移動攝像機微波在電視轉(zhuǎn)播中的應用與探討

文丨楊 杰

隨著我國廣播電視事業(yè)的迅猛發(fā)展，對各種活動或事件的現(xiàn)場直播及電視實況報道愈來愈為廣大的電視工作者們所重視。同時，電視直播節(jié)目也越來越為電視機前的廣大觀眾所關注。然而，有線連接大大地限制了電視攝像人員的活動范圍，也局限了節(jié)目精彩畫面的呈現(xiàn)。

移動攝像機微波為上述問題提供了解決方案。該系統(tǒng)將輕小、便攜的微波發(fā)射機直接安裝在移動拍攝端，把所拍攝的信號以無線微波傳輸至遠處的接收端。攝像師即可在沒有電纜約束的情況下大范圍、高機動性地進行現(xiàn)場電視攝制與采訪。

1 攝像機微波傳輸?shù)墓ぷ髟?/h2>

攝像機微波對攝像機傳來的高清信號進行編碼處理，通過信源、信道編碼將源信號轉(zhuǎn)換為適用于無線傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘枴?/p>

1.1 信源編碼

信源編碼是以提高信息傳輸?shù)挠行詾槟康模ǔＭㄟ^壓縮信源的冗余度來實現(xiàn)。在現(xiàn)有數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)中通常使用MPEG-2、MPEG-4或壓縮率較高的H.264方式進行壓縮。

MPEG-2能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間，其在NTSC制式下的分辨率可達720X486，MPEG-2能夠提供廣播級的視像和CD級的音質(zhì)。

MPEG-4是目前應用最為廣泛的音視頻編碼標準，但苛刻的專利收費限制了MPEG-4進一步的發(fā)展，一般較少使用此標準。

H.264標準壓縮系統(tǒng)由視頻編碼層（VCL）和網(wǎng)絡提取層（Network Abstraction Layer，NAL）兩部分組成。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼器，主要功能是視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼和解碼，它包括運動補償、變換編碼、熵編碼等壓縮單元。NAL則用于為VCL提供一個與網(wǎng)絡無關的統(tǒng)一接口，它負責對視頻數(shù)據(jù)進行封裝打包后使其在網(wǎng)絡中傳送。H.264能在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸，在同等圖像質(zhì)量下，采用H.264技術壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3；其應用目標廣泛，可滿足各種不同速率、不同場合的視頻應用，具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。

1.2 信道編碼

信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，降低誤碼率是信道編碼的任務。許多無線傳輸方案都是采用了基于COFDM的數(shù)字信號地面?zhèn)鬏敚―VB-T）技術，COFDM即編碼正交頻分復用的簡稱，編碼（C）是指信道編碼采用編碼率可變的卷積編碼方式，以適應不同重要性數(shù)據(jù)的保護要求；正交頻分（OFD）指使用大量的載波（副載波），它們有相等的頻率間隔，都是一個基本震蕩頻率的整數(shù)倍；復用（M）指多路數(shù)據(jù)源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個頻道。

它是目前世界最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術。它的實用價值就在于支持突破視距限制的應用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術，可以對噪聲和干擾有著很好的免疫力，繞射和穿透遮擋物是COFDM的技術核心。其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。

使用DVB-T技術的設備通常傳輸帶寬為6、7、8MHz，而Link公司研發(fā)的LMS-T技術，能提供10MHz的射頻帶寬，因此它比一般廠家所提供的DVB-T 6/8 MHz方案，信源編碼的有效碼率可以提高一倍。

2 優(yōu)越性及成功應用實例

由于移動攝像機微波不受場地限制，機動性強，能夠有效解決有線傳輸帶來的一系列操作上的困難，湖南廣播電視臺近年在各類節(jié)目中大量使用移動微波，接下來介紹近年來湖南臺在直播中成功使用移動微波傳輸關鍵機位的典型事例。

