3G技术在电视台新闻直播中的应用

一、引言

目前，电视台记者外出采访时的音视频素材的实时回传，主要依赖于卫星、微波等传统的通信平台，这些通信手段不但维护操作复杂，设备采构及维护成本高，而且受地理位置天气变化的影响较大。

随着我国通信行业的快速发展，视频图像传输已经常态化，人们可以通过3G上网随时随地浏览同页，甚至观看电视节目。3G服务能够同时传送声音、图像及数据信息，其代表特征是提供高速数据业务。3G直播是近几年新兴的一种直播方式，它具有许多其他技术手段无法媲美的优势，在各种新闻事件的直播中得到广泛的应用。

二、3G新闻直播系统简介

1.系统结构

3G新闻直播系统拓扑图如图1所示。主要由三部分构成，即信号编码传输终端、传输网络、信号接收解码服务器等，各组成部分所负责的工作如下：

（1）信号编码传输终端：对输入的视频信号进行编码并发送到电信运营商的3G数据网络。

（2）传输网络：本系统的传输网络经由电信运营商的3G数据网络到公众互联网络，负责将编码后的视音频数据从传输终端发送到接收解码服务器。

（3）接收解码服务器：负责将接收到的视音频编码数据解码还原为SDI视频信号输出。

2.系统工作原理

通过摄像机的信号输出接口，将摄像机摄录内容输出至信号编码传输终端，信号编码传输终端使用低延时、高效率的H.264压缩编码技术对信号进行压缩编码。压缩编码后的数据实时分解成多路，利用多路3G，Wi-Fi传输网络的连接进行数据传送。接收服务器把多路的信号合并在一起，通过前端纠错技术，把一个不稳定的移动传输环境变成了一个高保真的稳定的传输通道。可输出满帧率（PAL25fps）的标准清晰度D1（720×576）的视频信号。

3G新闻移动直播系统要解决的最大问题就是传输网络容易出现扰动。3G新闻移动直播系统所使用的传输网络不是专网、不具备专门的QoS保证，节目传输所能使用的传输网络带宽大小有可能产生较大的波动。这就决定了采用3G数据网络进行数据传输的新闻直播系统的编码系统必须能有效使用有限的带宽、能适应传输网络带宽大小波动的实际情况；同时，3G新闻也需要在传输网络方面通过复用多个传输通道、甚至是不同电信运营商的多个3G数据通道，将传输网络的扰动对信号传输的影响降至合理的范围。

3.系统关键技术

（1）H.264编码技术

H.264/AVC是ITU-T和ISO/IEC联合制定的编码标准，采用图像预测和变换编码相结合的编码结构，对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络的分组传输，具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输，支持不同网络资源下的分级编码传输，从而获得平衡的图像质量。H.264能适应不同网络中的视频传输，网络亲和性好，算法简单易于实现、运算精度高、运算速度快、占用内存小、消弱块效应，是一种较为实用的图像编码标准。

（2）信道捆绑技术

虽然1路3G信号可以提供很好的带宽资源，但相比广播级音视频数据的传输还有很大差距，将多路3G链路通过链路叠加和聚合技术，绑定在一起，通过选中成员接口来转发流量，当捆绑中存在多个选中成员接口时，设备会根据负载分担方式来选择某些选中成员接口发送流量，从而获得多路3G链路，获得更理想的带宽资源。

（3）IPSec加密技术

利用公网传输电视直播信号，要充分考虑数据完整性和安全性，以保证新闻直播的安全性，因此在此架构中引入加密和证书机制。IPsec加密技术是对IP数据包进行加密和认证，所有支持TCP/IP协议的主机进行通信时，都要经过IP层的处理，保证在外部网络传输的数据包的机密性、真实性、完整性。所以提供了IP层的安全性就相当于为整个网络提供了安全通信的基础。

三、3G直播系统的具体应用

随着3G标准的完善，三大电信运营商已经在全国大部分地区实现3G网络覆盖，使3G技术应用于电视台的新闻直播成为可能。招远广播电视台新闻直播平台系统由前端发射机（多台），公用无线网络、控制软件和后台接收设备等组成，其系统拓扑图如图2所示。

图2 招远广播电视台3G新闻直播平台拓扑图

1.系统设计要求

⊙ 支持中国联通WCDMA或中国电信cdma2000-EVDO标准。

⊙ 视音频编码方式要求支持H.264编码，可设置传输码率以、码流等基本参数。

⊙ 3G移动终端可支持AV，SDI接口的摄像机；实时采集摄像机拍摄的视音频，并可以通过3G网络发送给演播室3G服务器。

⊙ 3G服务器接收客户端回传的视音频，视频能够达到广播级720×576分辨率，并且流畅稳定可靠，无马赛克现象，声音正常。

⊙ 演播室3G服务器可将接收到的视频画面进行实时SDI信号输出，要求声画严格同步，系统传输延时须在4秒以内。

⊙ 3G移动终端要求有速率自适应功能，自适应码流。

⊙ 系统须有完善的管理界面，支持同时对多路以上信号进行监看，并能同时收录多路以上信号。

⊙ 嵌入式结构设计，保证系统运行稳定可靠。

⊙ 如因3G网络信号中断，中断后的输出画面应为中断前视频画面的最后一帧，不能出现黑场；系统重新连接发送图像后，不能出现花屏、马赛克图像。

⊙ 符合广电行业规范。

2.系统组成

前端发射机采用T-320扣板式3G发射机，该设备要插6张3G卡，支持中国联通、中国电信混用模式；采用H.264编码，支持网络自适应的动态编码；200kb/s～3Mb/s码率；支持720×576(50i)和720×480(59.94i)；标清SDI/CVBS输入自适应；外形小巧，重量轻，便于携带和安装；嵌入式平台处理技术，系统工作稳定；OLED及按键操作，简单易用。

