数字微波通信技术在电视直播中的应用

姚继先

（新华通讯社 通信技术局，北京 100803）

随着新华社电视新闻业务的蓬勃发展，节目制作水平和要求不断提高，由此而来的多种拍摄需求给技术部门提出了新的挑战。尤其在重大活动或突发事件的现场直播报道中，依靠线缆联接摄像机进行电视节目摄制及采访有时是极为不便的。无线摄像机微波传输系统的产生为上述问题提供了解决方案。

无线摄像机微波传输系统分为模拟和数字两种传输方式。其中，模拟传输技术对多路反射信号的影响非常敏感，一般无法在室内使用。而在室外运动拍摄时，为了得到较好的信号接收效果，通常采用定向跟踪，这需要配备有经验的天线操作员。此外，模拟微波受环境影响信号衰落较大[1]。因此，模拟微波摄像机在实际使用中未能得到广泛的推广。近年来，人们将数字电视地面传输技术引入无线摄像，数字微波摄像机可以使用全向发射天线，在接收端则利用多个天线进行分集接收，在其有效的覆盖范围内信号质量基本保持不变。这种利用数字传输技术的无线微波摄像系统，既可以在室外，又可以在室内应用，而且在运动拍摄时也不需要复杂的天线跟踪[2]。目前，随着广播电视数字技术的不断发展，无线摄像机数字微波系统也得到了越来越广泛的应用。

1 无线摄像机数字微波系统的基本原理

无线摄像机数字微波系统指的是微波发射、接收系统采用了数字方式，这里的数字方式是指对数字音视频信号进行压缩、调制处理后发射到接收系统，再经过解调制和解压缩过程，还原为正常的广播电视信号。该系统将轻小、便携的微波电视发射机直接安装在电视摄像机上，摄像人员即可在没有电缆约束的情况下，大范围、高机动性地进行现场摄制与采访[3]。然后，音视频信号通过安装在摄像机上的发射机以无线微波方式传输至一定距离内的卫星或者光纤传输系统等，技术人员再将各个机位发来的电视信号传输至后方接收机房。

1.1 信源编码

信源编码系统用于处理摄像机采集的音视频信号，通过减少时间和空间冗余信息将码率降低到可控制的范围。目前的无线摄像机广泛采用比较成熟的MPEG和小波算法进行音视频信号的编码压缩[4]。

MPEG标准是一个通用标准，主要针对全动态图像而设计，是帧内和帧间相结合的编码压缩方式，不仅去除了帧内空间冗余信息压缩，还利用图像系列的相关性以多帧组成一组（GoP），有效地去除时间轴上的冗余信息。其平均压缩比可达50∶1，可大大节约传输带宽，且具有统一的格式，兼容性好。

小波变换在表示图像的灵活性以及适应人类视觉特性等方面具有优势，目前已成为当今国际上图像编码领域中令人瞩目的研究方向。小波算法为并行的计算方式，其特点是运算速度快、复杂度低，能更好地保存图像信息。与JPEG、MPEG相比，它不会在大压缩比时产生块效应等失真。另外，小波算法只有帧内压缩，可以保证每帧的信号质量相同，且编解码过程的延时较短，因此也会被用在微波传输系统的编码方案中。

1.2 调制方式

微波传输系统中采用编码正交频分复用（Coded Or⁃thogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）调制技术很好地解决了移动传输中的多径干扰问题。COFDM基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。COFDM技术使用了自适应调制，根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。由于以上的特性，COFDM主要应用于DVB-T和DAB方面，如无线摄像机和便携微波系统等。

