fù)責(zé)制作廣播電視國(guó)際公共信號(hào)，并為多個(gè)廣播電視機(jī)構(gòu)（持權(quán)轉(zhuǎn)播商RHB）提供多場(chǎng)地（場(chǎng)館）的公共信號(hào)和單邊電視信號(hào)以及轉(zhuǎn)播所需的設(shè)施和服務(wù)。轉(zhuǎn)播是將每個(gè)比賽場(chǎng)館現(xiàn)場(chǎng)制作的電視信號(hào)，通過各種傳輸鏈路，送回國(guó)際廣播中心（IBC），在IBC集中對(duì)各類比賽信號(hào)進(jìn)行處理、調(diào)度、收錄，最后統(tǒng)籌分配給各類廣播電視機(jī)構(gòu)進(jìn)行電視直播。大型體育運(yùn)動(dòng)會(huì)電視轉(zhuǎn)播可由場(chǎng)館單獨(dú)實(shí)施運(yùn)作或場(chǎng)館與臺(tái)內(nèi)節(jié)目直播共同完成。

1.2 大型體育運(yùn)動(dòng)會(huì)電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)架構(gòu)

1.2.1 電視轉(zhuǎn)播信號(hào)交換

主播機(jī)構(gòu)提供的信號(hào)都是通過臨時(shí)搭建的技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備采集、加工、分配和傳輸來完成的。體育賽事的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)需要根據(jù)賽事日程和地點(diǎn)的安排預(yù)先設(shè)計(jì)好，主要包括競(jìng)賽場(chǎng)館（Venues）、轉(zhuǎn)播綜合區(qū)（Compound）、國(guó)際廣播中心（IBC）、景觀攝像機(jī)（beau?ty camera）等，如圖1所示。

圖1 電視轉(zhuǎn)播信號(hào)交換示意圖

1.2.2 場(chǎng)館電視轉(zhuǎn)播設(shè)施

1.2.2.1 競(jìng)賽場(chǎng)館

競(jìng)賽場(chǎng)館內(nèi)用于電視轉(zhuǎn)播的設(shè)施主要包括攝影機(jī)位、評(píng)論席位置、混合采訪區(qū)、評(píng)論席控制室以及轉(zhuǎn)播信息辦公室等。

a）攝像機(jī)位和攝像平臺(tái)（Footprint & Platform）。完成一屆體育賽事轉(zhuǎn)播任務(wù)，主轉(zhuǎn)播商需要根據(jù)賽道地勢(shì)地貌制作轉(zhuǎn)播手冊(cè)，其中最重要的部分就是機(jī)位圖。Footprint 機(jī)位指攝像機(jī)需要占用的空間或位置，不需要搭建平臺(tái)。使用的攝像機(jī)一般是肩扛式，在賽道旁邊的機(jī)位一般使用有線攝像機(jī)，在結(jié)束區(qū)附近常常使用無線攝像機(jī)（Camera RF）。Platform 攝像平臺(tái)一般位于出發(fā)區(qū)、結(jié)束區(qū)以及沿賽道可以獲得理想視角的位置。

b）評(píng)論控制室（CCR）。CCR 是競(jìng)賽場(chǎng)館評(píng)論員系統(tǒng)運(yùn)行的核心，要求鄰近評(píng)論員席，對(duì)于照明、暖通空調(diào)、電力保障、隔音都有嚴(yán)格要求。所有持權(quán)轉(zhuǎn)播商的評(píng)論員聲音信號(hào)從這里傳輸給IBC的評(píng)論員交換中心（CSC）。簡(jiǎn)而言之，一路信號(hào)是從賽場(chǎng)上拾取的音視頻信號(hào)（VandA）通過攝像機(jī)和話筒傳輸給攝像機(jī)控制單元CCU，再傳送至轉(zhuǎn)播車，再通過TOC 傳輸?shù)絀BC內(nèi)OBS技術(shù)區(qū)的單邊信號(hào)工作間（CDU——Contri?bution Distribution and Unilateral），另一路信號(hào)為評(píng)論員聲音信號(hào)，通過競(jìng)賽場(chǎng)館的CCR 傳輸?shù)絀BC 的評(píng)論員交換中心CSC，這2路信號(hào)是分開傳輸?shù)摹?/p>

