4G傳輸背包在青島電視臺(tái)新聞直播中的應(yīng)用

于建理，殷茂森，常曉光

（青島市廣播電視臺(tái)，山東 青島 266000）

隨著網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展及人們多渠道的觀看習(xí)慣，需要媒體如何發(fā)展，另一方面，對(duì)新聞時(shí)效性的要求也更高了，傳統(tǒng)的光纖和衛(wèi)星傳輸方式，漸漸無(wú)法滿足多點(diǎn)并發(fā)和快速反應(yīng)的要求。4G移動(dòng)通信技術(shù)（第四代移動(dòng)通信技術(shù)）的發(fā)展及4G網(wǎng)絡(luò)的普及，使得4G傳輸設(shè)備的傳輸帶寬已經(jīng)能夠滿足高清電視節(jié)目的直播要求，4G通信技術(shù)在電視新聞直播中運(yùn)用已經(jīng)水到渠成。

青島電視臺(tái)新聞綜合頻道從2013年7月16日開(kāi)始，對(duì)常規(guī)每日新聞直播節(jié)目《今日》《今日城市眼》和《晚安青島》進(jìn)行高清播出，播出總時(shí)長(zhǎng)達(dá)到4小時(shí)25分鐘。針對(duì)這些節(jié)目的高清制播，筆者剖析基于4G傳輸背包的＂即攝即傳＂的解決方案。

1 4G通信技術(shù)的特點(diǎn)

4G通信技術(shù)集3G通信技術(shù)與WLAN于一體，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量視音頻。4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層，如圖1所示。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無(wú)線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開(kāi)放的，使拓展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無(wú)縫高數(shù)據(jù)率的無(wú)線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶下[1,2]。

4G通信技術(shù)采用的關(guān)鍵技術(shù)有：正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)、軟件無(wú)線電（SDR）技術(shù)、智能天線技術(shù)（SA）、多輸入多輸出

（MIMO）技術(shù)、多用戶檢測(cè)技術(shù)、基于IP的核心網(wǎng)。這些關(guān)鍵技術(shù)使4G網(wǎng)絡(luò)不僅具有較強(qiáng)的抗碼間串?dāng)_力、較高的傳輸速度和頻譜利用率，而且還可以改善信號(hào)質(zhì)量和增加傳輸容量，減少電磁污染和信號(hào)的相互干擾性，擴(kuò)大了系統(tǒng)的覆蓋范圍。

圖1 4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）高傳輸速率。對(duì)于大范圍高速移動(dòng)用戶（250 km/h），數(shù)據(jù)傳輸速率為2 Mb/s；對(duì)于中速移動(dòng)用戶（60 km/h），數(shù)據(jù)傳輸速率為20 Mb/s；對(duì)于低速移動(dòng)用戶（室內(nèi)或步行者），數(shù)據(jù)傳輸速率為100 Mb/s。4G與2G、3G的對(duì)比見(jiàn)表1。

（2）4G通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)高度自治、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。4G通信網(wǎng)絡(luò)采用智能信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)信道條件不同的各種復(fù)雜環(huán)境可進(jìn)行自治、自適應(yīng)的的發(fā)送與接收，使網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的智能性、適應(yīng)性和靈活性。

（3）兼容性好。開(kāi)放的接口使其網(wǎng)絡(luò)能與多種網(wǎng)絡(luò)互連，終端多樣化，多業(yè)務(wù)共存。

（4）覆蓋范圍廣。用戶可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星、光纖和微波等新聞直播方式，往往受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的制約，而且設(shè)備體積大、需要提前進(jìn)行調(diào)試，不支持手機(jī)等移動(dòng)終端的使用，使用費(fèi)用較高。4G技術(shù)在對(duì)于圖像質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合方面則具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，更適用于快速反應(yīng)的電視新聞直播。

2 用于電視新聞直播的4G傳輸設(shè)備的選型

為了滿足新聞直播反應(yīng)快速、移動(dòng)靈活的特點(diǎn)，針對(duì)直播制作中的傳輸設(shè)備進(jìn)行適配。4G傳輸背包利用4G技術(shù)，通過(guò)綁定不同運(yùn)營(yíng)商的4G卡，整合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的帶寬，可以提供信號(hào)穩(wěn)定、時(shí)延小的直播視頻，滿足了電視新聞直播的需要，增強(qiáng)了節(jié)目的時(shí)效性，豐富了節(jié)目?jī)?nèi)容，減少了成本支出。

青島電視臺(tái)對(duì)4G通信設(shè)備進(jìn)行選型測(cè)試，選擇了TVU的MINI 4G傳輸背包。基于MINI 4G傳輸背包的制播流程如圖2所示，MINI 4G傳輸背包可利用3G、4G通信網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬情況，調(diào)整編碼速率，實(shí)現(xiàn)高清實(shí)時(shí)直播。

