3G，折疊空間的新聞利器——3G在電視直播領域的應用探討

曠文彬，陳 誠

（湖南電視臺，湖南 長沙 410005）

1 引言

第三代移動通信技術（3rd-Generation，3G）作為目前已廣泛民用的先進通信技術，視頻通話一直是最為熱議的應用。若民用通信平臺能夠進行電視視頻傳輸，就能夠擺脫對直播衛星車的高度依賴，實現實時、無地域限制的即時新聞直播。

2 新聞連線直播的傳統方式

新聞連線直播的傳統方式有：

1）衛星SNG連線。信號質量好，可靠性高，但設備購買成本高，運行設備成本、通道租賃成本和人力成本高，響應速度很低，數量極少，并受天氣影響大，只能在開闊平坦的地區使用。

2）微波連線。信號質量好，可靠性高，但設備成本高，運行成本較高，距離短（一般幾十公里內），且安裝條件苛刻，響應速度很低，受天氣影響大，幾乎不可能進行即時新聞連線。

3）網絡直播。利用網絡傳輸服務器進行Internet有線接入，并通過Internet網絡傳輸進行連線直播，信號質量作為新聞素材可以接受，但必須在Internet有線接入的地點才可以連接，響應速度慢，受接入網的影響不可控。

衛星車SNG連線或微波連線直播最主要的限制就是運行成本高，其次是響應速度慢，極大地限制了新聞的采集與播出；雖然網絡直播可以降低運行成本，但仍然受限于有線接入的地點。如果有無處不在的民用寬帶無線上行通道，就可以解決上行這一地點環節的限制，同時可以大幅降低運行成本，3G平臺正是這一理想的接入平臺。

3 3G平臺的選擇

3G是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通信技術，3G服務能同時傳送聲音（通話）及數據信息（電子郵件、即時通信等），代表特征是提供高速數據業務。傳輸帶寬的提高，除了滿足傳統的語音、短信業務之外，還有富裕能力可傳輸高碼率數據包。至于各個運營商所講的視頻電話、手機影視點播、無線寬帶等諸多3G業務，也是基于帶寬提升后，在應用層開展的業務。 因此，高帶寬為視頻無線傳輸提供了支持，而且帶寬越高可行性越高。

國內民用的3個3G平臺帶寬參數比較如表1所示。

表1 國內民用的3個3G平臺帶寬參數比較

單純從帶寬來看，聯通的WCDMA最優，其次是電信，最后是中國移動。同時，全球移動設備供應商協會發布WCDMA/HSPA市場調研數據顯示，WCDMA具有持續強勁的發展勢頭，截至2009年8月13日，全球共290家運營商在120個國家部署WCDMA網絡，WCDMA已占據全球商用3G網絡超過72.8%的市場份額。因此，首選中國聯通的WCDMA，但也沒有完全排除中國電信的CDMA2000，而中國移動的TD-CDMA排除在選擇之外，若TD-LTE等4G平臺出現，將會無須再擔憂技術平臺的限制。

4 上行終端比較

便攜的視頻無線上行終端主要有視頻手機、利用3G無線上網并帶攝像頭的筆記本計算機和筆者要重點介紹的3G視音頻壓縮編碼上行終端 （下文簡稱3G編碼器），逐一對其進行測試比較。

4.1 視頻手機

用2臺比較高端的諾基亞N97 WCDMA手機，直接采用3G視頻通話業務進行視頻連線，接收端用N97視頻線將視頻電話中對方的畫面全屏輸出模擬復合信號，再進行A/D和同步進入轉播車系統，視頻手機視頻傳輸系統圖如圖1所示。畫面的流暢度尚可，但是清晰度很差。

原因有兩個：

1）目前在WCDMA網絡上，視頻通話業務是通過64 kbit/s的電路域（CS）來實現的，即用傳統的語音信道承載數據業務。雖然分組域相對電路域具有更高的帶寬，但考慮到語音和視頻的同步問題，WCDMA在標準制訂中規定，統一在電路域承載視頻電話的語音和圖像。通過64 kbit/s的電路域實現視頻通話，在帶寬和質量上有著先天缺陷。

