無線傳輸技術在電視轉播中的應用

包瓊勇

（四川廣播電視臺，成都 610041）

電視轉播以視音頻為主，高清信號碼率達到3Gb/s，信號碼率高，誤碼率低，高速移動，大范圍接收。同時為了實現機位準確切換，場內外現場互動，要求延遲低，無線傳輸技術要求比較高。隨著無線傳輸技術的發展運用，一些無線傳輸技術開始在電視轉播中得到運用，主要有移動微波、4G移動通信、無人機通信、衛星通信等。

1 移動微波傳輸技術

微波通信技術在電視領域運用最早出現，是在兩地間中長距離固定點對點電視微波中轉，為電視信號的覆蓋傳輸使用。近幾年，移動微波技術成熟后，在電視轉播中開始得到應用。移動微波傳輸系統包括：攝像機端的信號編碼調制發射單元，轉播車端接收解碼主機兩大部分（圖1）。如果需要擴展傳輸距離還需要中繼站。攝像機一直處于移動拍攝，發射端需采用全向天線，接收端采用全向或者根據情況可選用全向加定向天線組合的方式。

圖1 Gigawave雙分集接收移動微波傳輸系統

我臺在轉播車配置了兩套移動微波系統，采用的是Gigawave雙分集接收移動微波。

1.1 發射端編碼調制單元

該發射單元采用一體化結構，采用與攝像機電池卡口相同的結構，后掛于攝像機主機與電池間，使用攝像機電池供電，拆卸方便。支持SD/HD SDI、HDMI、模擬復合視頻輸入，發射端實物如圖2所示。

圖2 Gigawave編碼調制發射單元

發射端發射頻率為1.95GHz-2.7GHz，發射功率200mw，理論傳輸距離為兩千米，信號編碼采用H.264/MPEG-4，壓縮效率高，調制方式DVB-T，主要的技術參數如下：

1.2 接收主機及雙天線接收頭

該主機支持外同步信號鎖定，分集天線輸入，H264、MPEG2自適應解碼。接收機及天線接收頭實物如圖3：

圖3 接收主機及雙天線接收頭

主機的主要性能參數如下：

接收主機的系統框圖如圖4：

圖4 接收主機系統框圖

1.3 傳輸性能分析

1.3.1 優點

（1）支持高、標清、模擬多格式輸入，采用264圖像信源編碼壓縮方式，效率高，圖像質量高。信道編碼采用COFDM，調制方式支持從QPSK到64QAM可選，碼率從1/2到7/8，以適應不同的信道質量。

（2）只需要配置設備成本，采用微波頻道，隨時可用，不需要租用信道，沒有信道使用費。

（3）支持擁有和有線攝像機一樣的反向控制系統，可遠程空中攝像機進行參數調制和控制。

（4）傳輸延遲低（40ms），在轉播車現場與有線攝像信號幾乎同步，導演可現場切換使用，滿足現場錄制甚至直播的要求。

1.3.2 不足

（1）相比較于4G系統，設備比較笨重，操作復雜一些。（2）發射功率小，最大為200mW，傳輸距離短，2千米以內。（3）容易受電磁信號干擾和物體阻礙，信號不穩定，易出現馬賽克或者靜幀畫面。

2 4G無線傳輸技術

隨著通信技術的發展，手機4G移動通信成熟和網絡優化，4G的下行傳輸帶寬達到了100Mb/s，上行帶寬達到30Mb/s，滿足高清信號的實時傳輸要求。傳輸系統包括客戶端-拍攝端編碼發射端、營運商網絡、服務器端-媒體接收及輸出服務器。系統示意圖如圖5。

圖5 4G傳輸示意圖

2.1 移動客戶端

可同時插入8個不同制式的3G/4G上網卡，將攝像機SDI、HDMI輸出信號進行編碼壓縮進行IP封裝，發射4G格式的無線信號，通過營運商移動4G網絡進行傳輸。

據不同的使用場景，可以分為轉播用攝像機4G 模塊和新聞記者使用4G背包。在非實時性的節目或者是在臺內演播室進行制作切換的節目轉播時，游動機位采用4G攝像機進行傳輸。在新聞外場直播要求時效性高，更注重內容及時性，因此4G無線傳輸在新聞外景直播中運用較多，體現了4G傳輸的靈活性。也可以使用手機客戶端輕量化的部署使用，提高了移動直播的靈活性。

2.2 媒體接收及輸出服務器

通過互聯網絡獲取回傳的IP信號，解壓縮后轉換成SDI信號用于播出，支持SD/HD輸出，也支持文件回傳下載，存為文件用于后期編輯。具備賬號管理、權限設置、以及客戶端的狀態監控。

2.3 傳輸性能分析

（1）優點：設備小巧，操作簡單，可以一臺4G背包單機的方式外出拍攝，實時回傳，方便靈活；智能視頻分割，高效壓縮信源編碼，根據網絡狀態將視頻信號動態分割成小的數據包進行傳輸；不易受直線障礙物阻擋，有移動信號就可以轉播，具有前向糾錯技術，可以遠距離傳輸；根據網絡帶寬情況，可變碼率編碼技術，以適應不同的網絡環境；先進捆綁技術，將多家營運商信道捆綁彌補各個地區信號覆蓋上的差異；發射機具有router功能，擴展了信道通路，提高傳輸的穩定性。

