文丨馮毅田

3G電視直播技術(shù)的應(yīng)用與思考

文丨馮毅田

通過分析3G電視直播技術(shù)的主要特點、系統(tǒng)架構(gòu)和實際應(yīng)用情況，提出當前3G電視直播（傳輸）系統(tǒng)的不足之處及相應(yīng)的解決建議。

3G移動通信技術(shù)；新聞直播（傳輸）； 時效性； 鏈路； 信號接力

內(nèi)容和時效性堪稱新聞節(jié)目的靈魂，要是一條新聞不能以最快的速度呈現(xiàn)在觀眾面前，作為我們電視工作者來說感覺付出了一天的辛勤勞動卻得不到自己想要的結(jié)果，會有一種失落感。在當今追求更高、更快、更強的時代，新聞報道除了內(nèi)容因素外，時間的因素是我們最值得思考的地方。有賴于3G移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得電視視音頻素材的傳輸在衛(wèi)星通信、微波通信和光纖電纜通信之外又多了一種選擇。3G移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，帶來一種廉價、使用方便靈活的傳輸方式，其在電視信號傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用，成為傳統(tǒng)傳輸方式的一種重要補充。對于地面頻道如果對畫面質(zhì)量要求不是很高，完全可以利用此技術(shù)在新聞類節(jié)目中實現(xiàn)常態(tài)化直播，特別是對突發(fā)事件的直播報道。與傳統(tǒng)傳輸方式相比，3G技術(shù)的獨特優(yōu)勢有。

（1）相對衛(wèi)星通信技術(shù)，衛(wèi)星通信技術(shù)的費用高，使用需要提前申請，不靈活，城市區(qū)域受建筑物的遮擋存在不少盲點，不能大范圍、快速移動。3G方式費用低，使用便捷，城鎮(zhèn)區(qū)域盲點較少，可以大范圍快速移動。（2）相對微波通信技術(shù)，微波技術(shù)傳輸距離有限，長距離傳輸需要中繼，每次使用需要架設(shè)調(diào)試設(shè)備，設(shè)備昂貴，不能大規(guī)模鋪設(shè)。3G方式通過電信或移動運營商提供的大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳輸距離長，設(shè)備廉價。（3）相對光纖電纜，光纖電纜由于不能大范圍移動，鋪設(shè)工程耗時，多點鋪設(shè)費用高。而3G方式能靈活移動，有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使用成本低。

可見，電視媒體進行突發(fā)類新聞直播（傳輸），或者在交通、供電條件惡劣、地形復雜的地方進行直播或傳輸，使用3G方式是一種很好的選擇。例如，一場暴雨導致多個地下車庫的車輛受淹，受交通、供電、衛(wèi)星頻道需提前申請等因素影響，衛(wèi)星、微波、光纖等方式難以第一時間提供傳輸支持，這時候，如果現(xiàn)場有3G信號，上述問題就迎刃而解，記者拿著便攜式攝像機甚至手機即可做現(xiàn)場直播報道。

1 3G直播系統(tǒng)概述

在新聞現(xiàn)場通過攝像機采集視音頻信號，3G發(fā)射端對視音頻信號進行壓縮編碼處理，數(shù)據(jù)信號通過3G鏈路回傳到臺內(nèi)終端，3G接收終端對數(shù)據(jù)信號進行解碼重組處理，輸出視音頻信號。根據(jù)節(jié)目的緊急程度，可以有選擇地錄制成文件，進行編輯制作，也可以直接將節(jié)目以SDI信號的方式送給演播室進行第一時間播出。系統(tǒng)的技術(shù)核心是：以穩(wěn)定可靠的核心實時數(shù)據(jù)（視音頻、數(shù)據(jù)、信息）通信為內(nèi)核而建立的一套開放應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的面向用戶的理念是：根據(jù)用戶的實際通信網(wǎng)絡(luò)和具體功能需求，設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用策略，在滿足用戶的實際需要同時，最大限度適應(yīng)用戶系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性，確保系統(tǒng)使用的功能拓展性和可靠性。其傳輸鏈路如下圖一所示。

