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      無線傳輸技術在電視轉播中的應用
      来源:未知   作者:包琼勇   添加时间:2018-11-26 10:22
      本文主要介紹了現在電視直播中運用到無線微波、4G傳輸、無人機傳輸、衛星傳輸等無線傳輸技術,對這些無線技術的傳輸特性進行比較,並給出一些應用建議
        電視轉播以視音頻爲主,高清信號碼率達到3Gb/s,信號碼率高,誤碼率低,高速移動,大範圍接收。同時爲了實現機位准確切換,場內外現場互動,要求延遲低,無線傳輸技術要求比較高。隨著無線傳輸技術的發展運用,一些無線傳輸技術開始在電視轉播中得到運用,主要有移動微波、4G移動通信、無人機通信、衛星通信等。
       
        1 移动微波传输技术
       
        微波通信技術在電視領域運用最早出現,是在兩地間中長距離固定點對點電視微波中轉,爲電視信號的覆蓋傳輸使用。近幾年,移動微波技術成熟後,在電視轉播中開始得到應用。移動微波傳輸系統包括:攝像機端的信號編碼調制發射單元,轉播車端接收解碼主機兩大部分(圖1)。如果需要擴展傳輸距離還需要中繼站。攝像機一直處于移動拍攝,發射端需采用全向天線,接收端采用全向或者根據情況可選用全向加定向天線組合的方式。
       
        我台在轉播車配置了兩套移動微波系統,采用的是Gigawave雙分集接收移動微波。
       
        
      图1 Gigawave双分集接收移动微波传输系统
       
        1.1 发射端编码调制单元
       
        该发射单元采用一体化结构,采用与摄像机电池卡口相同的结构,后挂于摄像机主机与电池间,使用摄像机电池供电,拆卸方便。支持SD/HD SDI、HDMI、模拟复合视频输入,发射端实物如图2所示。
       
        
      图2 Gigawave编码调制发射单元系统
       
        發射端發射頻率爲1.95GHz-2.7GHz,發射功率200mw,理論傳輸距離爲兩千米,信號編碼采用H.264/MPEG-4,壓縮效率高,調制方式DVB-T,主要的技術參數如下:
       
        1.2 接收主机及双天线接收头
       
        該主機支持外同步信號鎖定,分集天線輸入,H264、MPEG2自適應解碼。接收機及天線接收頭實物如圖3:
       
        
      图3 接收主机及双天线接收头
       
        主機的主要性能參數如下:
       
        
      图4 接收主机系统框图
       
        接收主機的系統框圖如圖4:
       
        
       
        1.3 传输性能分析
       
        1.3.1 优点
       
        (1)支持高、標清、模擬多格式輸入,采用264圖像信源編碼壓縮方式,效率高,圖像質量高。信道編碼采用COFDM,調制方式支持從QPSK到64QAM可選,碼率從1/2到7/8,以適應不同的信道質量。
       
        (2)只需要配置設備成本,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一樣的反向控制系統,可遠程空中攝像機進行參數調制和控制。
       
        (4)傳輸延遲低(40ms),在轉播車現場與有線攝像信號幾乎同步,導演可現場切換使用,滿足現場錄制甚至直播的要求。
       
        1.3.2 不足
       
        (1)相比較于4G系統,設備比較笨重,操作複雜一些。
       
        (2)發射功率小,最大爲200mW,傳輸距離短,2千米以內。
       
        (3)容易受電磁信號幹擾和物體阻礙,信號不穩定,易出現馬賽克或者靜幀畫面。
       
        2 4G无线传输技术
       
        隨著通信技術的發展,手機4G移動通信成熟和網絡優化,4G的下行傳輸帶寬達到了100Mb/s,上行帶寬達到30Mb/s,滿足高清信號的實時傳輸要求。傳輸系統包括客戶端-拍攝端編碼發射端、營運商網絡、服務器端-媒體接收及輸出服務器。系統示意圖如圖5。
       
