奥运推进的网通广播电视.pdf

14 信息通信技术 奥运推进的中国网通广播电视 媒体通信服务技术发展 李哲军 中国网通(集团)有限公司北京市分公司 北京 100052 摘 要 在奥运会中，媒体特别是广播电视媒体既是奥运会通信服务的主要用户，又通过购买转播权从 而支持奥运会的举办，因此，如何为媒体提供更加成熟、安全、可靠的通信服务，是奥组委和通信合作 伙伴的责任。在2008年奥运会上，以高清晰度电视（HDTV）技术为主的关键技术将会得到广泛的应用， 中国网通作为北京奥运会的通信合作伙伴，将为此提供全部的通信服务支持。本文根据奥运会上即将广 泛应用的HDTV技术的特点以及媒体对服务提出的需求，对中国网通广播电视媒体通信服务技术发展进行 了全面阐述。 中国网通的媒体服务已有很长的历史。从中 央电视台成立开始，中国网通就通过自己的微波 网络将中央台的信号发送到全国各地。早在1972 年美国总统尼克松访华期间，北京就建立了第一 个卫星地面站向全球发送广播电视信号。在1997 年香港回归期间，又是中国网通在国内首次采用 压缩编码技术，利用数字电路传输高品质的广播 节目信号。 北京成功申办了2008年奥运会后，中国网通 积极申请成为奥运会固定通信合作伙伴。经过艰 苦的努力，中国网通终于成功的以自身的实力、 完整的服务计划赢得了国际奥委会和北京奥组委 的青睐，成为提供固定通信服务的2008年奥运会 合作伙伴。在本届奥运会上，中国网通最重要的 职责是为竞赛和前来转播的各国各界媒体提供相 关的通信服务保障。应这些媒体的需求，中国网 通的媒体服务技术也在这几年的筹备工作中不断 的演进和成熟。 本届奥运会，最主要的媒体通信服务亮点， 要归功于高清晰度电视技术的全面应用。作为数字 电视标准中的最高等级，高清晰度电视（HDTV） 技术的应用一直是国际关注的焦点。在2000年悉 尼奥运会和2004年雅典奥运会，HDTV转播技术 并未成熟，因此国际奥委会广播电视委员会仅 仅批准了利用HDTV转播技术进行小规模转播的 实验。参与实验的各国专家和转播商一致认为， HDTV转播技术能够极大提升人们对奥运会的观 感，能够给人们呈现出更加精彩、更加具有冲击 力的画面，能够吸引更多的观众观看奥运会。但 是，在HDTV转播技术尚未成熟，尚未形成产业 化的当时，大范围利用HDTV转播技术转播奥运 会是不现实的。 随着HDTV产业的成熟，特别一些国际广播 电视领域的专业厂家已经生产出了从采集设备、 关键词 奥运; 广播电视媒体; HDTV技术 奥运信息通信技术保障 15 2008 03 传输设备到接收设备等一系列的产品，产业化的 进程已经飞速启动。在2008年奥运会前，HDTV技 术完全能够担负起奥运会转播的重任。因此，负 责2008年奥运会转播工作的北京奥林匹克广播公 司（BOB）已经提出了在2008年奥运会上，采用 HDTV技术制作全部奥运会信号。这一技术的应 用，也体现出北京奥组委提出的“科技奥运”的精 神。 作为为BOB公司提供全部奥运电视信号转播通 信服务的中国网通，正在根据HDTV技术的特点， 建立HDTV通信服务体系，这一体系也将在奥运会 期间支撑奥运会的全部转播工作。 1 高清晰度电视通信技术的特点 中国网通原有的广播电视通信技术平台，是 依托于标准清晰度电视信号建立的。这个平台建立 之初，是利用微波技术，采用基于地面微波接力站 以及空中卫星转发器，对模拟PAL制电视信号进行 传输。随着本地以及长途光纤网络的逐渐建立，广 播电视通信技术平台又根据用户需求进行了基于本 地和长途光纤网络的压缩编码传输和基带传输的改 造。近年来，随着数字电视信号的逐步应用，中国 网通的大部分广播电视通信系统已经完成了数字化 改造，具备了数字传输能力。 针对将在奥运会期间广泛应用的HDTV信号， 在北京奥林匹克转播公司和中国网通共同建立的广 播电视系统中，主要采用HD-SDI格式进行信号采 集、制作及传输。随着高清晰度电视技术的发展， 目前这个格式已经支持世界上最主要的三种标准的 HDTV信号的传输。 