圖一

可見，3G傳輸鏈路可以理解為信號源與信號傳輸目的地之間建立了一種無線有線混合的連接，其前端是一種窄帶的無線網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)是社會共享的，后端是窄帶的基于IP的有線網(wǎng)絡(luò)。整個傳輸鏈路中，基站與移動核心網(wǎng)、移動核心網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與后方服務(wù)端之間都是有光纖、電纜等相對穩(wěn)定可靠而且高速的連接，而發(fā)射端和基站之間只能靠無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，很明顯，整個系統(tǒng)關(guān)鍵在于3G發(fā)射端與基站之間的無線網(wǎng)絡(luò)。從電視直播技術(shù)需求的角度來看，傳輸安全可靠和信號質(zhì)量高是鮮明的特點。3G網(wǎng)絡(luò)的安全機制，抗干擾能力，服務(wù)質(zhì)量QoS保障技術(shù)，基站的覆蓋狀況，基站間切換傳輸時是否穩(wěn)定平滑，帶寬和編解碼技術(shù)等技術(shù)特性，關(guān)系到3G技術(shù)在電視領(lǐng)域應(yīng)用是否可行。

2 3G電視直播（傳輸）

關(guān)鍵要素分析

2.1 安全機制要素

為保證信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的安全，同時保證臺內(nèi)系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)的相對隔離，系統(tǒng)設(shè)計中可以使用VPDN的網(wǎng)絡(luò)安全接入方式。VPDN全名為虛擬私有撥號網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Dialup Networks），是指以撥號接入方式上網(wǎng)，通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的封包和加密在公網(wǎng)上傳輸私有數(shù)據(jù)，達到私有網(wǎng)絡(luò)的安全級別，從而利用公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）的架構(gòu)來構(gòu)筑企業(yè)之私有網(wǎng)絡(luò)。

VPDN的功能特點：（1）通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的封包和加密在公網(wǎng)上傳輸私有數(shù)據(jù)，達到私有網(wǎng)絡(luò)的安全級別，從而利用公網(wǎng)來構(gòu)筑企業(yè)之私有網(wǎng)絡(luò)。（2）遠程用戶經(jīng)過公共網(wǎng)絡(luò)，利用VPDN先進的IP虛擬通道技術(shù)，通過虛擬的加密通道與企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)連接，而公共網(wǎng)絡(luò)上的用戶則無法穿過虛擬通道。（3）使用VPDN業(yè)務(wù)，用戶無需自行投資建立昂貴的廣域網(wǎng)絡(luò)便可以建立自己的私有網(wǎng)絡(luò)，且節(jié)省長途撥號費用，減少運營成本。但是要實現(xiàn)這種安全機制，還是要犧牲一定的設(shè)備和帶寬資源，有時為了更好的避免畫面不流暢、延時的情況發(fā)生，實際中不得不采用公共網(wǎng)絡(luò)，既降低安全性來換取信號的流暢。

2.2 G抗干擾能力

根據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)運營商提供的數(shù)據(jù)表明，3G的干擾主要包括系統(tǒng)內(nèi)的干擾和系統(tǒng)間的干擾。對于3G在封閉性好的建筑里面進行測試，結(jié)果表明多個拐角和多層墻間隔對信號的傳輸影響不大，因為3G信號對整個建筑的覆蓋情況差不多，所以實際沒什么影響。在所有的應(yīng)用中，由系統(tǒng)間干擾造成的影響幾乎沒有，或者說影響小到幾乎無法察覺。

2.2.1 服務(wù)質(zhì)量QoS

目前運營商上載帶寬每個扇區(qū)共享5.8Mbps左右，每個3G網(wǎng)卡上載帶寬不

超過1.5Mbps，多塊卡經(jīng)測試不超過3Mbps，這樣導致在很多情況下，無法回傳高清視頻數(shù)據(jù)，大多數(shù)情況下，只能實現(xiàn)標清節(jié)目的直播。穩(wěn)定的帶寬保障以及特殊業(yè)務(wù)優(yōu)先接入方面，國內(nèi)運營商目前所能實現(xiàn)的還是所有3G業(yè)務(wù)共享同一網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺及帶寬，沒有對不同的業(yè)務(wù)做相關(guān)的QoS保障，導致視音頻傳輸業(yè)務(wù)（特別是在人流密集區(qū)）無法享受到穩(wěn)定的帶寬，從而可能會影響到直播業(yè)務(wù)的傳輸性能和畫面質(zhì)量。如何針對不同用戶或業(yè)務(wù)便捷地提供獨享、穩(wěn)定的帶寬以及業(yè)務(wù)的優(yōu)先接入是需要運營商在擴大傳輸平臺的使用率方面應(yīng)該考慮的事宜。