2）手機視頻是基于QCIF格式，在H.323協議簇中標準采集分辨力為176×144，是常用的標準化圖像格式。與PAL制標清電視清晰度（720×576）相差太遠，因此采用電路交換的手機視頻通話技術，無法滿足電視標準下對畫面清晰度的要求。當然對于突發重大新聞事件，有圖像比沒有圖像好，這種場合下若不強求畫面質量也可偶爾使用。

4.2 3G上網本攝像頭

對應于電路域手機視頻通話方式，上行端用3G筆記本計算機上網，采用QQ或MSN的視頻通話功能進行攝像頭采集，發端采用3G無線接入互聯網，數據包用分組交換的方式，通過互聯網下行到接收計算機，顯卡輸出VGA轉模擬復合視頻輸出再進行A/D轉換，并同步進入轉播車系統，3G上網本攝像頭視頻傳輸系統圖如圖2所示。畫面流暢度一般，主觀圖像質量一般。

主要原因是：攝像頭的視頻采集參數差，所謂百萬像素，更多是插值運算得出。而且色彩還原度和照度與專業攝像機無法相比，新聞偶爾可以用，但依然無法完全滿足電視播出的要求。同時，聲音有時不同步，只能用電話進行語音連線，因而不能保證高質量的音頻同步傳輸。

4.3 3G編碼器

幸運的是，有更多的設備供應商看到3G無線視頻傳輸這一應用前景，率先做出商用方案的是安防領域。在3G應用之前，他們就基于GPRS和CDMA-1X研發出專用的視頻編碼無線上行設備，并基于互聯網分組交換的方式進行傳輸下行。隨著3G平臺的出現，帶寬的瓶頸問題得到緩解，基于3G的安防視頻監控系統應用日益廣泛。大洋、索貝等一些傳統電視設備供應集成商也相應推出了3G Live電視應用系統。同時，一些多卡 （2卡或4卡）并行上行傳輸終端開始出現，并已經在一些電視臺得到應用。筆者對5款設備進行了相應的測試，因為是專用設備，采用AV輸入和輸出，通過聯通3G平臺，在演播室獲取的圖像主觀評價質量達4級以上，圖像連續，聲畫同步，總體延時約2～3 s，完全能滿足新聞直播連線的需要。3G編碼器視頻傳輸系統圖如圖3所示。

5 3G編碼器的原理分析

專用的視音頻編碼3G上行終端主要應用了以下4個關鍵技術解決圖像質量、帶寬及Internet特定環境的問題：

1）采用更高效的H.264壓縮編碼協議。

相比于H.263及MPEG-2等，H.264在低帶寬下有了長足的進步，采用H.264協議壓縮編碼的視頻流可達到的效果是：256 kbit/s即可基本商用，1 Mbit/s帶寬即可達到高端商用客戶需求，2 Mbit/s帶寬可以支持動態4CIF（704×576），相當于傳統PAL制模擬標清電視分辨力（720×576）的圖像效果，與 MPEG-2 協議的 6 Mbit/s帶寬效果相當。而MPEG-2協議下，6.144 Mbit/s時分辨力為720×576，每秒25幀，圖像清晰，色彩較鮮明，畫面逼真，層次感較強，圖像劇烈運動時馬賽克效應偶可察覺（在一般會議室環境照度下），主觀圖像質量在5級以上，接近數字地面廣播級別。因此，H.264協議的應用為低碼率視頻傳輸提供了重要的保障。

2）采用基于UDP的容錯無線網絡傳輸技術（見圖 4）。

Internet TCP/IP協議服務可分為面向連接的傳輸控制協議（Transmission Control Protocol，TCP）和面向無連接的用戶數據包協議（User Datagram Protocol，UDP）兩種。TCP需要先建立連接才能通信，正如打電話需要撥號和接通，要占用專用通道；而UDP好比發短信，不需要確認收到，實時地傳遞數據，資源占用少，實時傳遞數據速率高，適合視音頻流實時傳輸。