1.2.2.2 轉(zhuǎn)播技術(shù)綜合區(qū)

冬奧競(jìng)賽場(chǎng)館的設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，場(chǎng)館后院（BOH——Back of House）需要為電視轉(zhuǎn)播預(yù)留出一個(gè)區(qū)域供賽事轉(zhuǎn)播的轉(zhuǎn)播商使用，這個(gè)后院空間全稱是廣播電視綜合制作區(qū)，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)播綜合區(qū)，TV Compound或者Broadcast Compound。

轉(zhuǎn)播綜合區(qū)主要包括電視轉(zhuǎn)播制作區(qū)、轉(zhuǎn)播技術(shù)運(yùn)行中心。

a）電視轉(zhuǎn)播制作區(qū)（OBVAN）。有轉(zhuǎn)播商的信號(hào)制作車輛、音頻制作車輛、提供信號(hào)傳輸?shù)男l(wèi)星上行車輛，持權(quán)轉(zhuǎn)播商的移動(dòng)技術(shù)車輛和信號(hào)制作車輛。

b）轉(zhuǎn)播技術(shù)運(yùn)行中心。轉(zhuǎn)播技術(shù)運(yùn)行中心（TOC）位于轉(zhuǎn)播綜合區(qū)內(nèi)部，TOC 內(nèi)部有主轉(zhuǎn)播商和持權(quán)轉(zhuǎn)播商的轉(zhuǎn)播設(shè)施。TOC 的作用相當(dāng)于主轉(zhuǎn)播商在競(jìng)賽場(chǎng)館音視頻信號(hào)（VandA circuits）的傳輸樞紐（HUB）。主轉(zhuǎn)播商制作團(tuán)隊(duì)在賽場(chǎng)采集的音視頻公共信號(hào)首先傳送到綜合區(qū)內(nèi)的TOC，這些信號(hào)將會(huì)分發(fā)給以下幾個(gè)相關(guān)方。

（a）傳輸?shù)絿?guó)際廣播中心IBC，IBC 內(nèi)設(shè)有匯集、分發(fā)和CDU。

（b）分發(fā)給在綜合轉(zhuǎn)播區(qū)內(nèi)預(yù)定信號(hào)的持權(quán)轉(zhuǎn)播商，持權(quán)轉(zhuǎn)播商獲得公共信號(hào)后，一般會(huì)注入自己的單邊信號(hào)。

（c）分發(fā)給賽場(chǎng)內(nèi)需要電視信號(hào)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如體育的裁判工作間（Jury Room）、醫(yī)療、體育展示、計(jì)時(shí)計(jì)分等。

轉(zhuǎn)播技術(shù)運(yùn)行中心運(yùn)行流程示意圖如圖2所示。

1.2.2.3 風(fēng)景攝像機(jī)或景觀攝像機(jī)

這類攝像機(jī)的位置一般位于建筑物的頂部，采集畫面時(shí)使用全景鏡頭，旨在呈現(xiàn)主辦城市的人文景觀或具有代表性地標(biāo)建筑。通常采用賽事全程實(shí)時(shí)信號(hào)，歐美電視臺(tái)尤其喜歡使用帶有燈光效果的賽場(chǎng)夜景。在競(jìng)賽場(chǎng)內(nèi)，也有類似的機(jī)位設(shè)置，一般位于場(chǎng)館內(nèi)的最高處，拍攝賽場(chǎng)景觀鏡頭（Beauty Shot）。