2.1 通信方式

青島電視臺(tái)使用的MINI 4G傳輸背包進(jìn)行直播時(shí)，使用了3張上網(wǎng)卡同時(shí)并行工作，其中包括1張移動(dòng)4G上網(wǎng)卡、1張聯(lián)通4G上網(wǎng)卡、1張聯(lián)通3G上網(wǎng)卡；其攜帶方式見(jiàn)圖3。同時(shí)，通過(guò)公共Internet網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)脚_(tái)內(nèi)的接收服務(wù)器，接收機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)的廣播級(jí)視音頻信號(hào)，同時(shí)也可輸出IP信號(hào)和文件，提供給后端的流媒體服務(wù)器、CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）以及媒資管理系統(tǒng)。

2.2 碼率選擇

MINI 4G傳輸背包傳輸碼率可以根據(jù)不同的使用環(huán)境進(jìn)行模式的選擇、預(yù)設(shè)。

（1）Interview模式：碼率2 048 Mb/s，延遲2 s。

（2）Normal模式：碼率5 120 Mb/s，延遲4 s。

（3）Fast Moving模式：碼率5 120 Mb/s，延遲8 s；

圖2 基于MINI 4G背包的制播流程

表1 2G、3G、4G數(shù)據(jù)傳輸碼率的對(duì)比

圖3 MINI 4G背包的攜帶方式

（4）SD模式：碼率 2 048 Mb/s，延遲4 s；

（5）Tapefeed模式：碼率10 240 Mb/s，延遲10 s ，此模式已針對(duì)包含多場(chǎng)景切換的內(nèi)容傳輸進(jìn)行過(guò)優(yōu)化。

（6）Custom：按照接收機(jī)端的自定義設(shè)定。

在新聞直播中，較常使用的是Interview模式和Normal模式，這兩種模式圖像質(zhì)量、延時(shí)時(shí)間基本能夠滿足新聞直播的需要。

使用4G移動(dòng)通信技術(shù)的4G傳輸背包在青島電視臺(tái)已經(jīng)作為常規(guī)設(shè)備，應(yīng)用到日常的新聞直播中，簡(jiǎn)便性讓大部分記者和攝像人員都能熟練操作，大大提高了新聞直播的選題靈活度，增加了新聞節(jié)目的吸引力。

3 應(yīng)用實(shí)例

青島電視臺(tái)新聞綜合頻道日常新聞直播中（見(jiàn)圖4），常規(guī)使用MINI 4G傳輸背包進(jìn)行新聞連線，不再需要考慮新聞現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境能否展開(kāi)傳輸設(shè)備，而且可以在現(xiàn)場(chǎng)迅速實(shí)現(xiàn)“即攝即傳”，大大提高了新聞連線的反應(yīng)速度，增加了新聞直播選題的自由度。即使新聞現(xiàn)場(chǎng)的4G網(wǎng)絡(luò)條件并不能滿足直播需要，MINI 4G傳輸背包的存儲(chǔ)功能還可把現(xiàn)場(chǎng)錄制的連線信號(hào)存儲(chǔ)在背包中，待到了網(wǎng)絡(luò)條件好的地方，再作為素材回傳到臺(tái)內(nèi)。

2016年，青島電視臺(tái)策劃完成了《今日絲路行》大型跨國(guó)直播活動(dòng)，6輛車、22人，自駕橫跨亞、歐兩個(gè)大洲，歷時(shí)70天，穿越了中國(guó)、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克斯坦、阿塞拜疆、格魯吉亞、土耳其、希臘、意大利、奧地利、德國(guó)等11個(gè)國(guó)家。

鑒于對(duì)整個(gè)行程的綜合考量，新聞直播報(bào)道用的技術(shù)設(shè)備在體積和數(shù)量上都有所限制。因此，活動(dòng)全程采用便攜衛(wèi)星加4G傳輸背包作為主要的傳輸手段，互為備份。對(duì)于4G傳輸，配備了TVU ONE 4G 傳輸背包，每套背包可以配置6張4G上網(wǎng)卡，接收服務(wù)器可直接RTMP（Real Time Messaging Protocol，實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議）信號(hào)，推流服務(wù)器推送給網(wǎng)絡(luò)媒體。或者通過(guò)解碼器輸出基帶信號(hào)，接入演播室系統(tǒng)和新聞網(wǎng)絡(luò)收錄系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)內(nèi)新聞制作。

整個(gè)國(guó)內(nèi)行程階段，大部分城市，包括西部一些不算大的城市，絕大部分城區(qū)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋都很好，不論直播還是回傳都十分順暢。

