Чемпионат мира по футболу 2018

КТВ «без задержки» для Олимпийского стадиона «Фишт»

Заказчик

Оргкомитет Чемпионата мира по футболу FIFA «Россия-2018»

Место реализации

Олимпийский стадион «Фишт», г. Сочи, Олимпийский парк, вместимость 45 тысяч человек, построен в 2013 году к XXII зимним Олимпийским играм,
реконструирован для игр FIFA в 2017 году.

Период реализации

Чемпионат мира по футболу 2018 года: 15.05.2018 ~18.07.2018.

Особенности проекта

Это первый проект FIFA с использованием «железных» решений для HD-кодирования со сверхнизкой задержкой обработки. На предыдущих кубках мира FIFA задача высокоскоростного кодирования для обеспечения комментаторских кабин решалась только на основе программных решений немецкой компании Incast GmbH, которая обеспечивала вещание на матчах UEFA и FIFA с 2008 по 2016 годы.

Компания САТПРО приняла самое непосредственное участие на всех этапах разработки и тестирования «железного» варианта Super-Low-Delay кодирования-модуляции и адаптации выходного сигнала к работе с бытовыми телевизорами (см ниже). Результаты этой разработки были использованы еще двумя партнерами Sumavision на нескольких стадионах FIFA-2018.

Рис.1. Панорама стадиона «Фишт» с трибуны D

Техническая задача

Наиболее сложной задачей проекта являлось требование техзадания Оргкомитета FIFA по доставке сигналов кабельного телевидения «без задержки» на медиатрибуны стадионов (КТВ2)». Понятие «без задержки» подразумевает собой минимальную временную задержку между исходным видеосигналом, поступающим на оборудование Исполнителя, и видеосигналом, выводимым на средство отображения (телевизор спортивного комментатора). Допускается совокупная задержка, включая задержку на декодирующем оборудовании (телевизорах) не более 300 мс.

Для обеспечения минимальной задержки инженеры FIFA рекомендовали использовать DVB-C (QAM) модуляцию и коаксиальную кабельную сеть. Оговаривались также: разрешение телевизоров (Full HD для Презентационных студий, Full HD или HD Ready для комментаторских ТВ 17-19"), и возможность локального выбора кнопками на каждом из ТВ одного из 10 служебных видео-каналов сети «КТВ-2».

Рис.2. Оборудование рабочих мест спортивных комментаторов

Разработка решения

В практике аппаратного кодирования процесс с предельно минимизированной задержкой применяется только в репортажных DSNG-кодерах, предназначенных для спутниковой передачи кратковременных трансляций с мест событий. В режиме Ulta Low Delay такой кодер обеспечивает задержку в 33ms, что значительно расширяет возможности прямых репортажей в режиме интервью. Если же для этой цели применять обычную пару кодер-декодер, то, суммируясь с задержкой спутникового сегмента передачи, суммарная задержка может достигать двух-трех секунд.

Однако, для декодирования сигнала DSNG-кодеров Ulta Low Delay применялся только специальный LD-декодер, а подача такого сигнала непосредственно на телевизор была невозможна. Теперь же предстояла работа по обеспечению тех же временных параметров кодирования с подачей на массовые модели телевизоров брендов LG и Samsung.

Начало

В феврале 2016 началось рабочее взаимодействие c Управлением телерадиовещания Оргкомитета FIFA «Россия-2018» по теме LowDelay кодирования на базе платформы Sumavision EMR 3.0 c LD-кодером C150L. В марте 2016 от производителя была получена первая C150L с лицензией LowDelay для проведения экспериментов.

Методика замеров

Еще в 2013, при тестировании пары C150L-C204D (UltraLowDelay кодер/декодер) инженерами Сатпро была разработана собственная методика тестирования задержки процесса кодирования-модуляции-демодуляции-вывода на экран. Наша методика не имела того существенного недостатка, который присутствовал в методике наших конкурентов и вел к некоторому, хотя и непринципиальному, занижению значения измеряемой задержки.

Надо сказать, что все методики замеров не идеальны и имеют ряд допущений. Наша методика также имела ряд своих допущений, но они не вели однозначно к занижению измеряемой задержки.

Практические схемы демонстрации на публичных тестах 2017 года исходили из допущения нулевой задержки вывода на экран у мониторов или анализаторов с HDSDI-входом (FM-17R HD-SDI, TLM-170H, WFM 2300 TV), применявшихся для фиксации начального момента отсчета. Задержка при SDI вводе хотя и ниже задержки стандартных ТВ, но однозначно не является нулевой, о чем мы достигли согласия в дискуссии с представителем Минсвязи, курировавшим проект FIFA.