（2）缺點：現場人員過多，手機信號影響轉播信號。部分地區信號盲區，自己無法掌控，依賴營運商；為了保障信號的穩定，需設置一定的緩沖時間，導致傳輸時延大，達6～10秒。通過優化傳輸環境，穩定帶寬或者降低碼率情況下，可縮短緩沖時間，至少也有2秒的延時，與固定機位攝像機信號無法同步，導演的切換難度很大，對于現場轉播有一定的影響；受限于4G帶寬的限制，即便增加SIM卡，無法突破傳輸帶寬瓶頸；由于沒有CCU控制接口，無法實現對攝像機CCU的遠程控制，不太適合于在轉播中需要對攝像機實時控制的場景；由于服務器端信號的接收需要穩定高速寬帶接入，對于以轉播車為切換制作中心的節目轉播時，外場提供寬帶接入的難度較大，因此這種情況下4G移動傳輸不作為首選方案。

3 無人機傳輸技術

無人機通信是近幾年發展起來的新的傳輸技術，在民用和專業領域都獲得廣泛應用。無人機包括空中拍攝發射單元和地面接收單元，采用多載波無線通信技術。無人機實現了在空中拍攝，更能提供一個廣闊的視野，在空中全景拍攝時具有很大的優勢，逐漸代替航拍鏡頭的拍攝。無人機種類較多，根據技術特點，主要有：

（1）采用H264信源編碼方式，COFDM（編碼正交頻分復用）調制方式，具有多載波特點，傳輸距離2～3千米，具備非視距傳輸能力，延遲小，重量輕，具備加密傳輸功能。

（2）采用Wi-Fi技術進行通信，傳輸信號質量好，加密傳輸，但傳輸距離幾百米，作為電視轉播的局限性大。

（3）基于IP接口的TDD-OFDM基帶調制，支持HDMI、SDI接口。雙向傳輸信道，在傳輸音視頻節目流的同時還可以傳輸反向數據，采用TDD-OFDM技術的優勢：一是系統傳輸為IP數據流，可實現各種IP化應用。能夠對接各種基于TCP/IP協議系統網絡，如衛星、光纖、4G公網等。二是可實現多級信號中繼，信號中繼后基本無衰減，信號中繼后衰減＜1%。三是一鍵式操作即自行組網；可以頻點范圍大，150MHz-3GHz頻點都可用。四是在單一頻點支持雙向通信，頻譜效率高，8MHz帶寬下最大可傳20Mb/s；設備接收靈敏度高，網絡覆蓋范圍廣（接收靈敏度可達-106dBm，100米高對地傳輸網絡覆蓋半徑可達20km）。五是靈活分配信道資源，實現點對點、點對多點、多點對多點雙向通信。

4 衛星通信

衛星傳輸是一種成熟的通信傳輸技術，基于衛星轉發器，實現大范圍的信號覆蓋，發射天線需要根據地理位置的經緯度調整角度，只能固定位置傳輸，適用于場外相對固定機位使用。同時使用時需要租用衛星通道，費用高。衛星傳輸信號質量好，但另外若有高樓阻擋了衛星轉發器的路由，則無法傳輸，不能用于移動轉播。因此在實際轉播中，衛星傳輸主要用于轉播車制作好的播出信號到電視中心的傳輸。

在轉播過程中，我們需要根據現場情況，實際勘測，結合各種無線傳輸設備的特性，靈活制定轉播策略，特別是在直播轉播中，更要有多重傳輸預案，確保傳輸的安全。

在外場轉播中，游動機位信號的傳輸，尤其是體育賽事，采用移動微波傳輸為優先選擇，當游動機位信號中斷時，固定機位信號作為應急補充。新聞記者外景直播，采用靈活的4G背包傳輸，降低記者使用強度和難度。多于全景拍攝或者俯瞰鏡頭的選取，采用無人機傳輸是最佳方案。轉播的最終輸出信號傳回播出中心，采用衛星傳輸為可靠的無線傳輸鏈路，同時光纖作為備份傳輸鏈路。

在實際運用這些技術時，還有一些情況需要根據環境變化靈活配置。下面重點就移動微波和4G移動傳輸使用方面的經驗分享一下。

（1）移動微波：根據發射端設置的不同調制參數，提供了一個工作特性參考表（表1）。

從表1可以看出，不同的調制參數，系統正常工作所需的最小載波噪聲比和最低門限電平是不同的。信道質量不好時，改變調制方式，犧牲傳輸效率和圖像質量，從64QAM往下調整，直至QPSK，編碼效率從7/8逐步下降，直到1/2，提高信號傳輸的可用性。另外接收天線的安裝位置選擇也很講究，避免阻擋物和干擾源，適度提高接收天線的高度，減少對傳輸信號的阻擋和干擾。在接收端增加帶通濾波器，過濾干擾源。重要活動應由組委會進行頻率規劃和審批，現場提前做好頻譜測試，了解頻率的使用情況，盡可能地避開已使用的頻段干擾。

表1 DVB-T調制設置參考表

（2）4G無線傳輸：轉播前，提前進行實地測試，掌握現場電磁信號頻譜狀態，如果預估轉播現場人員手機終端多，可以由營運商增加應急通信保障車，同時針對信號帶寬變化問題，申請營運商的金牌服務以確保穩定的帶寬和速度。在帶寬有保障的情況下，適當縮短緩沖時間，減少傳輸信號的時延，利于轉播信號的同步。信道質量不好時，增加外置天線，設置合適的碼率，保證信號傳輸的穩定。

在電視轉播中，信號傳輸的可靠性是第一位的，尤其是直播轉播，不允許信號中斷、卡頓。即便是在正式轉播前做了較為細致的測試和情況的預估，正式轉播時也可能會出現一些意料不到的問題，我們需要根據不同的現場情況和節目需要，制定合理傳輸方案及應急預案，確保出現突發情況時，預案有效，萬無一失。隨著5G時代的到來，5G 傳輸技術更高的速度和穩定的帶寬給予了我們更多更好的選擇，為我們轉播工作帶來質的飛躍。