        
      图5 4G传输示意图
       
        2.1 移动客户端
       
        可同時插入8個不同制式的3G/4G上網卡,將攝像機SDI、HDMI輸出信號進行編碼壓縮進行IP封裝,發射4G格式的無線信號,通過營運商移動4G網絡進行傳輸。
       
        據不同的使用場景,可以分爲轉播用攝像機4G模塊和新聞記者使用4G背包。在非實時性的節目或者是在台內演播室進行制作切換的節目轉播時,遊動機位采用4G攝像機進行傳輸。在新聞外場直播要求時效性高,更注重內容及時性,因此4G無線傳輸在新聞外景直播中運用較多,體現了4G傳輸的靈活性。也可以使用手機客戶端輕量化的部署使用,提高了移動直播的靈活性。
       
        2.2 媒体接收及输出服务器
       
        通過互聯網絡獲取回傳的IP信號,解壓縮後轉換成SDI信號用于播出,支持SD/HD輸出,也支持文件回傳下載,存爲文件用于後期編輯。具備賬號管理、權限設置、以及客戶端的狀態監控。
       
        2.3 传输性能分析
       
        (1)優點:設備小巧,操作簡單,可以一台4G背包單機的方式外出拍攝,實時回傳,方便靈活;智能視頻分割,高效壓縮信源編碼,根據網絡狀態將視頻信號動態分割成小的數據包進行傳輸;不易受直線障礙物阻擋,有移動信號就可以轉播,具有前向糾錯技術,可以遠距離傳輸;根據網絡帶寬情況,可變碼率編碼技術,以適應不同的網絡環境;先進捆綁技術,將多家營運商信道捆綁彌補各個地區信號覆蓋上的差異;發射機具有router功能,擴展了信道通路,提高傳輸的穩定性。
       
        (2)缺點:現場人員過多,手機信號影響轉播信號。部分地區信號盲區,自己無法掌控,依賴營運商;爲了保障信號的穩定,需設置一定的緩沖時間,導致傳輸時延大,達6~10秒。通過優化傳輸環境,穩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,與固定機位攝像機信號無法同步,導演的切換難度很大,對于現場轉播有一定的影響;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,無法實現對攝像機CCU的遠程控制,不太適合于在轉播中需要對攝像機實時控制的場景;由于服務器端信號的接收需要穩定高速寬帶接入,對于以轉播車爲切換制作中心的節目轉播時,外場提供寬帶接入的難度較大,因此這種情況下4G移動傳輸不作爲首選方案。
       
        3 无人机传输技术
       
        無人機通信是近幾年發展起來的新的傳輸技術,在民用和專業領域都獲得廣泛應用。無人機包括空中拍攝發射單元和地面接收單元,采用多載波無線通信技術。無人機實現了在空中拍攝,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勢,逐漸代替航拍鏡頭的拍攝。無人機種類較多,根據技術特點,主要有:
       
        (1)采用H264信源編碼方式,COFDM(編碼正交頻分複用)調制方式,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技術進行通信,傳輸信號質量好,加密傳輸,但傳輸距離幾百米,作爲電視轉播的局限性大。
       
        (3)基于IP接口的TDD-OFDM基帶調制,支持HDMI、SDI接口。雙向傳輸信道,在傳輸音視頻節目流的同時還可以傳輸反向數據,采用TDD-OFDM技術的優勢:一是系統傳輸爲IP數據流,可實現各種IP化應用。能夠對接各種基于TCP/IP協議系統網絡,如衛星、光纖、4G公網等。二是可實現多級信號中繼,信號中繼後基本無衰減,信號中繼後衰減<1%。三是一鍵式操作即自行組網;可以頻點範圍大,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;設備接收靈敏度高,網絡覆蓋範圍廣(接收靈敏度可達-106dBm,100米高對地傳輸網絡覆蓋半徑可達20km)。五是靈活分配信道資源,實現點對點、點對多點、多點對多點雙向通信。
       