HD-SDI(High Definition Serial Digital Interface，高清晰度串行数字接口)格式是由SDI (Serial Digital Interface，串行数字接口)格式发展 而来，在SMPTE 292M规范中予以定义。在2008年 奥运会中，HD-SDI是主要的HDTV信号格式，将 会在奥运会HDTV通信服务网中被大量使用。 HD-SDI格式的主要特点如下： 1) HD-SDI格式所承载的信号是1.485Gbps 的数字信号，远大于标准清晰度数字电视信号的 270Mbps信号带宽。HD-SDI信号主要用于传送未 经压缩的、未加密的HDTV数字视频信号，并可以 选择嵌入音频信号。因为HD-SDI信号所占用的带 宽高达1.485Gps，因此如果直接将1路HD-SDI信 号复用进入STM-16（2.5Gbps）系统中进行长途 传输，性价比过低，不能为大多数转播商所接收。 2) HD-SDI信号在电缆传输时，需要对传输 长度予以注意。由于带宽极高，当信号峰值低于 800mV(10%)时，接收端就不能够正确的解出信 号。因此，在短距离传输时，也需要在信号的接收 端采用特别的均衡措施，避免信号衰落造成的传输 瞬时失效。在一般情况下，HD-SDI信号在铜缆中 的最大传输距离不能超过100米。 3) HD-SDI信号在切换过程中，由于机械切换 器的电气特性会极大的影响信号的传输，因此，不 能采用传统的机械切换设备进行切换，必须使用矩 阵或者专用有源切换设备。 4) HD-SDI信号在光传输时，由于占用的带 宽较高，因此对光缆的衰耗以及色散特性提出了较 高的要求。衰耗过大会使光接收器件工作在临界状 态，而这一状态往往会造成信号接收的不稳定，会 出现瞬断、马赛克、时基不稳定等现象。一般情况 下，HD-SDI信号要求光缆的衰耗不能大于25dB。 2 高清晰度电视通信技术的应用 基于这些特点，结合相关技术发展，中国网 通为满足奥运会转播需求而进行的广播电视技术平 台改造中，充分体现了高清晰度电视通信技术的应 用。 根据初步规划，在奥运会期间北京各场馆传送 到IBC的视频信号达到数百路（包括供全部奥运授 权转播商使用的公共信号、仅供定制媒体使用的单 边信号及回放信号），公共信号采用基带信号传输 ICT GuaranteeICT Guarantee 16 信息通信技术 均为HDTV信号，每路信号带宽为1.5Gbit/s，单边 基带信号根据各国的需求，可能是HDTV信号，也 可能是SDTV信号；而六个异地场馆至国际广播中 心约需要传送数十路包含HDTV信号和SDTV的信 号；根据往届的广播电视信号传输需求数量估算， 从国际广播中心至国际的视频信号也需要数百路。 这些媒体制作的信号，将会根据中国网通与北 京奥林匹克组织委员会签订的相关赞助协议，通过 中国网通提供的传输网络进行全程的信号传输。这 些信号传输需求的特点如下： 1) 本地带宽需求巨大。根据广播电视用户的 需求，1路HDTV信号的传输即为1.5Gbps带宽；1 路SDTV的信号也需要传输270Mbps的带宽。而目 前传输的语音通路仅为64Kbps。传输一路HDTV信 号，就需要2.4万路语音通路的传输能力。粗略估 算，本地总传输容量即为约1000G。 2) 国际传输需求大。HDTV信号在IBC制作完 成后，将会根据授权转播商的要求传送至本国的总 部，进行播出。由于有大约200余家国际电视台和传 媒集团参与报道，因此需要提供强大的国际传输能 力将转播商所制作的信号安全、稳定地传输至目的 地。 3) 可靠性要求高。由于奥运会世界瞩目，在奥 运会的服务当中，出现任何事故，所造成的影响都是 国际性的，因此要求采用最安全可靠的网络结构，并 利用各种手段确保通信服务的万无一失。 4) 种类复杂。虽然媒体服务网络主要提供 HDTV信号传送，但是仍然有为数众多的标准清晰度 电视信号(SDTV)需要利用网络进行传递。 3 中国网通高清晰度电视通信技术平台 的建立 目前，中国网通正在根据媒体的需求，建立以国 际广播中心（IBC）和国际电视传输中心（ITTC） 为核心地点、以HTDV传输技术为核心技术的广播电 视通信技术平台。 