2.2.2 G基站的覆蓋狀況

目前3G基站的建設(shè)和覆蓋正逐年穩(wěn)步增長，無論是中國聯(lián)通的WCDMA基站、中國電信的CDMA2000基站還是移動的TD-SCDMA基站都迅速的由城市向鄉(xiāng)村快速擴展。具國家工信部的權(quán)威統(tǒng)計，截止2011年12月31日我國3G基站總數(shù)達到79.2萬個。

表一 截止2011年12月31日已建成基站及覆蓋率

由此看出我國的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已取得階段性成果，3G傳輸設(shè)備得以大范圍使用。

2.3 目前3G網(wǎng)絡(luò)的帶寬

對于電視直播，除了要求信號能夠快捷、安全地回傳到媒體中心之外，信號質(zhì)量高也是一個重要特征，對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)指標是3G網(wǎng)絡(luò)帶寬。對于3G網(wǎng)絡(luò)，其上下行速率是不對稱的，一般下行速率較快，對于電視信號在3G通信中的應(yīng)用，其上行速率是需要重點關(guān)注的。國內(nèi)，中國聯(lián)通WCDMA的上行速率理論值是在5.75Mbps，明顯優(yōu)于移動的TD-SCDMA和電信CDMA2000，因此在實際應(yīng)用中，中國聯(lián)通的WCDMA的3G卡是大多數(shù)直播應(yīng)用中所主要采用的。在單卡情況下實測上行速率對比見下表：

制式 實測上行速率 適用方式聯(lián)通WCDMA 1.5Mbps 3G 可用于標清電信CDMA2000 500Kbps移動TD-SCDMA 384Kbps

2.4 編解碼技術(shù)

在目前的3G直播中主流的編解碼技術(shù)是H.264（既MPEG4/AVC），或者是在其基礎(chǔ)上做部分優(yōu)化。H.264編碼技術(shù)具有低碼流、高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力、強丟包控制和誤碼恢復等優(yōu)點，適應(yīng)高誤碼率的無線網(wǎng)絡(luò)。很適合用在3G直播技術(shù)當中。H.264編碼技術(shù)的優(yōu)點：A.高編碼效率，比MPEG2平均節(jié)約64%的傳輸碼流，比MPEG4 ASP平均節(jié)約39%的傳輸碼流。B.能夠在低碼率情況下提供高質(zhì)量的視頻畫面。C.高網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力，H.264可以工作在視頻直播的低延時要求下，也可以工作在沒有延時的視頻存儲中。D.采用DCT變換編碼加DPCM差分編碼的混合編碼結(jié)構(gòu)，增加了如多模式運動估計、幀內(nèi)預(yù)測、多幀預(yù)測、基于內(nèi)容的變長編碼、4×4二維整數(shù)變換等新的編碼方式，提高了編碼效率。E.可根據(jù)不同的環(huán)境使用不同的傳輸和播放速率，并且提供了豐富的錯誤處理工具，可以很好的控制或消除丟包和誤碼。F.具有強大的錯誤恢復功能，提供了解決網(wǎng)絡(luò)傳輸丟包的工具，適用于在高誤碼率的無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸視頻數(shù)據(jù)。