        4 卫星通信
       
        衛星傳輸是一種成熟的通信傳輸技術,基于衛星轉發器,實現大範圍的信號覆蓋,發射天線需要根據地理位置的經緯度調整角度,只能固定位置傳輸,適用于場外相對固定機位使用。同時使用時需要租用衛星通道,費用高。衛星傳輸信號質量好,但另外若有高樓阻擋了衛星轉發器的路由,則無法傳輸,不能用于移動轉播。因此在實際轉播中,衛星傳輸主要用于轉播車制作好的播出信號到電視中心的傳輸。
       
        在轉播過程中,我們需要根據現場情況,實際勘測,結合各種無線傳輸設備的特性,靈活制定轉播策略,特別是在直播轉播中,更要有多重傳輸預案,確保傳輸的安全。
       
        在外場轉播中,遊動機位信號的傳輸,尤其是體育賽事,采用移動微波傳輸爲優先選擇,當遊動機位信號中斷時,固定機位信號作爲應急補充。新聞記者外景直播,采用靈活的4G背包傳輸,降低記者使用強度和難度。多于全景拍攝或者俯瞰鏡頭的選取,采用無人機傳輸是最佳方案。轉播的最終輸出信號傳回播出中心,采用衛星傳輸爲可靠的無線傳輸鏈路,同時光纖作爲備份傳輸鏈路。
       
        在實際運用這些技術時,還有一些情況需要根據環境變化靈活配置。下面重點就移動微波和4G移動傳輸使用方面的經驗分享一下。
       
        (1)移動微波:根據發射端設置的不同調制參數,提供了一個工作特性參考表(表1)。
       
        
      表1 DVB-T调制设置参考表
       
        從表1可以看出,不同的調制參數,系統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。信道質量不好時,改變調制方式,犧牲傳輸效率和圖像質量,從64QAM往下調整,直至QPSK,編碼效率從7/8逐步下降,直到1/2,提高信號傳輸的可用性。另外接收天線的安裝位置選擇也很講究,避免阻擋物和幹擾源,適度提高接收天線的高度,減少對傳輸信號的阻擋和幹擾。在接收端增加帶通濾波器,過濾幹擾源。重要活動應由組委會進行頻率規劃和審批,現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幹擾。
       
        (2)4G無線傳輸:轉播前,提前進行實地測試,掌握現場電磁信號頻譜狀態,如果預估轉播現場人員手機終端多,可以由營運商增加應急通信保障車,同時針對信號帶寬變化問題,申請營運商的金牌服務以確保穩定的帶寬和速度。在帶寬有保障的情況下,適當縮短緩沖時間,減少傳輸信號的時延,利于轉播信號的同步。信道質量不好時,增加外置天線,設置合適的碼率,保證信號傳輸的穩定。
       
        在電視轉播中,信號傳輸的可靠性是第一位的,尤其是直播轉播,不允許信號中斷、卡頓。即便是在正式轉播前做了較爲細致的測試和情況的預估,正式轉播時也可能會出現一些意料不到的問題,我們需要根據不同的現場情況和節目需要,制定合理傳輸方案及應急預案,確保出現突發情況時,預案有效,萬無一失。隨著5G時代的到來,5G傳輸技術更高的速度和穩定的帶寬給予了我們更多更好的選擇,爲我們轉播工作帶來質的飛躍。
       
        參考文獻
       
        [1] 张秋玲.无人机在突发事件应急报道中的应用.现代电视技术,2018(2):128-129.
       
        [2] 周义.浅谈4G传输在媒体直播中的应用经验.世界广播电视,2016(11):43-47.
       
        [3] 段永良,宋燕燕,周洪瓶,董丽花.全媒体制播技术.北京:中国广播影视出版社,2016.09.

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