圖2 轉(zhuǎn)播技術(shù)運(yùn)行中心運(yùn)行流程示意圖

1.2.2.4 國(guó)際電視轉(zhuǎn)播中心

體育賽事主播機(jī)構(gòu)一個(gè)重要的職責(zé)是設(shè)計(jì)和建造國(guó)際廣播電視中心（IBC），IBC 是主播機(jī)構(gòu)和各大電視媒體（如新華社、法新社、路透社等）進(jìn)行電視轉(zhuǎn)播的總部。主播機(jī)構(gòu)要在各個(gè)場(chǎng)館和國(guó)際廣播電視中心為持權(quán)轉(zhuǎn)播商協(xié)調(diào)、提供轉(zhuǎn)播實(shí)施和服務(wù)，所有場(chǎng)館采集和制作的國(guó)際公用信號(hào)和單邊專用信號(hào)，都將通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)絿?guó)際廣播中心，經(jīng)過必要的處理和監(jiān)測(cè)，分配和傳輸給持權(quán)轉(zhuǎn)播商。

1.2.3 電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)

電視信號(hào)傳輸指利用電信網(wǎng)絡(luò)傳送電視信號(hào)，供遠(yuǎn)地電視臺(tái)站轉(zhuǎn)播或作為收錄、編輯電視節(jié)目的節(jié)目源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，高清電視極大地滿足了人們的視覺需求，同時(shí)推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展和完善，有效地提高了數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。現(xiàn)階段，數(shù)字電視信號(hào)的傳輸主要通過光纖傳輸系統(tǒng)、微波傳輸系統(tǒng)以及衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等技術(shù)。本文所述的業(yè)務(wù)承載主要指的是從體育賽事各場(chǎng)館至電視轉(zhuǎn)播中心進(jìn)行視頻處理的原始信號(hào)的傳輸。

2 體育電視轉(zhuǎn)播對(duì)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)要求

隨著傳統(tǒng)媒體技術(shù)設(shè)備的迭代，當(dāng)前視頻技術(shù)正在由高清向超高清（UHD）演進(jìn)。在大型體育賽事中，UHD 轉(zhuǎn)播技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。UHD 電視的分辨率為3 840×2 160，能夠帶來更清晰鮮明的畫質(zhì)和更自然真實(shí)的效果，在體育賽事轉(zhuǎn)播上使用這一技術(shù)，無疑能給觀眾帶來更逼真的視覺體驗(yàn)和身臨其境的感受。

從2017 年5 月開始，韓國(guó)3 家電視臺(tái)就已開始提供地面電視塔發(fā)送的地面波UHD 電視節(jié)目，擁有4K畫質(zhì)。而2018平昌冬奧會(huì)，中央電視臺(tái)在常規(guī)高清信號(hào)和新媒體轉(zhuǎn)播基礎(chǔ)上，首次在轉(zhuǎn)播中心搭建4K超高清一體化網(wǎng)絡(luò)制播系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)冬奧會(huì)4K信號(hào)的收錄采集、編輯制作和播出傳輸。

體育電視轉(zhuǎn)播對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)主要包括長(zhǎng)距傳輸?shù)木€路衰耗、誤碼率、帶寬以及時(shí)延等內(nèi)容。

線路衰耗一般由主播機(jī)構(gòu)根據(jù)以往的電視轉(zhuǎn)播實(shí)際效果提出，2008年的北京夏季奧運(yùn)會(huì)和2018年的平昌冬奧會(huì)，主播機(jī)構(gòu)OBS 提出的目標(biāo)鏈路預(yù)算值限制都是25 dB，即從奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館到國(guó)際電視轉(zhuǎn)播IBC 的光路在光纖1 310 nm 的光窗口內(nèi)的整體衰減不超過25 dB。

根據(jù)中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)所發(fā)布的《4K 視頻傳送需求研究報(bào)告》，傳輸入門級(jí)4K、運(yùn)營(yíng)級(jí)4K、極致4K、8K 的帶寬需求，帶寬要求最高的8K 視頻需要135 Mbit/s的帶寬，帶寬要求最低的入門級(jí)4K也需要18 到24 Mbit/s 的帶寬；同時(shí)，根據(jù)《4K 視頻傳送需求研究報(bào)告》針對(duì)4K 超清視頻對(duì)于承載網(wǎng)端到端的總體要求為：端到端帶寬要大于50 Mbit/s，往返時(shí)延（RTT）要小于20 ms，丟包率PLR 要小于10-5（通過端云優(yōu)化降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求）。

3 體育電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)承載技術(shù)

