簡易電視直播與網絡現場互動系統

樊 碚， 莫 鴻

(西南大學 計算機與信息科學學院，重慶400715)

0 引 言

電視直播與網絡現場互動技術在當今的電視傳媒領域應用廣泛，它以其實時、高效、互動及時和受眾面廣等優勢深受人們的喜愛，尤其在大學校園文化建設中倍受師生的青睞。然而，電視直播與網絡現場互動系統設備復雜，轉播費用昂貴，一般學校難以實現，通常只能依托專業電視臺或大型傳媒公司。如何降低成本，挖掘自身潛能將該技術引入大學校園，是教育技術專業有待研究的課題。近年來，我們進行了有益的嘗試。利用教育技術專業有限的實驗教學設備，搭建了一套簡易的電視直播與網絡現場互動系統，實現了校園文藝晚會等綜藝節目的電視直播與網絡現場互動，也為教育技術專業的學生提供了一套貼近現實的綜合實驗教學平臺，效果令人滿意，反映強烈。

1 系統功能

能實現多機位攝像機的現場編輯與切換;視頻切換臺輸出的攝像機信號與電腦播出的各種多媒體信號可相互切換;將現場拍攝的節目實時重現在場里、場外的大屏幕上;能通過新浪微博大屏幕平臺實現現場觀眾與節目的實時互動;節目直播的同時將電視信號錄制到電腦硬盤上，等等。

2 系統組成

2.1 有線電視直播系統

該系統由以下幾部分組成:

(1)視頻拍攝與現場切換。利用多機位拍攝現場節目，并將視、音頻信號送入數字視頻切換臺進行現場編輯與切換。主要由專業攝像機、數字視頻切換臺、監視器等設備組成。

(2)多媒體視音頻播出。在文藝演出換場間歇插播前期做好的視音頻花絮和多媒體視頻素材。主要由計算機和相應的多媒體播放軟件以及視音頻素材等組成。

(3)視頻分配、傳輸與場內重現。將視頻切換臺輸出的信號分成多路，分別通過視頻電纜送到投影儀(或大禮堂的液晶屏控制器)和調制器。主要由視頻分配器、視頻電纜、投影儀(或禮堂已具備的大屏幕液晶屏系統)等組成。

(4)射頻傳輸與場外重現。將轉播信號引出場外，實現場外投影的實時現場直播。主要由調制器、電視機、射頻電纜、投影儀、有源音箱等設備組成。

(5)音響與燈光系統。對禮堂的音響和燈光效果進行控制。這部分通常由大禮堂的技術人員進行控制，因此不在本系統的范圍內。

本系統所用主要設備包括:松下AG-AC160AWC型專業攝像機4 臺、銘洋SE-800 數字視頻切換臺1臺、銘洋四聯TLM-404 型監視器1 臺、視音頻切換器1臺、電視機3 臺、電腦3 臺、調制器1 臺、視頻分配器1臺、投影儀4 臺、100 W 左右的有源音箱2 個，以及射頻分配器、VGA2 選1 開關、各種信號轉接頭、連接線纜等器材。這些設備及器材都是高校教育技術專業或傳媒專業常用的基本實驗教學設備。另外，禮堂大屏幕液晶屏及控制系統(或大屏幕投影幕布)、音響、燈光等設備都是各種禮堂、劇場的基本硬件設備，因此，不在本系統之列。

2.2 新浪微博大屏幕系統

該系統主要包括:①新浪微博墻后臺服務技術系統;②兩臺能上網的電腦:電腦A 負責鏈接大屏幕，電腦B 負責內容審核;③網絡:建立有線或無線獨立網絡，512 K 以上;④屏幕設備:LED 液晶屏或投影幕布等視頻輸出設備屏;⑤一人及多人［1］:專人內容審核。(注意:上述器材中，電腦、液晶屏、投影幕布等視頻輸出設備與有線電視直播系統共享)。該系統組成如圖1 所示［2］。

圖1 新浪微博大屏幕系統組成圖

新浪微博大屏幕也稱微博墻，是在展會、音樂會、婚禮現場等場所展示特定主題微博的大屏幕，大屏幕上可以同步顯示現場參與者發送的短信和網友發送的微博［3］，使場內外觀眾能夠第一時間傳遞和獲取現場信息，達到現場與微博用戶的即時互動［4］，非常適合各種綜藝節目的場里、場外現場互動。新浪微博墻是新浪公司面向社會打造的一個公共信息傳播平臺，用戶只要確定了自己所承辦活動的主題，按要求登陸新浪相關網站，就可申請微博大屏幕。有關新浪微博墻的申請方法和相關詳細技術問題不在本文的探討之列，有興趣可登陸新浪微博大屏幕網站:http://screen.weibo.com/［5］。