在网络结构上，HDTV通信服务网络分为三层： 汇聚层、分发层、传送层。网络结构如图1所示。 通过这一服务平台，中国网通将完成HDTV信号 从场馆发送端传递到用户的全部通信服务。 具体各层完成的功能如下： 1) 汇聚层：将各场馆视音频信号传送到IBC，实 现视音频流的汇聚。本层功能由中国网通与BOB共同 完成。 奥运信息通信技术保障 图1 网络结构图 奥运信息通信技术保障 17 2008 03 2) 分发层：将汇聚到IBC的视音频流信号分发 到各转播持有者媒体机房。由于主要是本地功能， 因此本层功能由IBC的运营机构BOB完成。 3) 传送层：将各电视转播权持有者编辑成功 的视音频流信号经卫星和海底光缆、陆缆传送到指 定的总部。本层功能由中国网通独立完成。 由于奥运会主要的赛事均集中于北京的比赛 场馆，因此，为了尽可能的提供高质量的HDTV信 号，用户要求采用全程无损伤的传送信号。根据目 前的技术发展状况，本网络主要依托于本地丰富的 光缆网络资源，利用暗光纤（Dark Fiber）提供每 路1.5g的网络传输带宽。 在以往的传输方案中，限于当地条件，在接 入端往往仅利用一条路由光缆提供场馆至最近的传 输中心路由；而传输中心到用户端提供双物理路由 的信道保护。同时，对传输信道的保护无论重要与 否，在发送端传输中心均采用双物理路由的环保护 方式，并主要以人工点对点维护为主。在本届奥运 会中，中国网通将提供从场馆到国际广播中心全程 采用无交叉点的全程双路由光缆路由，即在每个场 馆至国际广播中心的光缆通路上，提供至少2条完 全无任何交叉点的光缆路由，保障全程无任何可能 的单点故障发生。这一保护方式，结合信号分级 策略能够满足奥运会对HDTV信号高品质传输的要 求。 为了进一步确保安全性，根据需要，将在场馆 和国际广播中心之间建立卫星或微波传输链路进行 备用，当地面网络出现重大障碍时，提供可供选择 的无线备用方式，确保重要信号的传输万无一失。 长途汇聚网的主要目的是将外地场馆制作的 HDTV信号传送至北京国际广播中心。由于外地场 馆与北京距离数百至数千公里，不能够采用光纤直 接连接传送。因此，必须依托于目前广泛采用的电 信网络承载信号传输。长途汇聚网络传输HDTV信 号必须解决压缩算法和网络组织方式两大问题。 在长途传输中，HDTV信号因其带宽巨大 （1.5Gbps），直接在传输网上进行传输将形成巨 大的传输成本（一路HDTV信号将占用1条SDH的 2.5G STM16通路才能进行传输，其成本约为每 月数百万元人民币）而不被授权转播商所接受，因 此，必须采用压缩技术进行压缩传输。 目前国际流行的HDTV压缩技术主要有基于 MPEG2、MPEG4 AVC以及AVS压缩算法的 技术，前两种算法都有已经商业化的传输设备所支 持。由于目前没有成熟的支持HDTV信号格式的量 化压缩算法测试工具，为了选择合适的算法，中国 网通对前两种算法进行了主观评价，评价结果如表 1所示。 由于奥运会的HDTV信号主要都是赛场采集的 快速运动的图像画面，要求尽可能提供高质量的画 面；同时，由于比赛采访的需要，要求采用低延迟 的模式。基于这两个因素，中国网通决定在奥运会 的长途汇聚网中，全部采用MPEG2压缩算法对 HDTV信号进行压缩后，再行传输。根据与授权转 播商和BOB公司的交流，他们均对这一选择表示了 认可。 ICT Guarantee 压缩带宽静态快速运动图像质量延迟 MPEG-220-60Mbps 信号 优异 图像无明显脱尾或压缩痕迹，符合广播级可编辑的要求约598ms（低延迟模式） MEPG-410-40Mbps 信号 优异 速度加快时，图像有描边现象，边缘有轻微劣化约2500ms 表1 两种压缩算法比较 ICT Guarantee 18 信息通信技术 在以往的国际传输网中，卫星信道因其开通业 务便利、传输环节少被广泛采用，但是，本届奥运 会上，将有很多转播商采用HDTV信号进行转播， 根据我们的电路传输实验结果和授权转播商的要 求，如果用于再编辑，每路HDTV信号在压缩完毕 后至少应为60Mbps以上。