2.1 2011年快樂女聲直播

在這臺大型節(jié)目中，我們可以看到各位選手在舞臺下面候場時緊張的表情、跑上舞臺的連貫表現(xiàn)以及PK失敗后升降臺沉下去后感人的畫面，這些場景都是斯坦尼康通過LINK微波傳送到轉(zhuǎn)播車的。當時在超過1400M2的演播廳內(nèi)，移動微波發(fā)射端使用2.3GHz頻點，3dB全向發(fā)射天線，發(fā)射功率250mW，接收端天線置于觀眾席左后方上面，只使用了一個4dB全向接收天線，一個5dB定向接收天線，能夠良好接收發(fā)射端在演播廳各處所發(fā)出的信號。

在現(xiàn)場工作的還有一臺固定在飛梭上面的LINK微波，傳送演播廳頂部飛梭機位信號。由于飛梭運行于安裝在演播廳對角線的鋼索上，跨度大，且飛梭兩側(cè)燈光音響設備林立，微波使用頻率2.5GHz，若接收天線架設于觀眾席后方，則接收信號會被遮擋，因此我們從鋼索中間位置的演播廳頂部垂下一個全向接收天線+變頻器，將接收到的微波信號經(jīng)變頻為308MHz，再經(jīng)由100米￠5加耐美高清視頻電纜送至接收機。

關于這兩臺LINK頻率的選擇，也需要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境來確定：斯坦尼康使用較低的2.3GHz發(fā)射頻率，是為了增加繞射能力，能夠覆蓋更為復雜的地面環(huán)境；由于LINK變頻器使用高本振2.808 GHz，為了使變頻后的信號頻率更低，使用長電纜傳輸時損耗更小，飛梭LINK我們選擇了較高的2.5GHz作為發(fā)射頻率，其中頻信號頻率則為：2.808-2.5=0.308 GHz，根據(jù)加耐美公司提供的數(shù)據(jù)，使用￠5電纜傳輸損耗不到15dB。

圖一 加耐美各型號電纜頻率衰減特性

2.2 湖南平江石牛寨：蒙眼倒走鋼絲

本次直播位于平江石牛寨景區(qū)，鋼絲全長700米，轉(zhuǎn)播車有線機位能照顧到的極其有限，為了更好地將現(xiàn)場緊張氣氛體現(xiàn)出來，欄目組考慮在挑戰(zhàn)者身上安裝攝像頭。但是若不能將信號實時傳送到轉(zhuǎn)播車，其效果將大打折扣，然而普通攝像機微波帶上電池的重量將達到3公斤以上，其體積與重量都不適宜固定在挑戰(zhàn)者身上。

我們選擇了使用Nucomm公司的23MLT-23 微波發(fā)射機，其體積比一個普通煙盒都小，工作電壓9V-28V，功耗10W左右，定制了進口三洋充電電芯的外接電池，組合后能安裝在一個小腰包內(nèi)，非常輕巧。根據(jù)測試使用，電池供電能穩(wěn)定工作1.5小時以上，適合于該節(jié)目使用。該微波發(fā)射功率200 MW，工作頻率2.2-2.4GHz可調(diào)。當時挑戰(zhàn)者腰后系的黑包內(nèi)就是我們的整套微波設備。

本次節(jié)目我們根據(jù)節(jié)目需要還設置了另外3個微波機位：2、3、4號機位，由于距離遠、移動范圍大、環(huán)境較復雜，我們使用國產(chǎn)華林攝像機微波。該微波發(fā)射功率1W，頻率為1.16-1.6 GHz，可以很好應付這種復雜環(huán)境。當時挑戰(zhàn)失敗后，終點小屋內(nèi)艾斯凱爾與家人擁抱在一起的感人畫面均由終點游機3使用華林1W微波傳回。