3 系統適用環境與基本工作原理

3.1 適用環境與要求

該平臺為4 機位電視直播與網絡現場互動系統，適用于可容納1 500 人以內的禮堂及禮堂外廣場。要求禮堂內應具備一般的舞臺燈光照明系統、舞臺音響系統和大屏幕液晶屏(或大屏幕投影幕布);應具有四個攝像機機位的架設空間和中心切換臺擺放的場地，并保證各工作區間能獲得可靠的220 V 交流電源。

3.2 基本工作原理

文藝晚會現場直播目前常采用兩種方式:流媒體網絡直播方式和有線電視直播方式。前者指在Internet/Internet 中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件［6］，將這些視音頻文件經過壓縮處理后放到網絡服務器上，進行電視直播，讓瀏覽者一邊下載一邊收看［7］。然而，基于網絡的實時現場直播對網絡信號帶寬和流媒體服務器等設備配置要求很高，即使各項指標都匹配，在實際應用中也可能發生信號周期暫停。應當注意的是，校園文藝晚會現場直播，大屏幕與觀眾都在現場，電視投影畫面不與現場表演同步，必然將直接影響直播效果，這也是目前網絡直播的最大缺陷。有線電視直播是指利用射頻調制技術通過射頻電纜傳送電視信號。有線射頻傳輸方式可將不同制式、不同調制方式、不同頻率的各種射頻信號經專用射頻混合器混交在一起，通過一根射頻電纜和相應的放大器、分支器、分配器實現多套節目的遠距離傳輸與多用戶接收。其主要缺點是放大器熱噪聲干擾和多頻道間的交調干擾、互調干擾難以消除。盡管是一種模擬傳輸方式，但在本系統中，由于傳輸距離僅為劇場內外200 m 的范圍，因而無需放大器，從而避免了因放大而產生的熱噪聲干擾。并且，在該系統中是將視音頻信號直接進行調制和解調，無需模數與數模轉換、壓縮與解壓縮等環節，因此，直播信號十分流暢，基本沒有延遲問題，完全與現場表演實時同步;另外，由于采用單頻道專線射頻傳輸，從而完全消除了有線電視系統內的交調干擾和互調干擾，信號電平也可以通過調制器進行有效控制。因此，傳送質量優于一般的有線電視。我們設計的電視直播與網絡現場互動系統就是基于射頻傳輸的有線電視直播方式。本系統將有線電視直播技術與計算機網絡傳輸技術有機結合，只有現場互動的微博短信文字信息運用了互聯網，而這些文字信息的傳遞對網速要求不高。該系統中的主要設備都是高校常用的基本實驗教學設備，對于操作人員也沒有特別高的技術要求。

4 實現過程

校園文藝晚會電視直播與網絡現場互動系統框圖如圖2 所示。場內信號采用視音頻傳輸方式。4 臺攝像機輸出的視頻信號由4 根50 m 長的75-5 實芯電纜(依據視頻傳輸領域的3 dB 帶寬原則，在確保不超過3 dB 失真度的前提下，75-5 實芯電纜可傳輸的距離為135 m，因此，采用50 m 75-5 實芯電纜傳送攝像機信號完全能保證信號電平的質量要求。)分別送入數字視頻切換臺的4 個輸入端，并由4 聯監視器TVA、TVB、TVC、TVD 進行分別監控，通過數字視頻切換臺實現多機位攝像機的現場編輯與切換(另外可以額外放置1根較長的備份攝像機電纜，并準備好備份攝像機，在電纜或攝像機發生故障時可及時更換［8］)。與此同時，來自禮堂調音臺的音頻信號也送人數字視頻切換臺的輔助音頻輸入端。切換臺輸出信號由節目端輸出，并由切換臺的S 端子和音頻輸出1 端口輸出信號到電視機TVo 進行監控。另外數字視頻切換臺通過1394 連接線與裝有數字視頻采集卡的電腦PC3 相連，用于錄制直播的節目(由于1394 端口中已嵌入了音頻，因此，錄制的節目是聲畫同步的)。

