卫星车群在视音频互动系统中的应用

【摘 要】

2009年12月31日福建省在九地市联合举行了福建省铁路“三线开通、六线一站开工动员仪式”。福建省广播影视集团技术中心组织福建、江西两省广电、电信、联通等部门10部卫星车和5部转播车的资源,成功实施了仪式的视音频互动技术系统工程,创下了福建省转播车、卫星车技术队伍规模最大的一次联合行动。本文描述了视音频互动系统工程的技术需求、技术方案与实施,分析了卫星车群在跨地域视音频互动系统中所起的作用,阐述了技术方案实施过程中需要注意的几个问题。

视音频互动的技术需求

视音频互动点共设10个,在福州设主会场1个,全省九地市各设1个分会场。主会场向各分会场实时传送主会场实况,同时也接收9路来自各分会场回传的实况。主会场与各分会场之间可同时进行视音频互动,并可同时相互收听收看到互动的实况。视音频互动时可以视频双视窗或多视窗交互的形式展现。在主会场和各分会场分别设置大显示屏和音响现场扩声系统,以便与会者集体共同收听收看。整场仪式的视音频互动流程按现场直播的技术要求进行。

技术方案与实施

根据技术需求,从某种意义上来说是举行一个传统的多点视频电话会议。传统的视频电话会议系统是由一个多点控制单元MCU和多个终端(摄像头、麦克风、音响扩声、电视显示屏)构成。主会场和分散在各地分会场的多个视频会议终端用宽带通信线路连接起来,实现多点之间语音和影像的交流。会议的参加者可以在自己所在地的分会场参加会议,彼此通过屏幕相聚,犹如在同一个会议室里开会一样。

视频电话会议系统多为基于IP网络构建,往往受到传输通道的制约工作于低带宽和不稳定网速的工作状态,低带宽使得图像的清晰度和声音的保真度受到限制,网络的丢包对视频电话会议的效果产生影响,不稳定的网速使得图像编码码率变化,图像出现模糊、马赛克和抽帧降频等现象,使得视频电话会议的效果远远不如它被期望的那么好。

由于铁路开工点多为荒野郊区,有线网络、光纤通路均未通达,微波通路难以贯通。因此,选用卫星通路作为视音频互动的传输载体是一种最简易便捷的方案。有线网络、光纤通路架设需要施工时间周期;微波通路往往无法一次性通达,需要绕过多个山头或建筑物多次接力,在跨地域建立微波通路难度就更大,设备投资费用高、施工周期长;而选择卫星通路只要在卫星车与同步通信卫星之间建立一个直线透明的通路就可以实施信号的传输。考虑到气象天气的原因,如雨衰、日凌现象等造成的影响;和由于技术的原因,如接收天线口径大小、信号强弱等造成的影响,通常可靠性可以达到98%以上,在采取一定的备份措施和准备一些应急预案后,可以满足使用的要求。

在主会场和各分会场各设卫星车一部,共设10部卫星车。为了能使这10部卫星车在发送信号的同时又能够接收其它卫星车发送的信号,我们选用了使用同一颗卫星、同极化的10个卫星电视通道作为视音频互动的网络链路。为了保证较高的电视图像质量和声音质量,又不受卫星转发器资源的制约,我们选用10个4.5MHz带宽的卫星通道,每部卫星车独享4.5MHz带宽。采用625/50i标准清晰度的电视信号模式,使用MPEG2的编码方式,Y:U:V取样格式定为4:2:0,前向纠错FEC为3/4 。图像声音质量达到标清电视广播播出标准。

主会场视音频系统设计见图1,分会场视音频系统设计见图2。

主会场设置转播车和卫星车各一部。转播车的多部摄像机替代视频电话会议系统的摄像头,可以提供主会场有足够的摄像机位,提供多角度多方位的丰富画面。卫星车负责发送主会场的实况视音频信号,同时接收来自9个分会场的视音频信号。转播车的视频切换台和调音台在某种程度上替代了视频电话会议系统的多点控制单元MCU。由于9个分会场的视频信号在接入转播车视频切换台时需要先进行帧同步,需要有9个帧同步器,因此选用带有16路帧同步和视频双视窗功能的松下HS-450切换台作为二级切换台接入系统中,即经济又简化系统。

转播车的多部摄像机和录像机信号送入转播车的一级切换台,经选择切换后送入二级切换台,与从9个分会场传来的视频信号汇合,再经选择切换或制作视频双视窗等操作完成节目播出信号合成送现场LED电视大屏显示,同时送一路至卫星车,经编码、调制、变频、卫星上行,共各地市分会场接收。