在2012年10月的張家界翼裝飛行比賽直播中我們共計使用11套微波，其中7套使用的是移動攝像機微波。

3 使用時應注意事項

以上介紹了移動微波在湖南臺直播中成功應用的幾個范例，但是在實際工作中還存在著多種因素的制約，將影響節(jié)目傳輸?shù)馁|(zhì)量。

3.1 頻率干擾問題

雖然移動微波使用了多種技術手段來抑制干擾的影響，但是由于直播現(xiàn)場的復雜頻率環(huán)境，還是會對傳輸質(zhì)量造成巨大影響。我們在“快樂女聲”現(xiàn)場就曾經(jīng)遇到，LINK微波使用的2.2GHz在前一場能正常使用，第二場由于燈光、音響設備的改變，其遙控頻率剛好也是該頻點，使得我們傳輸?shù)男盘柍霈F(xiàn)馬賽克甚至中斷，由于其僅在遙控器使用時才形成干擾，給現(xiàn)場的故障排查增加了困難。我們將頻率上調(diào)至2.45GHz，原地測試10分鐘都未出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，卻不料安裝上飛梭后卻出現(xiàn)問題：飛梭運行到遠離控制端時失控停止。起初判斷飛梭自身出現(xiàn)故障，無法遙控運行，后經(jīng)排查確定為LINK剛改的2.45 GHz干擾了飛梭控制頻率，馬上將控制端移動至飛梭附近，增強控制信號，將其遙控回到起點，并更改LINK發(fā)射頻率為2.5GHz，馬上恢復正常工作。

由于大量進口移動微波設備都是使用2.4GHz附近的頻段，這個頻段是國際規(guī)定的免費頻段，是不需要向國際相關組織繳納任何費用的，所以在實際工作中我們必須要考慮到該頻率范圍附近的干擾問題。我們實測多場直播節(jié)目現(xiàn)場頻率環(huán)境，發(fā)現(xiàn)1.9-2.485GHz均有可能存在干擾源（包括燈光等設備的遙控，均使用該頻率段）所以在均衡考慮后我們使用了2.5GHz，并且每場節(jié)目必配掃頻儀，在正式彩排時間段內(nèi)對現(xiàn)場頻率環(huán)境進行監(jiān)控，以便避開干擾，穩(wěn)定傳輸質(zhì)量。

3.2 時延問題

我們使用過以下國內(nèi)外知名品牌的移動微波設備，由于其使用的編解碼芯片，編解碼技術的不同，其時延長度也存在很大差異：

英國VISLINK 公司的LINK系列產(chǎn)品，其時延在2幀以內(nèi)；

英國GIGAWAVE 的HD D-Cam，實測其時延比LINK還低0.06秒左右；

美國Nucomm公司的Newscoder 4，其時延大概在1秒以內(nèi)；

國產(chǎn)華林視通公司的HL-WLL50HD，由于其使用H.264技術的編碼，內(nèi)部使用富士通編碼芯片，其時延大概在2秒左右，（據(jù)了解現(xiàn)在已經(jīng)推出使用NTT編碼芯片的發(fā)射機，其時延能達到2幀以內(nèi)）。

通過在各場節(jié)目中實測，我們認為：GIGAWAVE與LINK公司的這兩款設備所傳輸?shù)男盘柲軌蚺c有線機位信號實現(xiàn)無縫切換，適用于斯坦尼康與飛梭等對于時延有較高要求的機位。

Nucomm公司的Newscoder 4由于其輕便性，我們通常使用在一些極限運動的隨身機位上：翼裝俠穿越天門洞，輪滑人天路挑戰(zhàn)，走鋼絲等等；國產(chǎn)華林微波配置靈活，發(fā)射功率較大等優(yōu)勢，我們通常使用在較復雜的傳輸環(huán)境下。

4 總 結

移動微波由于其輕便，易于操作而廣泛使用于各大電視媒體的現(xiàn)場直播中，但是由于環(huán)境的變換，設備的特性不同，在實際工作中必須根據(jù)需要選擇合適的設備，配置相應的參數(shù)，才能真正用好它。目前移動微波在湖南臺的各大新聞直播報道和大型電視直播活動中得到廣泛應用，發(fā)揮著重要作用。