2 无线摄像机数字微波系统的应用

无线摄像机数字微波系统主要包括摄像机微波发射单元、分集式信号接收部分，另外还有光纤延伸单元、摄像机反向控制单元、信号中继设备等[1，5-6]。

2.1 无线摄像机数字微波系统基本应用方式

图1所示为最基本的无线摄像机数字微波系统应用示意图，其中需要设备仅为微波发射单元与分集式信号接收机，这也是在一般电视直播报道中的常用方式。这种使用方式用于摄像机与卫星通信设备距离在几千米以内或者是可视的范围内。比如在2009年北京市水价上涨听证会的电视直播报道中，摄像人员携带微波摄像机进入会场，将会场内拍摄到的音视频信号传输到位于会场外停放的卫星直播车上，技术人员再将收到的音视频信号通过卫星传输到位于新华社总社的卫星接收机房。另外在2010年江西抚州唱凯大堤合龙的直播报道现场，摄像人员携带微波摄像机乘救生艇深入到大堤合龙施工位置，而将微波接收设备与便携卫星站放置在较为平坦的河堤上，通过微波天线接收到摄像人员拍摄的施工实况，再经下变频器以及分集接收机将音视频信号重建，并传送到便携卫星站上星发回新华社卫星接收机房，图2为直播过程中新华社技术人员在大堤上对微波设备接收到的音视频信号进行监测。

2.2 结合摄像机反向控制单元的应用方式

摄像机反向控制单元提高了后方音视频编辑人员对前方摄像人员的远程控制能力，也可以使摄像人员专注于拍摄质量、取景构图等节目制作需求，而相应的技术指标则可以全部由后方机房内的技术人员来掌控，为节目制作提供了更大的灵活性。如图3所示，加入摄像机反向控制单元实现了双向通信，演播室可以通过操作控制面板对摄像机远程操作，控制信息通过无线数据发射机传送到摄像机从而实现反向控制。

2.3 结合光纤延伸单元的应用方式

光纤延伸单元分为移动单元（Remote Unit）和固定单元（Base Unit），如图4所示，移动单元与天线和下变频器相连接，一般置于拍摄现场附近，通过光纤连接到固定单元并经分集信号接收机重建音视频信号，光纤延伸单元最大可将传输距离延伸到30 km（单模光纤）。例如在某些大型集会活动或者体育赛事的直播报道中，摄像人员可以在现场进行拍摄，将信号传输到附近架设的微波天线，通过光纤将音视频信号直接传输到演播室。

2.4 结合信号中继系统的应用方式

与光纤延伸单元相比，信号中继单元是将音视频信号传输距离延长的无线设备。如图5所示，摄像机通过微波发射机将信号传送到分集式接收机再经信号中继器，经解调和再调制后输出COFDM信号，频率一般为1.95～2.7 GHz或者3～5 GHz。图5中的2路摄像机信号使用不同频率发送，中继单元将接收到的信号解调后复用为一路单载波信号发送，接收端使用分集式接收机和解码器可以分别解出两路摄像机信号。

这种应用一般将中继系统放置在楼顶、车顶、直升机等较高无遮挡的位置以提供较强的中继转发能力，应用于传输距离较远的音视频报道现场。例如在赛车比赛中，如图6左图所示将小型摄像机及微波发射机置于赛车中，信号中继系统放置在赛场附近的楼顶，通过中继转发将拍摄到的车内实况传输到距离较远的演播室中，如图6右图所示。

3 结束语

本文主要介绍了无线摄像机中的数字微波通信技术，首先简单介绍了数字微波系统的几个技术要点，然后详细描述了无线摄像机数字微波系统的基本原理，并举例说明了无线摄像机不同的应用方式和使用环境。随着无线摄像机性能的不断提高，无线摄像机微波系统在今后新闻行业电视直播报道中将会发挥更大的作用。

[1]李远新.HDV高清数字摄像机的技术特点及应用[J].电视技术，2007，31（3）：78-79.

[2]何向晖，范晓琳.地面数字电视传输技术在电视直播中的应用[J].电视工程，2008（1）：31-33.

[3]胡维刚，李建杰，王军.现场直播报道新闻事件的技术应用和实践[J].现代电视技术，2006（11）：80-81.

[4]谢苏文.数字无线摄像机的特性分析[J].西部广播电视，2005（6）：59-62.

[5]刘扬.数字摄像机微波系统在演播室的应用[J].现代电视技术，2011（6）：56-59.

[6]邹正义，徐惠钢.现代无线通信技术[M].北京：高等教育出版社，2008.