曹春節(jié)

4G通信技術(shù)在電視直播中的應(yīng)用

曹春節(jié)

科技的高速發(fā)展讓移動通信系統(tǒng)更新?lián)Q代，從最早只能傳輸語音信號的大哥大，到今天語音、文字、視頻多種媒體全能傳輸?shù)拇笃聊皇謾C(jī)，讓我們對通信的迅猛發(fā)展感受頗深?，F(xiàn)今4G通信技術(shù)已成為移動通信技術(shù)的主流，它不僅改變著我們的生活方式，也為很多行業(yè)的變革提供了廣闊的想象空間。

一、4G通信網(wǎng)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)

4G是第四代通信技術(shù)的簡稱，是3G（第三代通信技術(shù)）的延伸，和以往的通信技術(shù)相比，它具有傳輸速率高、時延小、系統(tǒng)容量大、覆蓋范圍改善、運(yùn)營成本低的特點(diǎn)。在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率，比以前的撥號上網(wǎng)快2000倍,幾乎能滿足目前所有用戶對無線服務(wù)的要求。它能夠傳輸高品質(zhì)的視頻畫面及多媒體信息，圖像傳輸質(zhì)量能與高清電視相比，同時4G通信還改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)的延遲。這些性能的大幅改善得益于它采用的許多關(guān)鍵技術(shù)。

1. OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，是4G通信的核心技術(shù)，它是將傳輸信道劃分成多個正交子信道，串行高速數(shù)據(jù)信號被轉(zhuǎn)換成并行的低速數(shù)據(jù)流后調(diào)制在所有子信道上傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是：提高了頻譜的利用率，頻譜利用率比串行系統(tǒng)高出近一倍，還減少了信道之間的相互干擾。由于OFDM系統(tǒng)的每個頻帶都可以使用不同的調(diào)制方法，增加了系統(tǒng)的靈活性，從而滿足多用戶的需求，又具有高靈活度的特性。

2. MIMO（多輸入輸出）技術(shù)，就是在發(fā)送端和接收端同時使用多天線和多通道的技術(shù)。該技術(shù)充分利用多徑發(fā)射以及合成技術(shù)，有效地提高了整個系統(tǒng)的性能。采用該技術(shù)還可以提高頻譜的利用率，適當(dāng)?shù)販p小發(fā)射功率，增大系統(tǒng)的容量。同時該技術(shù)通過采用自適應(yīng)波束形成技術(shù)，減少了不同信道間的干擾。

3. SA(智能天線)技術(shù)，該技術(shù)通過采取滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的算法調(diào)整、數(shù)字波束調(diào)節(jié)及自動追蹤等智能化方法提高了系統(tǒng)的性能。在抑制干擾信號的同時加強(qiáng)了主體信號強(qiáng)度，提高了通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和通信質(zhì)量，有效地擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

4.SDR(軟件無線電)技術(shù)是一種可以將各種通信技術(shù)聯(lián)系在一起的技術(shù)，通過SDR技術(shù)能夠建立一個運(yùn)行各種軟件的系統(tǒng)平臺，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多層次、多模式的無線通信。使各種平臺和系統(tǒng)兼容。

另外，4G通信技術(shù)還具有一個基于全I(xiàn)P的核心網(wǎng)絡(luò)，使不同網(wǎng)絡(luò)之間可以做到無縫互聯(lián)互通。核心網(wǎng)絡(luò)可提供端對端的IP服務(wù)。由于IP能與多種接入?yún)f(xié)議兼容，從而提供了核心網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

二、4G技術(shù)應(yīng)用于電視直播

電視技術(shù)發(fā)展到今天，數(shù)字高清和標(biāo)清信號已成為主流，為滿足海量圖像信息高速傳播的要求，電視觀眾不僅需要高清晰度高質(zhì)量的海量節(jié)目，對信息的快速、及時傳播也提出了更高要求。反應(yīng)快速、現(xiàn)場直觀真實(shí)的電視直播方式越來越多地為各級電視臺所采用，而無線的直播方式由于受地理位置、外部條件限制相對小，場地可選余地大就成為直播的首選。

傳統(tǒng)的無線直播方式中SNG(衛(wèi)星新聞采集)、微波等方式雖然各有優(yōu)點(diǎn)，傳輸質(zhì)量也高，但也有很多局限，比如衛(wèi)星租用費(fèi)用高，調(diào)試耗時，設(shè)備要求繁雜，不能快速移動，受天氣、周邊建筑影響大，人員配置要求高，使用微波方式傳輸時距離還受限，長距離傳輸需中繼等等，這在一定程度上制約了電視直播的大范圍采用。在這種情況下，方便、快速、靈活、經(jīng)濟(jì)的直播手段就成為更迫切的需求。而覆蓋面積廣、靈活成熟、傳輸效率高的移動通信網(wǎng)為我們提供了更好的選擇。