圖2 多機位電視直播與網絡現場互動系統組成框圖

各種前期制作的視頻花絮、多媒體素材分別由2臺電腦PC1、PC2 送出，并通過VGA2 選1 開關進行選擇。同時，PC1、PC2 也承擔網絡微博發布的任務，它們都接入互聯網，并登陸新浪微博大屏幕系統指定的不同網址，分別負責鏈接大屏幕和信息內容審核。當需要播出視頻花絮和多媒體素材時，PC1、PC2 只充當2 個視頻源，通過VGA2 選1 開關進行選擇輸出;當要輸出參與者發送的短信和微博信號時，PC1、PC2 都工作在上網模式，互動的微博短信首先經PC2 進行信息內容審核，然后由PC1 鏈接到大屏幕。因此，此時VGA2 選1 開關只能置于PC1 一邊。為了保證信號切換流暢，2 臺電腦應由2 人分別控制。由于數字視頻切換臺輸出為復合視頻信號，而電腦輸出的是VGA 信號，為了用視音頻切換器進行統一切換，因此，加入了1 個VGA/V 轉換器。視音頻切換器用于切換來自數字視頻切換臺的攝像機信號和來自電腦的視頻花絮、多媒體素材或網絡互動信號。節目正常演出時，切換播出攝像機信號;演出換場時，切換成電腦播出的視頻花絮、多媒體素材節目或網絡互動信號，從而保證場里、場外的大屏幕上始終都有精彩的節目播出，確保不會出現換場時的雜亂場面。

視音頻切換器輸出的節目信號送入視頻分配器進行分配。如果禮堂已有大屏幕液晶系統，可將一路視頻信號送到舞臺總控室，并通過舞臺總控計算機在禮堂大屏幕液晶屏上重現直播的電視節目;若禮堂沒有大屏幕液晶屏，可在禮堂兩邊的適當位置安放兩臺投影儀，分別利用兩根視頻電纜(如圖2 中的虛線連接)將投影儀與視頻分配器相連，通過投影儀把電視節目投影到舞臺兩端的大屏幕上。

場外實況直播射頻傳輸系統如圖3 所示。禮堂外的電視信號通過射頻方式進行有線傳送，傳輸距離在200 m 以內。由于距離不長，電纜傳輸很方便，中間可以不加放大器，射頻電平的調試也就變得比較簡單［9］。射頻有線傳輸的關鍵就是要保證終端電平為70 dB±5%的技術要求，因此，調制器是直播的關鍵設備?？紤]到射頻電纜的衰減特性，隨著頻率的升高，總損耗將增大［10］，選擇300 MHz 以下的VHF 波段，并選用75-5 的物理發泡射頻電纜進行傳輸。在VHF 波段，該電纜的衰減特性為12 dB/100 m 左右，200 m 衰減24 dB 左右，另外2 分配器要衰減4 dB，因此，射頻傳輸系統將衰減28 dB 左右。為確保終端電平要求，選用帶射頻輸出電平調節的VHF 波段調制器，其輸出電平在80 dB 到110 dB 范圍內連續可調。來自視頻分配器的視頻信號與來自數字視頻切換臺音頻輸出2端口的音頻信號分別輸入到調制器，調制后的射頻信號經200 m 的射頻電纜連接到室外的射頻2 分配器。分配器將射頻信號分成2 路，分別輸入到2 個電視機的射頻輸入端進行解調和監控。電視機的復合視頻輸出端通過視頻電纜與投影儀的視頻輸入端相連，由投影儀投影出電視畫面;電視機的音頻輸出端通過音頻電纜與有源音箱相連，由有源音箱播放現場聲音。電視機在這里主要起到解調的作用，以還原出音視頻信號，因為投影儀不能接收射頻信號，只能接收復合視頻信號，而有源音箱需要音頻信號。系統連接好后，要對系統進行測量和調整［11］。

5 參數計算、測試與調整

本系統需要測試與調整的主要包括微博大屏幕和射頻傳輸部分。微博大屏幕的測試與調整方法在新浪微博大屏幕相關網站有詳細介紹，此處從略。至于射頻傳輸部分，可依據以下終端電平SM的計算公式進行計算［12］:

因該系統為單線單頻道方式傳輸，且無放大器、分支器和衰減器，因此，式中放大器增益GF、衰減器損耗LS、分支器的分支損耗LF和插入損耗LC均為零，調制器輸出電平ST只與終端電平SM、電纜損耗LX和分配器損耗LP有關，即:

