《数字通信世界》   邮发代号 80-393   国内统一刊号 CN11-5154/TN   国际标准刊号 ISSN 1672-7274
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无线传输技术在电视转播中的应用

包琼勇

  摘要:本文主要介绍了现在电视直播中运用到无线微波、4G传输、无人机传输、卫星传输等无线传输技术,对这些无线技术的传输特性进行比较,并给出一些应用建议。

  关键词:无线微波;4G传输;电视转播

  电视转播以视音频为主,高清信号码率达到3Gb/s,信号码率高,误码率低,高速移动,大范围接收。同时为了实现机位准确切换,场内外现场互动,要求延迟低,无线传输技术要求比较高。随着无线传输技术的发展运用,一些无线传输技术开始在电视转播中得到运用,主要有移动微波、4G移动通信、无人机通信、卫星通信等。

  1 移动微波传输技术

  微波通信技术在电视领域运用最早出现,是在两地间中长距离固定点对点电视微波中转,为电视信号的覆盖传输使用。近几年,移动微波技术成熟后,在电视转播中开始得到应用。移动微波传输系统包括:摄像机端的信号编码调制发射单元,转播车端接收解码主机两大部分(图1)。如果需要扩展传输距离还需要中继站。摄像机一直处于移动拍摄,发射端需采用全向天线,接收端采用全向或者根据情况可选用全向加定向天线组合的方式。

  我台在转播车配置了两套移动微波系统,采用的是Gigawave双分集接收移动微波。


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

 

  发射端发射频率为1.95GHz-2.7GHz,发射功率200mw,理论传输距离为两千米,信号编码采用H.264/MPEG-4,压缩效率高,调制方式DVB-T,主要的技术参数如下:


 

  1.2 接收主机及双天线接收头

  该主机支持外同步信号锁定,分集天线输入,H264、MPEG2自适应解码。接收机及天线接收头实物如图3:


图3 接收主机及双天线接收头

 

  主机的主要性能参数如下:


图4 接收主机系统框图

 

  接收主机的系统框图如图4:


图4 接收主机系统框图

 

  1.3 传输性能分析

  1.3.1 优点

  (1)支持高、标清、模拟多格式输入,采用264图像信源编码压缩方式,效率高,图像质量高。信道编码采用COFDM,调制方式支持从QPSK到64QAM可选,码率从1/2到7/8,以适应不同的信道质量。

  (2)只需要配置设备成本,采用微波频道,随时可用,不需要租用信道,没有信道使用费。

  (3)支持拥有和有线摄像机一样的反向控制系统,可远程空中摄像机进行参数调制和控制。

  (4)传输延迟低(40ms),在转播车现场与有线摄像信号几乎同步,导演可现场切换使用,满足现场录制甚至直播的要求。

  1.3.2 不足

  (1)相比较于4G系统,设备比较笨重,操作复杂一些。

  (2)发射功率小,最大为200mW,传输距离短,2千米以内。

  (3)容易受电磁信号干扰和物体阻碍,信号不稳定,易出现马赛克或者静帧画面。

  2 4G无线传输技术

  随着通信技术的发展,手机4G移动通信成熟和网络优化,4G的下行传输带宽达到了100Mb/s,上行带宽达到30Mb/s,满足高清信号的实时传输要求。传输系统包括客户端-拍摄端编码发射端、营运商网络、服务器端-媒体接收及输出服务器。系统示意图如图5。


图5 4G传输示意图

 

  2.1 移动客户端

  可同时插入8个不同制式的3G/4G上网卡,将摄像机SDI、HDMI输出信号进行编码压缩进行IP封装,发射4G格式的无线信号,通过营运商移动4G网络进行传输。

  据不同的使用场景,可以分为转播用摄像机4G模块和新闻记者使用4G背包。在非实时性的节目或者是在台内演播室进行制作切换的节目转播时,游动机位采用4G摄像机进行传输。在新闻外场直播要求时效性高,更注重内容及时性,因此4G无线传输在新闻外景直播中运用较多,体现了4G传输的灵活性。也可以使用手机客户端轻量化的部署使用,提高了移动直播的灵活性。

  2.2 媒体接收及输出服务器

  通过互联网络获取回传的IP信号,解压缩后转换成SDI信号用于播出,支持SD/HD输出,也支持文件回传下载,存为文件用于后期编辑。具备账号管理、权限设置、以及客户端的状态监控。

  2.3 传输性能分析

  (1)优点:设备小巧,操作简单,可以一台4G背包单机的方式外出拍摄,实时回传,方便灵活;智能视频分割,高效压缩信源编码,根据网络状态将视频信号动态分割成小的数据包进行传输;不易受直线障碍物阻挡,有移动信号就可以转播,具有前向纠错技术,可以远距离传输;根据网络带宽情况,可变码率编码技术,以适应不同的网络环境;先进捆绑技术,将多家营运商信道捆绑弥补各个地区信号覆盖上的差异;发射机具有router功能,扩展了信道通路,提高传输的稳定性。

