無線傳輸技術(shù)在電視轉(zhuǎn)播中的應(yīng)用

包瓊勇

（四川廣播電視臺，成都 610041）

電視轉(zhuǎn)播以視音頻為主，高清信號碼率達(dá)到3Gb/s，信號碼率高，誤碼率低，高速移動，大范圍接收。同時為了實現(xiàn)機(jī)位準(zhǔn)確切換，場內(nèi)外現(xiàn)場互動，要求延遲低，無線傳輸技術(shù)要求比較高。隨著無線傳輸技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用，一些無線傳輸技術(shù)開始在電視轉(zhuǎn)播中得到運(yùn)用，主要有移動微波、4G移動通信、無人機(jī)通信、衛(wèi)星通信等。

1 移動微波傳輸技術(shù)

微波通信技術(shù)在電視領(lǐng)域運(yùn)用最早出現(xiàn)，是在兩地間中長距離固定點對點電視微波中轉(zhuǎn)，為電視信號的覆蓋傳輸使用。近幾年，移動微波技術(shù)成熟后，在電視轉(zhuǎn)播中開始得到應(yīng)用。移動微波傳輸系統(tǒng)包括：攝像機(jī)端的信號編碼調(diào)制發(fā)射單元，轉(zhuǎn)播車端接收解碼主機(jī)兩大部分（圖1）。如果需要擴(kuò)展傳輸距離還需要中繼站。攝像機(jī)一直處于移動拍攝，發(fā)射端需采用全向天線，接收端采用全向或者根據(jù)情況可選用全向加定向天線組合的方式。

圖1 Gigawave雙分集接收移動微波傳輸系統(tǒng)

我臺在轉(zhuǎn)播車配置了兩套移動微波系統(tǒng)，采用的是Gigawave雙分集接收移動微波。

1.1 發(fā)射端編碼調(diào)制單元

該發(fā)射單元采用一體化結(jié)構(gòu)，采用與攝像機(jī)電池卡口相同的結(jié)構(gòu)，后掛于攝像機(jī)主機(jī)與電池間，使用攝像機(jī)電池供電，拆卸方便。支持SD/HD SDI、HDMI、模擬復(fù)合視頻輸入，發(fā)射端實物如圖2所示。

圖2 Gigawave編碼調(diào)制發(fā)射單元

發(fā)射端發(fā)射頻率為1.95GHz-2.7GHz，發(fā)射功率200mw，理論傳輸距離為兩千米，信號編碼采用H.264/MPEG-4，壓縮效率高，調(diào)制方式DVB-T，主要的技術(shù)參數(shù)如下：

1.2 接收主機(jī)及雙天線接收頭

該主機(jī)支持外同步信號鎖定，分集天線輸入，H264、MPEG2自適應(yīng)解碼。接收機(jī)及天線接收頭實物如圖3：

圖3 接收主機(jī)及雙天線接收頭

主機(jī)的主要性能參數(shù)如下：

接收主機(jī)的系統(tǒng)框圖如圖4：

圖4 接收主機(jī)系統(tǒng)框圖

1.3 傳輸性能分析

1.3.1 優(yōu)點

（1）支持高、標(biāo)清、模擬多格式輸入，采用264圖像信源編碼壓縮方式，效率高，圖像質(zhì)量高。信道編碼采用COFDM，調(diào)制方式支持從QPSK到64QAM可選，碼率從1/2到7/8，以適應(yīng)不同的信道質(zhì)量。

（2）只需要配置設(shè)備成本，采用微波頻道，隨時可用，不需要租用信道，沒有信道使用費。

（3）支持擁有和有線攝像機(jī)一樣的反向控制系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程空中攝像機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)制和控制。

（4）傳輸延遲低（40ms），在轉(zhuǎn)播車現(xiàn)場與有線攝像信號幾乎同步，導(dǎo)演可現(xiàn)場切換使用，滿足現(xiàn)場錄制甚至直播的要求。

1.3.2 不足

（1）相比較于4G系統(tǒng)，設(shè)備比較笨重，操作復(fù)雜一些。（2）發(fā)射功率小，最大為200mW，傳輸距離短，2千米以內(nèi)。（3）容易受電磁信號干擾和物體阻礙，信號不穩(wěn)定，易出現(xiàn)馬賽克或者靜幀畫面。

2 4G無線傳輸技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)4G移動通信成熟和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，4G的下行傳輸帶寬達(dá)到了100Mb/s，上行帶寬達(dá)到30Mb/s，滿足高清信號的實時傳輸要求。傳輸系統(tǒng)包括客戶端-拍攝端編碼發(fā)射端、營運(yùn)商網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器端-媒體接收及輸出服務(wù)器。系統(tǒng)示意圖如圖5。

圖5 4G傳輸示意圖

2.1 移動客戶端

可同時插入8個不同制式的3G/4G上網(wǎng)卡，將攝像機(jī)SDI、HDMI輸出信號進(jìn)行編碼壓縮進(jìn)行IP封裝，發(fā)射4G格式的無線信號，通過營運(yùn)商移動4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

