Организация телевещания на стадионах ЧМ 2018

Организация телевещания на стадионах ЧМ 2018
Автор | Вадим Блинов, Антон Миклашевич, Вячеслав Чулков.

По общему мнению, Чемпионат мира (ЧМ) по футболу 2018 прошел на самом высоком уровне. Это результат работы огромного количества людей, готовивших его. В данной статье мы хотим кратко рассказать о той работе, которую провели технические специалисты-телевизионщики, чтобы болельщики и телезрители смогли в полной мере насладиться всеми нюансами событий прошедшего чемпионата.

Подготовка к трансляции событий ЧМ началась задолго до его начала. Для качественного освещения происходивших событий в различных точках стадионов были установлены камеры высокого разрешения, сигнал от которых, в формате цифрового вещания, подавался на медиатрибуны, где находились спортивные комментаторы. Комментаторы, детально наблюдая ситуацию на стадионе со всех точек, оперативно и грамотно могли ее комментировать.

Подобная система использовалась и на предыдущем чемпионате мира в Бразилии. Но уже там был обнаружен ее серьезный недостаток. При цифровой обработке телесигналов за высокое их качество приходится «платить». Дело в том, что формирование цифрового сигнала высокой четкости стандартным кодером требует значительного времени, достигающего нескольких секунд. Это связано с тем, что для обеспечения высокой компрессии сигнала, без ущерба для качества видео, кодеру приходится обрабатывать и хранить длинные последовательности кадров изображения. Кроме того, эта задача требует очень больших вычислительных ресурсов, что также приводит к задержкам. Для обычной телетрансляции такое запаздывание сигнала приемлемо. Тот факт, что телезрители узнают о забитом мяче с задержкой в пару секунд, вполне допустимо и окупается высоким качеством изображения. 

Иная ситуация на медиатрибуне, где комментатор должен освещать события практически мгновенно. Поэтому на ЧМ в Бразилии FIFA выставила требование, что задержка изображения от SDI выхода камеры до изображения на экране телевизора комментатора должна составлять не более 300 мс. Это очень жесткое требование. Ведь сюда входят и задержки в MPEG декодере телевизора, и задержки передачи в цифровой сети, которые могут составлять несколько десятков миллисекунд. В итоге MPEG кодеру остается на кодирование всего 200…250 мс. И при таких требованиях решение должно еще обеспечивать исключительно высокую надежность функционирования. Ведь ЧМ это событие уникальное, и в случае отказа оборудования имиджевые потери страны организатора будут исключительно высоки. Очень ограниченное количество производителей в мире имеют оборудование, способное отвечать таким жестким требованиям. На ЧМ в Бразилии задача была решена за счет использования весьма дорогостоящего комплекса оборудования от европейского производителя.

Дополнительной платой за малые задержки преобразования является весьма высокий битрейт каналов, который составляет несколько десятков Мбит/с на одну программу. В рамках одного стадиона это не является критичным, так как потоки там передаются по локальной IP сети с высокой пропускной способностью. Однако высокий битрейт потоков делает затруднительным трансляцию таких потоков между удаленными спортивными площадками, фан зонами и трансляцию для нужд телевещания. Поэтому систему телевещания на ЧМ было решено строить в виде двух независимых сетей – «быстрой» CATV-2[1], в которой вещаются видеопотоки с высоким битрейтом и малыми задержками, и «стандартной» CATV-1, в которой использованы MPEG кодеры с высокой степенью сжатия, но с более высокими задержками. «Быстрая» сеть ограничена размерами стадиона, а сигналы «стандартной» сети были доступны на всех спортивных площадках и телецентрах, обслуживаемых вещанием.

«Быстрая» CATV-2

При построении «быстрой» сети перед российскими организаторами встал вопрос, брать в аренду у FIFA готовый комплект импортного оборудования, который использовался на предыдущем ЧМ, или попытаться решить эту задачу силами отечественных специалистов. Стоял вопрос: а способна ли наша страна своими силами найти техническое решение? В итоге было решено реализовать второй вариант.

Не все было гладко в поиске решения. Первая отечественная компания, которая взялась решать эту задачу, не смогла справиться ней в полном объеме. Поэтому в феврале 2017 года пришлось начинать работу с начала. Успех проекта висел на волоске. Но, в конечном итоге, усилиями специалистов компаний «Сателлит» и «Elecard», решение было успешно реализовано.

Структурная схема построения «быстрой» сети показана на рисунке ниже.

chema_1png.png 

Здесь HD-SDI сигнал, поступающий с камер, делится сплиттером на два канала и подается на два идентичных MPEG кодера производства фирмы Elecard. Эти кодеры преобразуют входной HD-SDI сигнал в сигнал FullHD MPEG4 1920*1080. Время преобразования, благодаря усилиям разработчиков, не превышает 200 мс. Выходные IP сигналы с битрейтами около 20..30 Мбит/с подаются на многоканальные DVB-C модуляторы, выполненные на базе шасси WISI Tangram с установленными в них платами IP=>DVB-C шлюзов GT23. Чтобы уменьшить задержки при DVB-C модуляции, была произведена тонкая подстройка буферизации модуляторов.

Телевизоры также вносят свой вклад в задержку изображения, так как их MPEG декодеры осуществляют буферизацию входного сигнала. Чтобы уменьшить этот вклад, был осуществлен подбор моделей телевизоров, которые могут работать в режимах Спорт или Игра, в которых минимизирована буферизация цифрового потока.

В результате долгой и тщательной работы специалистов, была достигнута результирующая задержка каналов со звуком не более 280мс, что с запасом превосходит требования FIFA.