由于SM、LP和LX都是已知的，因此很容易計算出調制器輸出電平值ST，并依據該參數對系統進行測量與調整。

測試時，首先調整調制器的射頻控制旋鈕，用電視場強儀測量其射頻輸出，使之等于ST值;隨后，再將系統連上，用電視場強儀監測分配器的輸出電平，并微調調制器的射頻控制旋鈕，使之達到70 dB ±5%的終端電平標準即可(另外，由于2 分配器到2 個解調電視機的距離較短，故其電纜損耗忽略)。

6 打造團隊，制定轉播方案

綜藝節目的電視直播是一項系統工程，需要一個團隊的支持，團隊成員綜合素質的高低往往會決定直播的成敗。由于參與直播的工作人員都是教育技術專業的學生，他們的專業技能有限，在平時的實驗教學中也缺少貼近現實的綜合性實驗鍛煉條件和機會，因此，在制定直播方案前，應組織學生進行培訓，并選出優秀的同學組成團隊。在培訓期間，老師要繪出詳細的系統組成原理框圖，指導學生了解系統組成及信號流程，熟悉系統設備的操作要領，明確直播主題和現場編輯要求及注意事項，使他們對直播系統有一個整體的概念。直播任務接受以后，除了要準備好相應的設備、器材，培訓參加人員外，還要與相關的職能部門充分溝通，了解影響直播的一些外部因素，并制定出詳細的直播方案。首先，了解直播的時間與場地，以便掌握現場情況:確定攝像機、數字視頻切換臺等設備的安放位置、電源插座距離是否合適、燈光效果是否理想;其次，盡早獲取組織方提供的晚會次序表，了解整個晚會流程和節目內容，使攝像人員明確自己的職責和大致的取景范圍;再者，由于不是專業的現場直播系統，系統內沒有內部通話功能，因此，還要組織專人負責協調多機位與現場編輯切換臺間的聯系(如:通過微信、電話等方式)，以避免直播出現無序狀態。另外，必須把握住晚會開始前的最后一次彩排機會，到現場演練一次，以便調整好攝像機機位、白平衡，選擇好合理的取景范圍和鏡頭效果，以及現場切換的關鍵點，并對射頻電平指標和節目輸出效果進行監控，發現問題，即時處理。

7 結 語

從技術上講，實現文藝晚會電視直播與網絡現場互動有多種方式，對于一般高校而言，關鍵是要找到最適合自己需要，性價比最高，最能實現和駕馭的一種方式。本系統經濟實用，操作簡便，所用設備都是各高校教育技術專業常用的實驗教學設備，只要將它們優化組合，合理搭配，就能搭建起一套簡單實用的電視直播與網絡現場互動系統，實現各種文藝晚會的現場直播，既滿足了校園文化建設的需要，又使實驗教學設備得到充分的利用。

另外，我們知道，教育技術是一個交叉性的、跨學科的綜合性應用型學科，要求學生掌握多方面的理論知識和技術手段，從這方面來說，教育技術學科更需要開設培養學生多種能力的綜合性實驗［13］。所謂綜合性實驗，是指在學生具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上，運用某一課程或多種課程的綜合知識，對學生實驗技能和實驗方法進行綜合性訓練的一種復合性實驗［14］。然而，受條件的限制，學校開設綜合性實驗的數量和質量都遠遠不夠，學生參加社會實踐的機會也十分有限，從而直接影響了教學質量。本系統的搭建，為教學技術專業的學生提供了一個貼近現實的綜合實驗平臺。在這個平臺中，學生將多方面的知識進行融會貫通，充分發揮想象力，解決了一個又一個的實際問題，圓滿地完成了直播任務，感覺很有成就感，綜合能力得到了全面的提升。近年來，我們因地制宜，探索將校園文化建設的社會實踐與實驗教學有機結合的教學模式，合理利用電視直播與網絡現場互動系統平臺進行實驗教學，效果很好。極大地激發了學生的學習熱情，報名參加轉播團隊的同學十分踴躍，真正實現學生在實驗活動中變被動為主動，由“要我做實驗”變為“我要做實驗”［15］。這種實踐既拓展了實習教學的深度，又提高了實習教學效果［16］。實踐證明，我們設計的這套既有社會效益又有教學功效的電視直播與網絡現場互動系統在高校的校園文化建設和實驗教學中應用效果很好，具有一定的推廣價值。

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［2］ 新浪微博大屏幕—公關活動策劃http://wenku.baidu.com/link?

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