據(jù)不同的使用場景，可以分為轉(zhuǎn)播用攝像機(jī)4G 模塊和新聞記者使用4G背包。在非實時性的節(jié)目或者是在臺內(nèi)演播室進(jìn)行制作切換的節(jié)目轉(zhuǎn)播時，游動機(jī)位采用4G攝像機(jī)進(jìn)行傳輸。在新聞外場直播要求時效性高，更注重內(nèi)容及時性，因此4G無線傳輸在新聞外景直播中運(yùn)用較多，體現(xiàn)了4G傳輸?shù)撵`活性。也可以使用手機(jī)客戶端輕量化的部署使用，提高了移動直播的靈活性。

2.2 媒體接收及輸出服務(wù)器

通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)獲取回傳的IP信號，解壓縮后轉(zhuǎn)換成SDI信號用于播出，支持SD/HD輸出，也支持文件回傳下載，存為文件用于后期編輯。具備賬號管理、權(quán)限設(shè)置、以及客戶端的狀態(tài)監(jiān)控。

2.3 傳輸性能分析

（1）優(yōu)點：設(shè)備小巧，操作簡單，可以一臺4G背包單機(jī)的方式外出拍攝，實時回傳，方便靈活；智能視頻分割，高效壓縮信源編碼，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)將視頻信號動態(tài)分割成小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸；不易受直線障礙物阻擋，有移動信號就可以轉(zhuǎn)播，具有前向糾錯技術(shù)，可以遠(yuǎn)距離傳輸；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬情況，可變碼率編碼技術(shù)，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；先進(jìn)捆綁技術(shù)，將多家營運(yùn)商信道捆綁彌補(bǔ)各個地區(qū)信號覆蓋上的差異；發(fā)射機(jī)具有router功能，擴(kuò)展了信道通路，提高傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

（2）缺點：現(xiàn)場人員過多，手機(jī)信號影響轉(zhuǎn)播信號。部分地區(qū)信號盲區(qū)，自己無法掌控，依賴營運(yùn)商；為了保障信號的穩(wěn)定，需設(shè)置一定的緩沖時間，導(dǎo)致傳輸時延大，達(dá)6～10秒。通過優(yōu)化傳輸環(huán)境，穩(wěn)定帶寬或者降低碼率情況下，可縮短緩沖時間，至少也有2秒的延時，與固定機(jī)位攝像機(jī)信號無法同步，導(dǎo)演的切換難度很大，對于現(xiàn)場轉(zhuǎn)播有一定的影響；受限于4G帶寬的限制，即便增加SIM卡，無法突破傳輸帶寬瓶頸；由于沒有CCU控制接口，無法實現(xiàn)對攝像機(jī)CCU的遠(yuǎn)程控制，不太適合于在轉(zhuǎn)播中需要對攝像機(jī)實時控制的場景；由于服務(wù)器端信號的接收需要穩(wěn)定高速寬帶接入，對于以轉(zhuǎn)播車為切換制作中心的節(jié)目轉(zhuǎn)播時，外場提供寬帶接入的難度較大，因此這種情況下4G移動傳輸不作為首選方案。

3 無人機(jī)傳輸技術(shù)

無人機(jī)通信是近幾年發(fā)展起來的新的傳輸技術(shù)，在民用和專業(yè)領(lǐng)域都獲得廣泛應(yīng)用。無人機(jī)包括空中拍攝發(fā)射單元和地面接收單元，采用多載波無線通信技術(shù)。無人機(jī)實現(xiàn)了在空中拍攝，更能提供一個廣闊的視野，在空中全景拍攝時具有很大的優(yōu)勢，逐漸代替航拍鏡頭的拍攝。無人機(jī)種類較多，根據(jù)技術(shù)特點，主要有：

（1）采用H264信源編碼方式，COFDM（編碼正交頻分復(fù)用）調(diào)制方式，具有多載波特點，傳輸距離2～3千米，具備非視距傳輸能力，延遲小，重量輕，具備加密傳輸功能。

（2）采用Wi-Fi技術(shù)進(jìn)行通信，傳輸信號質(zhì)量好，加密傳輸，但傳輸距離幾百米，作為電視轉(zhuǎn)播的局限性大。

（3）基于IP接口的TDD-OFDM基帶調(diào)制，支持HDMI、SDI接口。雙向傳輸信道，在傳輸音視頻節(jié)目流的同時還可以傳輸反向數(shù)據(jù)，采用TDD-OFDM技術(shù)的優(yōu)勢：一是系統(tǒng)傳輸為IP數(shù)據(jù)流，可實現(xiàn)各種IP化應(yīng)用。能夠?qū)痈鞣N基于TCP/IP協(xié)議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如衛(wèi)星、光纖、4G公網(wǎng)等。二是可實現(xiàn)多級信號中繼，信號中繼后基本無衰減，信號中繼后衰減＜1%。三是一鍵式操作即自行組網(wǎng)；可以頻點范圍大，150MHz-3GHz頻點都可用。四是在單一頻點支持雙向通信，頻譜效率高，8MHz帶寬下最大可傳20Mb/s；設(shè)備接收靈敏度高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣（接收靈敏度可達(dá)-106dBm，100米高對地傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑可達(dá)20km）。五是靈活分配信道資源，實現(xiàn)點對點、點對多點、多點對多點雙向通信。