Были предприняты меры и для обеспечения высокой надежности решения. Входной HD-SDI сигнал кодировался двумя идентичными кодерами и подавался от каждого на модуляторы Tangram в виде двух независимых IP потоков. Модульные шасси Tangram поддерживают режим резервирования по входам. В этом режиме шасси, одновременно с приемом IP сигнала с основного кодера, непрерывно контролирует IP сигнал от резервного кодера. В случае пропадания основного канала, шасси автоматически переходит на работу по сигналу от резервного кодера. Это гарантирует надежную работу оборудования даже при отказе одного из кодеров.

Дополнительно в шасси поддерживается режим резервирования N+1. В этом режиме шасси непрерывно контролирует функционирование внутренних плат модуляторов и, при отказе одной из них, автоматически замещает ее, включив и сконфигурировав резервную плату. Такая схема позволила обеспечить исключительно высокую надежность функционирования, и практический результат проведения чемпионата подтвердил правильность выбранного решения.

   О деталях подбора и настройки цепочки "Быстрой CATV" рассказывает ведущий инженер Elecard Вадим Блинов  

Все началось в далеком 2016 году с участия в тендере. Необходимо было предложить решение для доставки сигнала на экраны в комментаторских, в медиазоне и других зонах стадионов. Обычно на чемпионатах мира протягивали SDI провода и каждому комментатору устанавливался специальный монитор. Это решение достаточно простое, но дорогостоящее. Более того, после ЧМ такое специальное оборудование оказывалось ненужным. В России было решено использовать другой подход: кодировать SDI сигнал и передавать его на обычные бытовые телевизоры. Так стадионы могли существенно сэкономить на закупке оборудования. Главным требованием соревнований было то, чтобы задержка сигнала между входным потоком и декодированием на конечном устройстве составляла не более 300 мс.

Нам предстояло не только правильно настроить свой кодер, но и подобрать лучшие элементы всей цепочки устройств, чтобы каждое звено выполняло свою функцию максимально быстро.

Мы начали работу с плотного сотрудничества с производителями карт захвата SDI. По умолчанию карты передают поток кодеру целыми кадрами. Мы смогли настроить карты так, чтобы они отдавали только одно поле кадра, не дожидаясь всего кадра. Так мы немного сократили время принятия и кодирования SDI сигнала. С помощью нашего транскодера мы настроили схему с маленькой GOP структурой с минимальными или вообще отключенными буферами. Первая часть цепи была готова. Задержка на этом этапе составила 500 мс. 

В качестве модулятора выбрали Tangram от WISI. Основным  требованием к модулятору было наличие большого количества настроек. Кроме того, имел значение и интерфейс управления. Дело в том, что для переключения между источниками использовалось «горячее резервирование», то есть работали две полноценные системы, и в зависимости от этого на уровне модулятора работала основная или резервная ветка. 

Elecard.png

Сложностей  с подбором и настройкой модулятора у нас не было. А вот с выбором телевизора сложности  были. Оказалось, что производители не указывают необходимые нам характеристики в технической документации: в повседневной жизни для таких задач телевизор не используется. Мы получали разные результаты задержки сигнала на разных телевизорах при прочих равных условиях. Причем разница зависела не только от производителя и модели, но и от прошивки и настроек. В итоге опытным путем мы вычислили подходящую модель — LG 32LN541U. Самый лучший результат показал игровой режим настроек. Интересно, что ни в одной документации не заявлено, что этот режим как-то принципиально отличается скоростью декодирования кадров и внутренним буфером. Когда весь пазл сложился, мы получили задержку в 220 мс — результат, о котором в заданных условиях можно было только мечтать!

  

«Стандартная» CATV-1

«Стандартная» сеть построена по схеме, показанной ниже.

chema_2.png

В ней в качестве MPEG кодеров использованы 4-х канальные кодеры WISI GNHWENC2S. Эти кодеры обеспечивают эффективное кодирование до 4-х каналов SDI/AV в любом из форматов SD/HD, MPEG2 или MPEG4 (h.264). Выходной сигнал с кодеров поступает по транспортной IP сети на удаленные модуляторы, построенные на базе платформ Tangram. Здесь также использовалось резервирование по входам и платам N+1. Но для передачи сигналов использовалась уже не только локальная сеть стадиона, но и магистральные междугородние линии связи. А такие сети, как известно, допускает потерю отдельных пакетов при передаче. Но то что допустимо при передаче данных, неприемлемо при передаче телевизионных сигналов. Чтобы решить эту проблему, была использована технология передачи по IP сетям с коррекцией ошибок IP FEC. Использование этой технологии позволило обеспечить качественную передачу телевизионных сигналов между множеством удаленных спортивных объектов и телестудий без появления помех и артефактов.

Итоговые характеристики системы вещания на ЧМ 2018 следующие:

  • Оборудовано 12 стадионов.
  • Сеть CATV-1 обеспечила трансляцию 21 канала в форматах IPTV и DVB-C на каждом стадионе на 280 TV мониторов в медиа зонах, фан зонах и в других зонах стадионов.
  • Сеть CATV-2 обеспечила трансляцию 8 каналов в формате DVB-C на каждом стадионе на 300 TV мониторов в комментаторской зоне, mixed зоне и broadcast центре с задержкой не более 280 мс.

Организаторы Чемпионата мира отметили стабильность и бесперебойную работу предоставленного решения. Так что отечественные специалисты с честью выполнили поставленную задачу и готовы делиться полученными результатами с организаторами следующих чемпионатов.

    

 Авторы :

Антон Миклашевич, 

директор департамента продаж

компании «Сателлит»

 

Вячеслав Чулков,

Технический эксперт WISI.



[1] World Cup Stadium Requirements Handbook 2018 FIFA World Cup / 01.11.2014



К списку материалов