進(jìn)入中亞，國(guó)家間的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)家管制等條件千差萬(wàn)別，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施水平與國(guó)內(nèi)相比普遍差距較大，哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦三國(guó)的運(yùn)營(yíng)商都不同，使用時(shí)需要更換相應(yīng)國(guó)家運(yùn)營(yíng)商的上網(wǎng)卡。其中，哈薩克斯坦的網(wǎng)絡(luò)條件最好，各個(gè)城市的3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋基本都有；吉爾吉斯斯坦和烏茲別克斯坦只有大城市有3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，城市間的地帶基本沒(méi)有3G網(wǎng)絡(luò)，在這些地方傳輸碼率只有100 Kb/s左右，沒(méi)法進(jìn)行直播回傳，只能使用4G背包的WIFI功能，通過(guò)CDN反向加速傳送FTP（File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議）視頻文件。在吉爾吉斯坦的伊塞克湖進(jìn)行的多機(jī)位直播中（見(jiàn)圖5），現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)男l(wèi)星信號(hào)，臺(tái)內(nèi)接收機(jī)始終無(wú)法解出視頻，緊急使用了4G背包進(jìn)行直播。

圖4 采用MINI 4G傳輸背包進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播的雙窗畫(huà)面

圖5 吉爾吉斯斯坦伊塞克湖直播

在從哈薩克斯坦渡里海的過(guò)程中，意外的風(fēng)暴讓整個(gè)團(tuán)隊(duì)困在渡輪上長(zhǎng)達(dá)60小時(shí)，海中搖擺的船體上無(wú)法使用衛(wèi)星，更沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)。在渡輪拋錨港外時(shí)，4G傳輸背包的上網(wǎng)卡偶爾能夠接收到岸上的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，于是利用4G傳輸背包的WIFI功能（見(jiàn)圖6），在網(wǎng)速只有20 Kb/s的情況下，把新聞視頻傳回到臺(tái)里。

歐洲的基礎(chǔ)設(shè)施非常完備，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)條件也較好，但其互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商的服務(wù)質(zhì)量比不上國(guó)內(nèi)，在德國(guó)多次出現(xiàn)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)法使用的現(xiàn)象，甚至長(zhǎng)達(dá)一天。

圖6 里海渡輪上利用4G傳輸背包的WIFI功能進(jìn)行回傳

4 4G傳輸背包使用中的常見(jiàn)問(wèn)題

（1）信號(hào)質(zhì)量不佳

4G傳輸背包使用過(guò)程中遇到最多的問(wèn)題就是4G信號(hào)質(zhì)量不佳，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較密閉，如大劇院、地下停車場(chǎng)等情況。解決方案：一是使用不同運(yùn)營(yíng)商多卡傳輸；二是采用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸，如有線網(wǎng)、WIFI等；三是選擇4G信號(hào)質(zhì)量較好的環(huán)境下進(jìn)行傳輸。

（2）接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

接收機(jī)分配一個(gè)固定的IP地址以確保網(wǎng)絡(luò)配置穩(wěn)定，使用局域網(wǎng)IP時(shí)，需對(duì)8088（TCP和UDP）、8288（TCP和UDP）端口做端口映射。

5 5G通信技術(shù)帶來(lái)的新預(yù)期

2019年被認(rèn)為是5G發(fā)展元年，主流運(yùn)營(yíng)商紛紛加速5G網(wǎng)絡(luò)部署。5G通信技術(shù)具有高速率、低時(shí)延、大容量等特征，5G數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10 Gb/s，比4G LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍；5G網(wǎng)絡(luò)延遲低于1 ms，而4G為30 ms～70 ms；5G可以提供穩(wěn)定的百兆上行帶寬和千兆下行帶寬。5G通信技術(shù)特點(diǎn)使其成為光纖、衛(wèi)星之外的又一有效傳輸途徑，大幅度提高新聞直播的應(yīng)用，使受媒體青睞的“直播+新聞”的形式可以更普及，新聞節(jié)目也更加快速、高效，內(nèi)容也更加豐富靈活，從而帶來(lái)新的預(yù)期。5G通信技術(shù)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行4K/8K信號(hào)直播及回傳，促進(jìn)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，增強(qiáng)受眾的互動(dòng)等各種體驗(yàn)感。

5G時(shí)代的到來(lái)，將進(jìn)一步加快人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、VR/AR等新興技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程。因此，傳統(tǒng)媒體要順勢(shì)而為規(guī)劃發(fā)展路徑，重塑媒體發(fā)展模式、重構(gòu)媒體生態(tài)圈，促進(jìn)傳統(tǒng)媒體融合發(fā)展。針對(duì)新聞生產(chǎn)、分發(fā)、接收以及用戶服務(wù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)5G等新技術(shù)的應(yīng)用力度，強(qiáng)化語(yǔ)義識(shí)別和分析、VR/AR、機(jī)器算法、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)綜合應(yīng)用的研發(fā)，為媒體內(nèi)容的生產(chǎn)與呈現(xiàn)營(yíng)造更好的生態(tài)環(huán)境。