Разделение труда

За весь 2016 и половину 2017 года были выполнены сотни экспериментов, направленных на поиск результата с наиболее низкой временной задержкой тракта Кодер-Модулятор-ТВ. Так сложилось, что у разработчиков Sumavision в Пекине не было подходящего набора тестового оборудования (в частности – анализатора потока типа BridgeTech VB220, который был у нас), не было корректной методики замера задержки, поэтому результаты их собственных замеров всегда значительно отличались от замеров нашей лаборатории. В результате пришли к тому, что вся разработка велась в Пекине, а замеры ее результатов проводились в Екатеринбурге.

Архитектура, стабильность, адаптация к бытовым ТВ

Работы начались с макетирования различных схем реализации и сравнения их временных задержек. Сравнивались схемы с разными типами кодеров H.264/HD, варианты связок с двумя типами DVB-C модуляторов: EMR/C508, получающий поток непосредственно из шины данных, и EMR/C518, получающий поток на свой IP-вход.

После получения драйверов кодера, позволяющих работу в режиме Super Low Delay не только со специальным LD-декодером, но и с обычными бытовыми ТВ, началась серия экспериментов по сравнению задержек на различных TV-брендах. При этом ряд экспериментов приходилось делать на дому, с доставкой в квартиру владельца ТВ большого набора лабораторного оборудования.

Была разработана методика замера временной задержки вывода сигнала на экран, и оказалось, что задержка внутри ТВ вносит мощный вклад в суммарную задержку тракта. Так для бытовых панельных LCD-TV со стандартной (не модифицированной) прошивкой задержка вывода на экран в среднем составляла 65 мс. Позднее Samsung выпустил модифицированную прошивку для T19C350EX (18,5” телевизор для рабочих мест комментаторов), задержка которого была снижена до 5 раз.

Отдельно решалась проблема стабильности задержки. Первые комплекты драйверов давали при замерах недопустимо сильный (до 50 мс) разброс значений задержки, которая явно превышала статистическую погрешность, эта проблема была в итоге решена разработчиками (разброс 20 мс). Аналогичная нестабильность была позднее замечена и на кодере C131, с которым работали наши коллеги.

В ноябре 2016 от Оргкомитета поступил неожиданный запрос на проверку схемы с кодированием в MPEG-2 с достаточной шириной полосы; предполагалось, что это уменьшить время на кодирование и декодирование. Эта схема также была проверена нами и отклонена с результатом 455 мс, не удовлетворяющим требованиям FIFA.

В итоге, согласно отчету от 31.10.2016, кодер C150L с лицензией Super Low Delay (задержка 33 мс) в составе одного шасси EMR3.0 с QAM-модулятором C508 и приемом на ТВ типов SONY/LG (со стандартными прошивками) показал суммарную задержку 220 мс, позволявшую с большим запасом уложиться в лимит FIFA (300 мс).

Проблемы с переключением

Осенью 2016 года было обнаружено, что наше решение на базе C150L/C508, несмотря на идеальную задержку и отличную стабильность на бытовых ТВ, имеют проблемы с переключением на другой RF-канал: новый канал запускался с задержкой в несколько секунд, а в ряде случаев вообще не запускался, помогал только перезапуск кодера.

Разработчики Sumavision с декабря 2016 пытались решить проблему переключения, и в марте объявили нам, что проблема не решаема через ПО кодеров, ее можно решить только путем модификации ПО декодера – либо в самом ТВ, либо в ТВ-приставке.

Тем не менее, проблема переключения позднее была решена именно на карте LowDelay кодера C150L и без использования ТВ-приставок, подробнее см. ниже.

Разработки конкурентов и презентации Оргкомитету

Для решения проблемы переключения разработчики Sumavision предложили два новых технических решения.

Во-первых: технология Super Low Delay кодирования была перенесена на другое «железо» - на двухканальную карту С131 (HD-кодер/транскодер 4:2:0/4:2:2). Для работы с этой веткой разработки осенью 2016 был привлечен SPM GROUP – другой официальный представитель Sumavision.

Во-вторых: DVB-C STB со специальной прошивкой, обеспечивающий минимальную задержку декодированного сигнала на HDMI-выходе, с рабочим именем «Super STB», его получили и Сатпро, и СПМ. В наших экспериментах именно Super STB дал низкую и более стабильную задержку чем в случае декодирования на бытовых ТВ.

Все типы решений требовали официальной демонстрации специальной комиссии, состоящей из представителей АНО «Оргкомитет «Россия-2018», главного системного интегратора игр FIFA – АО «АМТ-ГРУП», Заказчика проекта «Национальный центр информатизации» («Ростех»), представителей стадионов FIFA2018.

Первую такую демонстрацию 31.01.2017 провел СПМ, и эта демонстрация послужила причиной негативного заключения Оргкомитета, который не рекомендовал стадионам применять оборудование Sumavision.

Польский производитель VECTOR, продвигавший европейский вариант платформы Sumavision EMR 3.0 под брендом «Tantrax», также представил Оргкомитету наше решение в формате Tantrax/C150L/C508.

В феврале 2017 в гонку включилась компания Satellite LTD (Москва), которая привлекла к работе компанию Elecard из Томска, опытного разработчика программных продуктов для кодирования и декодирования Video.