利用传统的DVBS方 式，如果要满足HDTV信号这一传输需求，将必须 租用大带宽的卫星转发器才能承担这一带宽，而这 种转发器资源相当昂贵。 随着卫星通信技术的发展，目前，一种新的信 号调制方式已经被DVB组织采纳并定义为DVBS2 标准。 与DVB-S相比，DVB-S2可提供除QPSK外的 多种具有更高频带利用率的调制方式，如8PSK、 16APSK、32APSK。与DVB-DSNG的16QAM相 比，DVB-S2的16APSK和32APSK调制技术，减少 了幅度变化，更能适应线性特性相对不好的卫星传 输信道。DVB-S2采用的是功能更强大的前向纠错 系统，即BCH和LDPC（低密度校验码）码级联的 信道编码方式，有效地降低了系统解调门限，距离 理论的香农极限只有0.71dB的差距。 DVB-S2频谱成形中的升余弦滚降系数可自 行选择，而不是DVB-S固定的0.35，自然越小， 能够获得下降更陡峭的载波波形，频谱利用率越 高。 在DVB-S2的单向广播应用中，DVB-S2标准 允许发射站根据接收站的不同条件，对发送给不同 接收站的数据帧的传输参数进行优化，在传输过程 中采用可变的编码和调制方式（VCM），不必为最 坏情况的传输预留额外的余量。DVB-S2的交互式 应用中，可变编码和调制（VCM）功能与回传信道 的运用相结合，形成一种新的应用模式，即自适应 的编码和调制（ACM）。 目前DVB-S卫星数据广播业务使用最广泛的是 （QPSK，3/4FEC）的技术体制，而DVB-S2系统 采用（8PSK，2/3FEC）的技术体制，就可以达到 与之相当的接收效果。 鉴于DVBS2标准有如此多的优点，中国网通 将在奥运会的国际传输网中采用DVB-S2调制方式 作为卫星通信主要的调制模式，并力促我们的国际 合作伙伴使用这种方式为参与奥运会转播的各授权 转播商提供卫星通信服务。 4 高清晰度电视技术平台促进中国网 通业务发展 在本届奥运会中，中国网通将利用上述技术建 立起世界上首屈一指的广播电视服务网络平台。中 国网通将通过奥运广播电视通信服务全面检验服务 机制，并获得相关的媒体关系以及通信服务维护经 验。 在奥运会赛后，中国网通将依托这一技术平 台，根据奥运会获得的经验全面调整中国网通的广 播电视媒体服务体系。通过突发重要通信事件的保 障工作与日常业务发展的互相融合，中国网通将利 用获得的良好客户关系、丰富经验、先进设备、优 秀人才全面服务于重大活动和日常业务发展中。 我们相信，高清晰度电视技术平台的应用，将 会融合日常业务发展的需求与奥运会的保障要求， 为中国网通广播电视通信服务发展奠定良好的基 础。 参考文献 1 2 3 4 奥运信息通信技术保障 Michael Robin,Michel Poulin.Digital Television Fundamentals.McGraw-Hill Professional,2000 Joan M.Van Tassel.Digital TV Over Broadband: Harvesting Bandwidth. Focal Press,2001 Xuemin Chen.Transporting Compressed Digital Video (The International Series in Engineering and Computer Science). Springer,2002 ITU.BT.709:Parameter values for the 奥运信息通信技术保障 19 2008 03 5 6 7 8 ICT Guarantee HDTV standards for production and international programme exchange. ITU,2005:1 ITU.BT.710:Subjective assessment methods for image quality in high- definition television. 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