主会场现场调音台除了接受现场话筒提供现场扩声以外,同时还接受来自9个分会场传来的音频信号以及转播车提供的放像音频信号。现场调音台的输出根据需求分别送往卫星车上行和现场功放扩声输出。

各分会场设置卫星车各一部,有条件的地市也设置转播车一部,没有条件的地市采用带讯道的卫星车或飞行箱以替代转播车的功能,以丰富现场拍摄的画面。卫星车负责发送分会场的实况视音频信号,同时接收来自主会场的视音频信号。

分会场现场调音台除了接受现场话筒提供现场扩声以外,还接受来自主会场传来的音频信号。现场调音台的输出根据需求编为两组分别输出。一组为“话筒”组送往卫星车上行提供给主会场进行音频互动需要;另一组由话筒和通过卫星传来主会场的音频信号进行混合的音频信号即“话筒+卫星”组提供给现场功放扩声输出。

有关技术方案需要注意的几个问题

1.使用卫星通路作为视音频互动的传输载体固然是一种最简易便捷的技术方案,但卫星通道的租赁费用也是一笔不小的开支。选用什么样的传输载体还需要根据实际情况来决定,如投入成本、施工难度、施工周期、系统性价比等因数进行综合考虑。可以显见,有线光纤网络和微波通路传输载体对于固定地点和长期性使用具有一定的优势,卫星传输通路在地点不确定、临时应急使用方面具有一定的优势,它们之间各具有互补性。

2.由于是通过卫星通路进行视音频互动,卫星信号上下行以及视音频编解码造成的延时问题不可避免。大约延时1-2秒,属正常现象。

3.由于主会场需要切换各分会场的视音频信号再上卫星传给其他分会场进行收听收看,因此各分会场不能再把从卫星接收下来来自主会场的视音频信号再送上卫星,否则会出现“回受”现象。

4.各地分会场的现场调音台输出有几种不同的编组方式。“话筒组”、“卫星组”(从卫星接收下来的音频信号)、“话筒组+卫星组”。上卫星音频信号的只能使用话筒组,避免“回受”现象。现场扩声可使用“卫星组”或“卫星组+话筒组”,但使用效果各有不同:

(1)使用“卫星组”:本分会场的现场扩声音源完全受控于主会场。在主会场没有切换出本分会场的音源时,本分会场的话筒不起作用。

(2)、使用“卫星组+话筒组”: 本分会场的现场扩声音源来自于主会场的音源和本分会场的混合。当本分会场在与主会场进行视音频互动时,除了听到本分会场话筒实时扩放的声音外,还会听到通过卫星回传的延时1-2秒的本分会场话筒的回音,但其他分会场不会听到回音。

以上两种编组在使用过程中各有利弊,使用者可以根据现场需要选择使用或着随时变换使用。本次视音频互动时使用的是“卫星组+话筒组”方式。

5.由于视音频互动点多,涉及的部门、行业、单位较多,有广电、电信、联通等部门;有编导、摄像、工程技术、音响、电视大屏显示等不同专业。通讯联络可能由于种种原因不是非常实时顺畅,协调工作比较困难。需要事先组织写好脚本和仪式互动流程,对编导、摄像及视音频技术人员进行培训和模拟演练,实战中要严格按照事先预定的仪式互动流程进行。由于是多部门、多专业协同合作,而实际视音频互动的时间又较短,整个过程是按照现场直播的流程来进行运作的,需要有明确的责任划分与分工,尤其是在信号流程上进行明确的分工,各司其职。另一方面,由于视音频接口种类很多,比较复杂,有数字和模拟的、有音频加嵌和音频独立的,接口有BNC、XLR、RCA、6.35mm等不同种类,甚至还有排插和接线柱的等等。各协作部门需要事先沟通视音频接口规格标准,早做准备。

结束语

一年前建成的福建省应急视频会商指挥系统是目前国内建设规模最大、覆盖范围最广、功能最强、网络结构最复杂的视频会议系统,是福建省防灾减灾基础性工程,是福建省委、省政府为民办实事的保安工程,以及全省应急管理现代化的标志性工程。福建省广播影视集团的卫星车作为应急视频会商系统卫星传输网的一部分,实现视频会议现场实况实时广播到全省行政村,从而实现“会商到乡,视听到村”的目标。卫星车群在跨地域视音频互动中具有机动性和便捷性。2007年我们曾利用卫星通路传输技术成功实施向莆、厦深铁路开工仪式五地视音频互动系统工程,此次再次成功实施福建省铁路“三线开通、六线一站开工动员仪式”10个视音频互动点的系统工程,为今后举行类似的活动积累了经验,同时也可以为福建省应急视频会商指挥系统提供新的扩充和延伸。