Неудача с Кубком Конфедераций

В марте 2017 решения пока не было ни у одной из трех команд разработчиков. Это при том, что Апрель 2017 был последним месяцем, когда можно было оплатить и успеть импортировать оборудование Sumavision для КК 2017, которые начинались 17 июня.

Как раз в это время (10.03.2017) стадионы игр КК 2017 получили письмо от ФГУП «Спорт-Ин», в котором, в частности, говорилось: Sumavision C150L – обеспечивает задержку, но не обеспечивает переключение каналов; Sumavision С131 обеспечивает задержку и переключение каналов, но необходим дополнительный STB. Решения на других брендах: Vecoax, Tantrax и WISI -не обеспечивают требуемую задержку.

28 марта Оргкомитет был вынужден согласиться на вариант с использованием приставок, как единственно доступного. Но при более тщательных тестах выяснилось, что Super STB от Sumavision в ряде случаев дает «мозаику». Китайские разработчики работали оба выходных 1 и 2 апреля, и сообщили, что «решение, на LD-кодере С131 и приставке на сегодня работает не удовлетворительно».

Таким образом, к началу игр игр КК 2017 продукт Sumavision был не готов.

Именно в это время команда Satellite LTD доработала свое решение на основе программного кодера Elecard и модулятора WISI Tantrax. 17.04. 2017 это решение было успешно презентовано специальной комиссии и Оргкомитету FIFA 2018. Решение было довольно «сырым», и стадионам было настоятельно рекомендовано не включать кодирование звука, т.к. при этом возрастала задержка обработки Video. Но это был единственное на тот момент рабочее решение с задержкой 240 мс и нормальным переключением каналов на ТВ LG и Samsung. К тому же, оно было менее дорогим, чем «железные» решения от Sumavision, что было жизненно важно для Стадионов КК2017. Позднее проблема со звуком была устранена, и на FIFA2018 это софтовое решение отработало успешно.

19.04.20 стало известно, что Оргкомитет выбрал решение Elecard для Кубка Конфедераций 2017, в результате все четыре стадиона КК 2017 купили решение на Elecard LD Encoder. Однако, гонка решений на этом не завершилась.

Решение

Над «железным» решением разработчики Sumavision продолжали работать, Сатпро занималось проверкой и отбраковкой новых вариантов драйверов. Так, задержка на паре C131+STB оказалась очень нестабильной, в отличие от результатов на кодере C150L. Этот вариант было нельзя показывать Оргкомитету, поэтому работа сконцентрировалась в направлении доработки LowDelay-кодера C150L.

Решение с беспроблемным переключением каналов на любом бытовым ТВ было создано разработчиками уже во время проведения Кубка Конфедераций 2017, и проверено Сатпро 30.06.2017, о чем было немедленно сообщено Оргкомитету.

К сожалению для нас, демонстрация этого решения Оргкомитету была поручена команде СПМ (Москва), которая и была успешно проведена 22.08.2017, когда, отдохнув после проведения Кубка Конфедераций, Оргкомитет вернулся к работе.

Ценовые войны

Несмотря на успешную презентацию нашего решения, мы наблюдали отрицательное отношение Оргкомитета к решению Sumavision, которое было вызвано его более высокой ценой. На встречах нам говорили, что «бюджеты стадионов FIFA2018 уже определены на основе цены Elecard+Tangram», т.е цены от команды Satellit LTD (Москва).

Сразу после КК2017 начались многомесячные переговоры Сатпро с Sumavision по снижению цены решения. Однако, позиции сторон оказались несовместимы: производитель справедливо считал, что «железные решения» всегда стоят до двух раз дороже аналогичных «софтовых» решений, и не согласился на приближение цены решения на EMR к ценовому уровню конкурирующего решения на Elecard/Tangtam. Стадионы и Оргкомитет не считали разницу в надежности решающим фактором при выборе решения для «всего пары десятков часов эксплуатации в течение пяти недель», особенно – с учетом присутствия инженеров разработчика на всех матчах. В итоге ценовой аргумент в большинстве случаев оставался главным и единственным.

Решение Оргкомитета о возможности применения платформы EMR на ЧМ2018 (наряду с Elecard) было принято только в конце ноября 2017. «Запрет» на EMR был официально снят, решение Sumavision с запасом удовлетворяло требованиям FIFA, началась фаза чисто коммерческих переговоров со стадионами FIFA2018.

Финальный расклад

В итоге высокая цена нашего решения в варианте EMR/C150L/C508 позволила, по нашим сведениям, реализовать только одну продажу для стадионов FIFA 2018.

Более гибким по цене оказался польский VECTOR с тем же самым решением от Sumavision, но под собственным брендом «TANTRAX». Вариант Tantrax/C150L/C508 был поставлен на 7 стадионов FIFA 2018. Компания Сатпро выполняла поставку и настройку этого варианта для Олимпийского стадиона «Фишт» (Сочи).