3）采用基于PID控制的視頻編碼和傳輸策略（見圖 5）。

基于經典PID（比例+微分）控制器調節發送緩存（不滿不溢，充分利用帶寬）平滑視頻流。

4）采用多路信道捆綁傳輸技術（見圖6）。

根據編碼流特點，合理拆分視頻包，充分利用多路WCDMA/CDMA2000數據通道。實時碼流可達2 Mbit/s。

最初擔心人流集中的標志性地段基站信道擁擠，而實際測試時視頻都很流暢。分析原因為：手機的互聯網業務主要是下載，占用的是下行通道資源，手機的視頻通話基于電路交換，圖像質量差，應用的人很少，上行通道占用很低。因此，僅單向上傳的3G視頻傳輸沒有受到明顯影響，整個長沙城區人流集中的標志性地段傳輸都很流暢。

6 測試總結

測試過程總結如下：

1）采用多卡3G編碼器的傳輸方式質量最為可靠，能夠滿足標清電視新聞直播要求。

2）不能跨網跨平臺傳輸，一旦跨網，網絡延時基本上大于200 ms，圖像幾乎不可用。

3）廣泛應用于金融行業等保障性要求特別高的VPDN通道不適合應用于實時性要求很高的視頻傳輸。因為VPDN會對進入的數據流進行加密打包然后再解密輸出，同樣會增加網絡延時，造成視頻流嚴重丟包而無法解出流暢的視頻信號。

4）多信道捆綁可以提升碼率，但并非成倍增長，單卡在信道資源通暢的時候也可以得到流暢的圖像。

5）中國聯通WCDMA具有更高的上行帶寬，多點測試表明保持信號傳輸流暢的可靠性更高。

6）下行單路數據流基本可以達到600 kbit/s，按通道帶寬10倍預留原則，最好使用公網IP寬帶專線6 Mbit/s以上，多路則相應擴展帶寬。若在局域網內，可采用端口映射方式，通過路由器端口流量控制分配固定帶寬給下行通道，以免受局域網其他終端使用的影響。

7）異地傳輸隨著空間距離的增加，數據經過的公網路由也越多，對視頻延時影響也相應增加。

8）色彩還原度更好的攝像機所采集的信號經過傳輸通道后，在接收端同樣能得到更好的圖像。

9）多波群測試信號經過傳輸后，4～6 Mbit/s段高頻信號衰減比較厲害，這估計也是為了降低視頻流碼率的無奈處理。

7 3G視頻傳輸電視應用模式探討

結合電視節目的形態，提出了以下幾種主要的應用模式：1）突發事件新聞即時連線直播；2）異地節目素材AV回傳或文件回傳；3）賽事異地連線互動直播；4）專家組異地討論，實時點評；5）運動賽事移動機位或其他特殊機位。

8 小結

電視節目的時效性、互動性要求越來越高，對節目的傳輸手段也提出了更高的要求，僅靠現有的衛星、光纖和微波手段及互聯網的文件傳輸，都無法滿足節目時效性、互動性的需求。

3G就是互聯網的無線接入方式，讓信號采集端真正擺脫束縛，讓現場信號能夠真正及時地回到演播室。畫面質量和鏈路的可靠性雖不能與傳統的光纖、微波相比，但它的優勢就是經濟、便攜、及時與互動。其缺點是：3G編碼器為專用設備，受數量限制，同時需要專業人員操作使用。

如果手機視頻通話質量能夠提高到4CIF（704×576），那么每一個使用視頻手機的人都有可能成為無所不在、無時不在的新聞采集者。當這樣的時代出現的時候，一個高品質的24 h海量新聞資訊頻道的實現將不再遙遠，4G更令人期待。