3 實際應(yīng)用情況

2011年初，我們臺為熱播的民生新聞欄目《百姓關(guān)注》欄目組配備了3G新聞直播設(shè)備，關(guān)注老百姓身邊的事情，把民生新聞和突發(fā)新聞在最短時間，全面呈現(xiàn)在全市觀眾面前，該檔節(jié)目時效性強，內(nèi)容覆蓋范圍廣，要求設(shè)備不受時間和地域的限制。在設(shè)備的使用上，為欄目其中三組記者各配備一臺3G傳輸終端設(shè)備，每臺終端配備4張卡，并在演播室機房部署一臺媒體服務(wù)器，前端一般使用聯(lián)通WCDMA信號回傳，將攝像機拍到的信號實時傳送到媒體服務(wù)器，錄/播服務(wù)器通過視頻卡和相應(yīng)的軟件，輸出多路SDI信號供直播或編輯使用?？臻e時段碼率一般不小于1.5Mbps，圖像質(zhì)量完全可以接受，如果采訪現(xiàn)場使用手機的人較多或3G信號比較弱時，傳輸受到影響，攝像記者就把圖像錄到P2卡中暫時保存，待去到3G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的區(qū)域時再通過傳輸終端把視頻流回傳到臺里，或者記者將拍攝的素材用裝有非編軟件的筆記本電腦粗編后，再把編輯好并打包生產(chǎn)的文件用3G傳輸終端傳回媒體服務(wù)器。3G直播設(shè)備的投入使用為我們提供了民生類新聞和遠程連線節(jié)目的現(xiàn)場播報手段，尤其在狹窄的街道或崎嶇的山路上，發(fā)揮出靈活、快速的作用。

4 系統(tǒng)存在的不足和解決辦法

雖然3G電視直播系統(tǒng)有許多獨特的優(yōu)勢，在這幾年的應(yīng)用中運營商網(wǎng)絡(luò)和廣電設(shè)備廠商方面也在不斷的改進和發(fā)展，但是依然暴露出不少問題，具體歸納如下。

（1）客戶端設(shè)備集成度不高，重量偏大，可靠性差，應(yīng)對惡劣環(huán)境下的三防設(shè)計不足。（2）和導播的通話功能不足或者功能不強大。（3）運營商網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋存在盲點。由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化的速度難以同步基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，所以3G信號的覆蓋盲點無法短期內(nèi)消除。（4）常見的信號覆蓋盲點為：電梯內(nèi)、地下室、地下禮堂、車庫、3G信號屏蔽區(qū)域（重要會場）等。由于3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離和傳輸環(huán)境限制，在特殊環(huán)境下會出現(xiàn)信號偏弱，丟包率高的故障，尤其是3G 基站的邊緣地帶和房間分隔眾多的大樓內(nèi)部。（5）用戶過多時，帶寬限流。由于每個3G基站覆蓋范圍內(nèi)支持的用戶數(shù)是有限的，如果入網(wǎng)用戶超過基站的承載數(shù)量，基站會采用帶寬限流，無法保證每位接入用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

4.1 根據(jù)應(yīng)用中暴露出的不足，提出的解決方法如下

（1）在應(yīng)急和突發(fā)新聞直播的現(xiàn)場中，記者經(jīng)常會遇到惡劣的天氣和環(huán)境，雨水、灰塵、磕磕碰碰在所難免，為了保證傳輸終端的安全運行，在提高客戶端設(shè)備的集成度減少設(shè)備本身體積和重量的同時，應(yīng)采用鋁鎂合金等更輕便更易于散熱的材料，這些材料有利于降低設(shè)備重量，同時可以省去散熱孔和風扇，隔絕了粉塵對設(shè)備的傷害。

（2）在傳統(tǒng)的新聞直播業(yè)務(wù)中，導播需要通過多方通話系統(tǒng)或者電話來和現(xiàn)場記者溝通，而通過3G網(wǎng)絡(luò)回傳視頻時可以把語音信息加載到視頻數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，實現(xiàn)導播人員在錄/直播服務(wù)器上，可以通過監(jiān)控通道來和現(xiàn)場記者雙向通話?；蛘咧辽倌軌騻魉蚑ALLY指示燈的信號，使得客戶端和解碼接收服務(wù)器之間進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以有一個數(shù)據(jù)開始傳輸?shù)臉酥荆趥鬏斨袛嗷蛲戤吅?，顯示相應(yīng)中斷或停止提示信號。