將移動通信技術(shù)應(yīng)用于電視直播在3G網(wǎng)時就已開始，3G通信網(wǎng)雖然已經(jīng)可以傳輸除語音以外的圖像、音樂、視頻等多媒體信息，但它的數(shù)據(jù)傳輸碼率還有限，三大運(yùn)營商移動、電信、聯(lián)通雖然采用了不同的TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它們的下行傳輸速率也只有2.8Mbps、3.1Mbps、14.4Mbps,上行傳輸速率為384kbps、1.8Mbps、5.76Mbps。即使采用傳輸碼率最高的聯(lián)通WCDMA，在傳輸經(jīng)過主流編碼技術(shù)優(yōu)化的數(shù)字電視信號時也顯得捉襟見肘。在我們實(shí)際的使用過程中常不盡如人意，比如傳輸畫面質(zhì)量差，卡頓不流暢，出現(xiàn)馬賽克，甚至信號中斷；信號延時大，不穩(wěn)定；受運(yùn)營商布網(wǎng)影響大，在偏僻、城市邊緣網(wǎng)絡(luò)狀況差的地區(qū)無法正常使用；由于網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率的限制，在大型賽事、大型活動現(xiàn)場等人流密集區(qū)，常會因網(wǎng)絡(luò)擁擠、堵塞造成信號傳輸停頓、中斷，無法完成預(yù)先計劃的直播任務(wù)。由于3G通信技術(shù)在電視直播中的諸多不足，在實(shí)際使用中我們只能把它作為直播節(jié)目中的有效補(bǔ)充，不能大范圍、高頻率地采用。

4G通信技術(shù)采取了前面提到的多種新的關(guān)鍵技術(shù)，使它與之前的3G技術(shù)比，不僅在傳輸速率上有近十倍的提高，還擴(kuò)展了系統(tǒng)的容量，降低了系統(tǒng)延遲。更高的網(wǎng)速、更小的延時讓人們網(wǎng)上沖浪、上傳下載更快更流暢，使傳輸高清視頻、即拍即傳、高清視頻會議等以往受制于網(wǎng)速瓶頸的應(yīng)用成為可能。將4G技術(shù)應(yīng)用于電視直播中也彌補(bǔ)了3G技術(shù)在電視應(yīng)用中的諸多缺陷，達(dá)到了比較理想的傳輸效果。

三、4G電視直播系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)

采訪現(xiàn)場攝像機(jī)采集的畫面經(jīng)SDI接口送到連接的直播機(jī)，經(jīng)過編碼、壓縮處理后，打包由無線上網(wǎng)卡上傳到4G通信網(wǎng)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)接收的信號傳輸?shù)浇邮斩说姆?wù)器，經(jīng)解壓、解碼處理后轉(zhuǎn)換成SDI信號，送電視臺導(dǎo)播間直播系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場直播或送編輯系統(tǒng)錄制用作節(jié)目素材。

南京臺采用的4G設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

1.高清、標(biāo)清數(shù)字信號兼容。在現(xiàn)場采訪端，在先送入攝像機(jī)攝制信號的前提下，開機(jī)后直播機(jī)可以自動識別高清、標(biāo)清信號，根據(jù)直播系統(tǒng)的要求傳輸合適的信號。

2.超低的延時。采集的視音頻信號經(jīng)系統(tǒng)傳輸后到演播室延時小于2秒，基本可滿足直播需要。

3.支持雙向通話。為采訪端和直播導(dǎo)播間提供了實(shí)時語音交流的通路。

4.可以直接傳送現(xiàn)場實(shí)時采集的視音頻信號，也可以進(jìn)行文件傳送或進(jìn)行本地存儲。

5.可以實(shí)時直觀監(jiān)看傳輸?shù)膱D像信號及信號傳輸速率等數(shù)據(jù)指標(biāo)。以往南京臺使用的3G設(shè)備在采訪端的直播機(jī)上沒有傳輸信號和傳輸速率的顯示。采訪端工作人員對準(zhǔn)備傳輸?shù)膱D像信號情況、是否能正常傳輸、通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸情況無法判斷，能否正常傳送信號回電視臺都不能掌控，全靠接收端工作人員的反饋才能確定，具有很大的盲目性。4G設(shè)備的這項(xiàng)改進(jìn)給采訪端人員提供了很大便利，可以預(yù)先監(jiān)看下發(fā)送的圖像情況，還可以根據(jù)顯示的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率確定附近通信網(wǎng)的傳輸狀況是否滿意，以便及時調(diào)整采訪位置，保證信號成功回傳。

4G技術(shù)為我們提供了一種易于攜帶、可以靈活移動、經(jīng)濟(jì)投入小、人員要求少的比較理想的直播方式。實(shí)際使用中傳輸?shù)囊曇纛l信號清晰流暢，可以滿足新聞電視節(jié)目的要求，在無線通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下無卡頓，延時也小。隨著科技的發(fā)展，相信會有更小型化、清晰度更高、功能更完備的設(shè)備面世。隨著功能的完善，或許它將替代傳統(tǒng)的直播方式，成為電視直播的首選。

（作者單位：南京廣播電視集團(tuán)）