電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)承載主要是實(shí)現(xiàn)各場(chǎng)館TOC、CCR至IBC，IBC 至國(guó)外電視臺(tái)（BCN 網(wǎng)絡(luò)），風(fēng)景攝像機(jī)至IBC（BC 網(wǎng)絡(luò)），媒體直播間至IBC（POTF 網(wǎng)絡(luò)）的信號(hào)傳送。承載技術(shù)可分為有線承載和無線承載兩大類。

3.1 有線承載技術(shù)

根據(jù)視音頻轉(zhuǎn)播信號(hào)大帶寬、低時(shí)延的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，首選光纖直驅(qū)進(jìn)行物理連接，原始視音頻信號(hào)源無需壓縮，保證信號(hào)無損傳播，但要求傳輸距離一般不超過80 km，光纖總體衰減不超過25 dB/1 310 nm。

對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專線承載，由于受到傳輸技術(shù)的帶寬限制，原始視音頻信號(hào)源需進(jìn)行壓縮處理，首先經(jīng)過壓縮編碼處理后，輸出ASI 標(biāo)清、高清或超高清4K/8K 信號(hào)，編碼壓縮后的ASI 信號(hào)帶寬標(biāo)清為50 Mbit/s，高清為80 Mbit/s，4K 為100 Mbit/s，8K為200 Mbit/s。多路信號(hào)通過電/光轉(zhuǎn)換及復(fù)用后，輸出傳輸鏈路至IBC，經(jīng)解復(fù)用、解碼后還原為基帶SDI視音頻信號(hào)。傳輸鏈路帶寬在2M～100G，要求傳輸具備硬管道業(yè)務(wù)隔離。現(xiàn)階段可由SDH/MSTP、PeOTN、智能IP 三種傳輸技術(shù)承載，每種傳輸技術(shù)適于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，傳輸技術(shù)特性如表1所示。

表1 傳輸技術(shù)特性

不管是裸光承載還是傳輸系統(tǒng)承載，視音頻主備信號(hào)應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)和鏈路級(jí)的“1+1”雙重保護(hù)，滿足保護(hù)倒換時(shí)間小于50 ms。

3.2 無線承載技術(shù)

衛(wèi)星傳送主要傳送國(guó)際數(shù)字視音頻信號(hào)，將視音頻信號(hào)經(jīng)調(diào)制器調(diào)制成中頻信號(hào)，通過中頻光端機(jī)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳送至衛(wèi)星地球站后，經(jīng)地球站的中頻光端機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過上變頻器二級(jí)調(diào)制為高頻信號(hào)，最后通過高頻功率放大器變換成衛(wèi)星可以接收的信號(hào)，通過發(fā)射天線裝置發(fā)射至衛(wèi)星，傳送至各個(gè)國(guó)家。當(dāng)然，衛(wèi)星傳輸由于使用靈活，不受場(chǎng)地條件限制，通常在通信應(yīng)急車上使用，用作備份傳輸鏈路。

4G/5G 傳送主要解決場(chǎng)館內(nèi)無法部署綜合布線的區(qū)域，采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將視頻信號(hào)回傳到TOC，再通過有線承載送至IBC，特別是5G 技術(shù)，通過高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時(shí)延的技術(shù)特點(diǎn)，推動(dòng)了其在體育賽事直播中更為廣泛的應(yīng)用。例如2018年的平昌冬奧會(huì)、2019年中國(guó)武漢世界軍運(yùn)會(huì)以及中國(guó)第2屆青年運(yùn)動(dòng)會(huì)等賽事活動(dòng)。

4 結(jié)束語

未來隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和5G技術(shù)應(yīng)用的成熟，更多的技術(shù)將在體育賽事轉(zhuǎn)播系統(tǒng)中得到推廣和應(yīng)用，例如云轉(zhuǎn)播技術(shù)、打造極致觀賽體驗(yàn)的智能觀賽系統(tǒng)。這些新技術(shù)的引入，不僅帶來技術(shù)變革，系統(tǒng)架構(gòu)也會(huì)發(fā)生改變，因此在進(jìn)行體育賽事電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，需要密切跟蹤這些技術(shù)的發(fā)展。