（3）采用多卡捆綁技術(shù)和鏈路聚合技術(shù)、多鏈路擴展技術(shù)相結(jié)合。所謂的鏈路聚合是一種封裝技術(shù)，實質(zhì)是將兩條或多條數(shù)據(jù)鏈路“組合” 成邏輯上的單條數(shù)據(jù)通路。而當前最為成熟的H.264編碼圖像在720×576像素下傳輸不能低于1.5Mbps的碼率，3G網(wǎng)絡(luò)單卡的傳輸效率是達不到要求的，因此采用多卡捆綁的方式，通過鏈路聚合技術(shù)來提高通道的傳輸速率。多卡捆綁方式不僅將速率提升到600Kbps～2.5Mbps，由于采用不同運營商3G卡的組合，形成多鏈路傳輸，使傳輸?shù)馁|(zhì)量得到更好的保障。鏈路聚合技術(shù)還可以通過多個任意制式的無線信道的捆綁，可在現(xiàn)有的3G/WiFi網(wǎng)絡(luò)上將數(shù)據(jù)有效傳輸帶寬進一步擴展到3Mbps。例如，在特定的時間或地點，中國移動的3G鏈路質(zhì)量較差，而中國聯(lián)通和電信的鏈路質(zhì)量令人滿意，就可以使用聯(lián)通和電信的3G鏈路小范圍區(qū)域100～500 m覆蓋范圍不佳的情況，可以利用無線數(shù)字微波與3G無線傳輸搭配使用來解決。地面數(shù)字微波系統(tǒng)運用600～800 Mhz的廣播電視頻段，同時使用自成體系的發(fā)射與接收系統(tǒng)，保證在城市復雜條件下500 m，空曠區(qū)域3公里的有效視音頻傳輸，通過地面數(shù)字微波系統(tǒng)將視音頻素材信號從 3G信號異常區(qū)域，中繼到有3G信號覆蓋且3G信號繼續(xù)傳輸，而且通過多鏈路擴展技術(shù)，把海事衛(wèi)星、WiFi、Wimax等無線信道，ISDN、ADSL等有線信道同時作為數(shù)據(jù)的傳輸通道，當3G信號變?nèi)踝儾畹臅r候，采用糾錯和自動鏈路負載均衡技術(shù)，將多個不可靠、低速鏈路組合成一條可靠的寬帶上行鏈路用來保證視頻節(jié)目的實時傳輸。通過以上三項技術(shù)的有機結(jié)合可以實現(xiàn)大多數(shù)區(qū)域內(nèi)的視頻直播。傳輸架構(gòu)簡圖如圖二

圖二

（4）采用信號接力傳輸方案。對于較為穩(wěn)定的地方，然后再利用3G直播客戶端設(shè)備將視音頻實時回傳到電視臺，實現(xiàn)無縫接力3G電視直播。例如在礦井下或山區(qū)里，由于沒有3G信號覆蓋，這時可通過數(shù)字微波攝像機在礦井下將拍攝的信號傳送到地面，然后再與3G新聞傳送系統(tǒng)進行接力對接，最終通過3G網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場實況傳回電視臺。如圖三所示。

圖三

圖四

（5）采用視音頻數(shù)據(jù)本地保存延時播出。對于附近幾公里甚至更遠區(qū)域無3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋或3G覆蓋不穩(wěn)定的情況。由采集服務(wù)器和存儲設(shè)備實現(xiàn)延時播放的功能，既來自前端采集（包括采集、編碼和分割）的經(jīng)過分割的高碼率流發(fā)送到采集服務(wù)器，采集服務(wù)器統(tǒng)一采集并存儲到相關(guān)的存儲設(shè)備中。當記者返回到信號覆蓋區(qū)域時，可以隨時補傳新聞素材，不需要經(jīng)過其他傳輸設(shè)備中轉(zhuǎn)。如圖四所示。

5 結(jié)束語

基于3G通信技術(shù)的新聞直播傳輸系統(tǒng)在廣播電視上的應(yīng)用，極大地豐富了節(jié)目的表現(xiàn)形式，可以展現(xiàn)以往節(jié)目中難以獲取的珍貴素材，并在實現(xiàn)成本上遠遠低于轉(zhuǎn)播車或光纖傳輸設(shè)備的投入。隨著3G/4G移動通信技術(shù)的不斷成熟和推廣，從電視直播轉(zhuǎn)播的實際應(yīng)用與需求出發(fā)，融入廣播電視領(lǐng)域前沿的科學技術(shù)成果，相信新一代的3G乃至4G新聞直播系統(tǒng)會更廣泛的應(yīng)用在廣播電視行業(yè)中，并且真正實現(xiàn)電視節(jié)目直播常態(tài)化。

（清遠廣播電視臺，廣東清遠 511518）