4G通信技術在電視直播中的應用

曹春節

4G通信技術在電視直播中的應用

曹春節

科技的高速發展讓移動通信系統更新換代，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的大屏幕手機，讓我們對通信的迅猛發展感受頗深。現今4G通信技術已成為移動通信技術的主流，它不僅改變著我們的生活方式，也為很多行業的變革提供了廣闊的想象空間。

一、4G通信網的特點及其關鍵技術

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

1. OFDM(正交頻分復用)技術，是4G通信的核心技術，它是將傳輸信道劃分成多個正交子信道，串行高速數據信號被轉換成并行的低速數據流后調制在所有子信道上傳輸。其優點是：提高了頻譜的利用率，頻譜利用率比串行系統高出近一倍，還減少了信道之間的相互干擾。由于OFDM系統的每個頻帶都可以使用不同的調制方法，增加了系統的靈活性，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，就是在發送端和接收端同時使用多天線和多通道的技術。該技術充分利用多徑發射以及合成技術，有效地提高了整個系統的性能。采用該技術還可以提高頻譜的利用率，適當地減小發射功率，增大系統的容量。同時該技術通過采用自適應波束形成技術，減少了不同信道間的干擾。

3. SA(智能天線)技術，該技術通過采取滿足一定標準的算法調整、數字波束調節及自動追蹤等智能化方法提高了系統的性能。在抑制干擾信號的同時加強了主體信號強度，提高了通信系統的數據傳輸速率和通信質量，有效地擴展了系統容量。

4.SDR(軟件無線電)技術是一種可以將各種通信技術聯系在一起的技術，通過SDR技術能夠建立一個運行各種軟件的系統平臺，在此基礎上實現多層次、多模式的無線通信。使各種平臺和系統兼容。

另外，4G通信技術還具有一個基于全IP的核心網絡，使不同網絡之間可以做到無縫互聯互通。核心網絡可提供端對端的IP服務。由于IP能與多種接入協議兼容，從而提供了核心網絡的靈活性。

二、4G技術應用于電視直播

電視技術發展到今天，數字高清和標清信號已成為主流，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量的海量節目，對信息的快速、及時傳播也提出了更高要求。反應快速、現場直觀真實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。

傳統的無線直播方式中SNG(衛星新聞采集)、微波等方式雖然各有優點，傳輸質量也高，但也有很多局限，比如衛星租用費用高，調試耗時，設備要求繁雜，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、經濟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為我們提供了更好的選擇。

將移動通信技術應用于電視直播在3G網時就已開始，3G通信網雖然已經可以傳輸除語音以外的圖像、音樂、視頻等多媒體信息，但它的數據傳輸碼率還有限，三大運營商移動、電信、聯通雖然采用了不同的TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA技術標準，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通WCDMA，在傳輸經過主流編碼技術優化的數字電視信號時也顯得捉襟見肘。在我們實際的使用過程中常不盡如人意，比如傳輸畫面質量差，卡頓不流暢，出現馬賽克，甚至信號中斷；信號延時大，不穩定；受運營商布網影響大，在偏僻、城市邊緣網絡狀況差的地區無法正常使用；由于網絡容量和傳輸速率的限制，在大型賽事、大型活動現場等人流密集區，常會因網絡擁擠、堵塞造成信號傳輸停頓、中斷，無法完成預先計劃的直播任務。由于3G通信技術在電視直播中的諸多不足，在實際使用中我們只能把它作為直播節目中的有效補充，不能大范圍、高頻率地采用。

4G通信技術采取了前面提到的多種新的關鍵技術，使它與之前的3G技術比，不僅在傳輸速率上有近十倍的提高，還擴展了系統的容量，降低了系統延遲。更高的網速、更小的延時讓人們網上沖浪、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速瓶頸的應用成為可能。將4G技術應用于電視直播中也彌補了3G技術在電視應用中的諸多缺陷，達到了比較理想的傳輸效果。

三、4G電視直播系統的構成和特點

采訪現場攝像機采集的畫面經SDI接口送到連接的直播機，經過編碼、壓縮處理后，打包由無線上網卡上傳到4G通信網，經過網絡接收的信號傳輸到接收端的服務器，經解壓、解碼處理后轉換成SDI信號，送電視臺導播間直播系統進行現場直播或送編輯系統錄制用作節目素材。

南京臺采用的4G設備具有以下特點：

1.高清、標清數字信號兼容。在現場采訪端，在先送入攝像機攝制信號的前提下，開機后直播機可以自動識別高清、標清信號，根據直播系統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系統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。為采訪端和直播導播間提供了實時語音交流的通路。

4.可以直接傳送現場實時采集的視音頻信號，也可以進行文件傳送或進行本地存儲。

5.可以實時直觀監看傳輸的圖像信號及信號傳輸速率等數據指標。以往南京臺使用的3G設備在采訪端的直播機上沒有傳輸信號和傳輸速率的顯示。采訪端工作人員對準備傳輸的圖像信號情況、是否能正常傳輸、通信網網絡傳輸情況無法判斷，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設備的這項改進給采訪端人員提供了很大便利，可以預先監看下發送的圖像情況，還可以根據顯示的網絡傳輸速率確定附近通信網的傳輸狀況是否滿意，以便及時調整采訪位置，保證信號成功回傳。

4G技術為我們提供了一種易于攜帶、可以靈活移動、經濟投入小、人員要求少的比較理想的直播方式。實際使用中傳輸的視音頻信號清晰流暢，可以滿足新聞電視節目的要求，在無線通信網網絡暢通的情況下無卡頓，延時也小。隨著科技的發展，相信會有更小型化、清晰度更高、功能更完備的設備面世。隨著功能的完善，或許它將替代傳統的直播方式，成為電視直播的首選。

（作者單位：南京廣播電視集團）