4 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星傳輸是一種成熟的通信傳輸技術(shù)，基于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)大范圍的信號覆蓋，發(fā)射天線需要根據(jù)地理位置的經(jīng)緯度調(diào)整角度，只能固定位置傳輸，適用于場外相對固定機(jī)位使用。同時使用時需要租用衛(wèi)星通道，費用高。衛(wèi)星傳輸信號質(zhì)量好，但另外若有高樓阻擋了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的路由，則無法傳輸，不能用于移動轉(zhuǎn)播。因此在實際轉(zhuǎn)播中，衛(wèi)星傳輸主要用于轉(zhuǎn)播車制作好的播出信號到電視中心的傳輸。

在轉(zhuǎn)播過程中，我們需要根據(jù)現(xiàn)場情況，實際勘測，結(jié)合各種無線傳輸設(shè)備的特性，靈活制定轉(zhuǎn)播策略，特別是在直播轉(zhuǎn)播中，更要有多重傳輸預(yù)案，確保傳輸?shù)陌踩?/p>

在外場轉(zhuǎn)播中，游動機(jī)位信號的傳輸，尤其是體育賽事，采用移動微波傳輸為優(yōu)先選擇，當(dāng)游動機(jī)位信號中斷時，固定機(jī)位信號作為應(yīng)急補(bǔ)充。新聞記者外景直播，采用靈活的4G背包傳輸，降低記者使用強(qiáng)度和難度。多于全景拍攝或者俯瞰鏡頭的選取，采用無人機(jī)傳輸是最佳方案。轉(zhuǎn)播的最終輸出信號傳回播出中心，采用衛(wèi)星傳輸為可靠的無線傳輸鏈路，同時光纖作為備份傳輸鏈路。

在實際運(yùn)用這些技術(shù)時，還有一些情況需要根據(jù)環(huán)境變化靈活配置。下面重點就移動微波和4G移動傳輸使用方面的經(jīng)驗分享一下。

（1）移動微波：根據(jù)發(fā)射端設(shè)置的不同調(diào)制參數(shù)，提供了一個工作特性參考表（表1）。

從表1可以看出，不同的調(diào)制參數(shù)，系統(tǒng)正常工作所需的最小載波噪聲比和最低門限電平是不同的。信道質(zhì)量不好時，改變調(diào)制方式，犧牲傳輸效率和圖像質(zhì)量，從64QAM往下調(diào)整，直至QPSK，編碼效率從7/8逐步下降，直到1/2，提高信號傳輸?shù)目捎眯?。另外接收天線的安裝位置選擇也很講究，避免阻擋物和干擾源，適度提高接收天線的高度，減少對傳輸信號的阻擋和干擾。在接收端增加帶通濾波器，過濾干擾源。重要活動應(yīng)由組委會進(jìn)行頻率規(guī)劃和審批，現(xiàn)場提前做好頻譜測試，了解頻率的使用情況，盡可能地避開已使用的頻段干擾。

表1 DVB-T調(diào)制設(shè)置參考表

（2）4G無線傳輸：轉(zhuǎn)播前，提前進(jìn)行實地測試，掌握現(xiàn)場電磁信號頻譜狀態(tài)，如果預(yù)估轉(zhuǎn)播現(xiàn)場人員手機(jī)終端多，可以由營運(yùn)商增加應(yīng)急通信保障車，同時針對信號帶寬變化問題，申請營運(yùn)商的金牌服務(wù)以確保穩(wěn)定的帶寬和速度。在帶寬有保障的情況下，適當(dāng)縮短緩沖時間，減少傳輸信號的時延，利于轉(zhuǎn)播信號的同步。信道質(zhì)量不好時，增加外置天線，設(shè)置合適的碼率，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定。

在電視轉(zhuǎn)播中，信號傳輸?shù)目煽啃允堑谝晃坏模绕涫侵辈マD(zhuǎn)播，不允許信號中斷、卡頓。即便是在正式轉(zhuǎn)播前做了較為細(xì)致的測試和情況的預(yù)估，正式轉(zhuǎn)播時也可能會出現(xiàn)一些意料不到的問題，我們需要根據(jù)不同的現(xiàn)場情況和節(jié)目需要，制定合理傳輸方案及應(yīng)急預(yù)案，確保出現(xiàn)突發(fā)情況時，預(yù)案有效，萬無一失。隨著5G時代的到來，5G 傳輸技術(shù)更高的速度和穩(wěn)定的帶寬給予了我們更多更好的選擇，為我們轉(zhuǎn)播工作帶來質(zhì)的飛躍。