  (2)缺点:现场人员过多,手机信号影响转播信号。部分地区信号盲区,自己无法掌控,依赖营运商;为了保障信号的稳定,需设置一定的缓冲时间,导致传输时延大,达6~10秒。通过优化传输环境,稳定带宽或者降低码率情况下,可缩短缓冲时间,至少也有2秒的延时,与固定机位摄像机信号无法同步,导演的切换难度很大,对于现场转播有一定的影响;受限于4G带宽的限制,即便增加SIM卡,无法突破传输带宽瓶颈;由于没有CCU控制接口,无法实现对摄像机CCU的远程控制,不太适合于在转播中需要对摄像机实时控制的场景;由于服务器端信号的接收需要稳定高速宽带接入,对于以转播车为切换制作中心的节目转播时,外场提供宽带接入的难度较大,因此这种情况下4G移动传输不作为首选方案。

  3 无人机传输技术

  无人机通信是近几年发展起来的新的传输技术,在民用和专业领域都获得广泛应用。无人机包括空中拍摄发射单元和地面接收单元,采用多载波无线通信技术。无人机实现了在空中拍摄,更能提供一个广阔的视野,在空中全景拍摄时具有很大的优势,逐渐代替航拍镜头的拍摄。无人机种类较多,根据技术特点,主要有:

  (1)采用H264信源编码方式,COFDM(编码正交频分复用)调制方式,具有多载波特点,传输距离2~3千米,具备非视距传输能力,延迟小,重量轻,具备加密传输功能。

  (2)采用Wi-Fi技术进行通信,传输信号质量好,加密传输,但传输距离几百米,作为电视转播的局限性大。

  (3)基于IP接口的TDD-OFDM基带调制,支持HDMI、SDI接口。双向传输信道,在传输音视频节目流的同时还可以传输反向数据,采用TDD-OFDM技术的优势:一是系统传输为IP数据流,可实现各种IP化应用。能够对接各种基于TCP/IP协议系统网络,如卫星、光纤、4G公网等。二是可实现多级信号中继,信号中继后基本无衰减,信号中继后衰减<1%。三是一键式操作即自行组网;可以频点范围大,150MHz-3GHz频点都可用。四是在单一频点支持双向通信,频谱效率高,8MHz带宽下最大可传20Mb/s;设备接收灵敏度高,网络覆盖范围广(接收灵敏度可达-106dBm,100米高对地传输网络覆盖半径可达20km)。五是灵活分配信道资源,实现点对点、点对多点、多点对多点双向通信。

  4 卫星通信

  卫星传输是一种成熟的通信传输技术,基于卫星转发器,实现大范围的信号覆盖,发射天线需要根据地理位置的经纬度调整角度,只能固定位置传输,适用于场外相对固定机位使用。同时使用时需要租用卫星通道,费用高。卫星传输信号质量好,但另外若有高楼阻挡了卫星转发器的路由,则无法传输,不能用于移动转播。因此在实际转播中,卫星传输主要用于转播车制作好的播出信号到电视中心的传输。

  在转播过程中,我们需要根据现场情况,实际勘测,结合各种无线传输设备的特性,灵活制定转播策略,特别是在直播转播中,更要有多重传输预案,确保传输的安全。

  在外场转播中,游动机位信号的传输,尤其是体育赛事,采用移动微波传输为优先选择,当游动机位信号中断时,固定机位信号作为应急补充。新闻记者外景直播,采用灵活的4G背包传输,降低记者使用强度和难度。多于全景拍摄或者俯瞰镜头的选取,采用无人机传输是最佳方案。转播的最终输出信号传回播出中心,采用卫星传输为可靠的无线传输链路,同时光纤作为备份传输链路。

  在实际运用这些技术时,还有一些情况需要根据环境变化灵活配置。下面重点就移动微波和4G移动传输使用方面的经验分享一下。

  (1)移动微波:根据发射端设置的不同调制参数,提供了一个工作特性参考表(表1)。


表1 DVB-T调制设置参考表

 

  从表1可以看出,不同的调制参数,系统正常工作所需的最小载波噪声比和最低门限电平是不同的。信道质量不好时,改变调制方式,牺牲传输效率和图像质量,从64QAM往下调整,直至QPSK,编码效率从7/8逐步下降,直到1/2,提高信号传输的可用性。另外接收天线的安装位置选择也很讲究,避免阻挡物和干扰源,适度提高接收天线的高度,减少对传输信号的阻挡和干扰。在接收端增加带通滤波器,过滤干扰源。重要活动应由组委会进行频率规划和审批,现场提前做好频谱测试,了解频率的使用情况,尽可能地避开已使用的频段干扰。

  (2)4G无线传输:转播前,提前进行实地测试,掌握现场电磁信号频谱状态,如果预估转播现场人员手机终端多,可以由营运商增加应急通信保障车,同时针对信号带宽变化问题,申请营运商的金牌服务以确保稳定的带宽和速度。在带宽有保障的情况下,适当缩短缓冲时间,减少传输信号的时延,利于转播信号的同步。信道质量不好时,增加外置天线,设置合适的码率,保证信号传输的稳定。

  在电视转播中,信号传输的可靠性是第一位的,尤其是直播转播,不允许信号中断、卡顿。即便是在正式转播前做了较为细致的测试和情况的预估,正式转播时也可能会出现一些意料不到的问题,我们需要根据不同的现场情况和节目需要,制定合理传输方案及应急预案,确保出现突发情况时,预案有效,万无一失。随着5G时代的到来,5G传输技术更高的速度和稳定的带宽给予了我们更多更好的选择,为我们转播工作带来质的飞跃。

  参考文献

[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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