后台接收设备采用SDD-4500接收控制平台，它是一款广播级专业高清解码器，此系统同时兼容H.264和MPEG-2的高标清解码；支持NTT低延时编模式多种，多种输入选择；支持ASI和IP的输入；具有SDI、HDMI、分量等多种输出，支持多种分辨率；嵌入式平台处理技术，系统工作稳定；具有AES解密功能，提高了传输的安全性；支持运行状态记忆功能，掉电后迅速恢复到上一次运行状态。

控制软件采用N3G新闻直播系统软件，它由一系列软件模块组成，包括：预览和控制模块、接收和输出视音频信号模块、视音频素材录制模块等。软件安装容易，操作简单，运行稳定，部署灵活。

固定网络采用中国联通12M APN专线，无线上网卡采用中国联通WCDMA USIM卡。

3.系统工作流程

使用人员启动3G移动前端发射机的摄像头，发射机可以按照设定的参数自动运行，通过摄像机进行视音频采集，并在本地进行压缩编码成适合传输码率的媒体流（招远台采用H.264）。3G移动前端发射机连接中国联通WCDMA无线网络，建立数据链路，将编码后的视音频码流实时传送给WCDMA基站，基站再将视音频码流通过ISP公网传输通道经过Internet公司，再通过宽带专线传送到电视台机房内的防火墙，经过防范直接进入电视台的3G接收控制平台，在3G接收控制平台能够有选择地运行视频处理程序，将接收到的视频信息录制成文件，进行编辑或送至演播室播出，也可以直接将节目以SDI信号的方式将视频和音频送至演播室进行第一时间播出。

四、3G直播系统的优势及问题

1.优势

（1）较小受空间限制。3G本身是一种宽带无线传输技术，只要把摄像机与3G无线传输设备相连，有手机信号的地方就可以进行视音频传播。它避免了电视转播车受到交通条件、电源保障、停车位置以及车位同摄像机连线长度的限制，只能在几十米的有限空间内进行直播的缺陷。某种意义上，一台3G直播设备就能起到一台电视转播车的功效，它可以不同地区、不同城市同时回传电视信号到播控机房，在指定的频道实时直播各地的事件现场实况。

（2）不受时间限制。3G传输是全时段的，它一改电视转播车必须提前申请卫星传输频道的限制，只要在有手机传输信号的地方接通电源，即可对事件现场进行实时信号回传，实现直播。

（3）投资成本低廉。3G直播用的是通信运营商现成的无线传输网络，先期投入除了信号发射机、接收服务器、软件控制平台外，只需交付运营商宽带流量使用费用。与电视转播车和昂贵的卫星通信费用相比，其成本优势显而易见。

（4）设备使用简单，人力投入较小。转播车的使用，不仅队伍庞大，分工细致，操作复杂，同时还必须具备动力电源。而利用3G设备直播，仅需一名记者、一名摄像即可胜任，而且操作十分简单。在人员劳务费和车辆使用费方面，又节省了许多。

2.问题

（1）3G网络的数据传输速率的不稳定依然是3G视频直播系统的一大问题。同时，传输速率还跟当时使用地点的3G网络繁忙情况有关，经常发现在不同地区或者不同区域的使用效果也不一样。同时，通过实际使用发现，绑定2张以上的3G上网卡对图像传输的改善不是特别明显，反而会在网络信号弱时导致图像质量下降，因此，在采用单一制式3G网络时无须采用2张以上的上网卡进行绑定使用。

（2）不管是挂载式的还是便携式PC式的前端，通过AV线或者1394线跟摄像机进行连接的话，在拍摄过程中比较不方便，而且容易产生接触不良的问题。因此，建议厂家做成SDI接口(或者采用BNC接头的形式)、无线方式或者直接将模块做到摄像机里面，以摄像机选配件的方式提供。

（3）受到传输带宽的限制，一般在编码的时候都采用了较大的压缩比，尽管已提供了标清的分辨率，但图像质量还不尽如人意。因此尽量选用支持多网络多制式3G卡自动绑定的机型，可以较大程度地提高数据传输速度，获得更好的图像质量和稳定性。

（4）作为电视台的视频直播应用，设备的安全性稳定性也很关键，比如多电源热备份、多链路绑定、本地SSD硬盘收录缓冲等。

五、结束语

利用3G技术，不仅能实现各类新闻的直播报道，而且能实现异地节目的高质量快速传输。且由于系统使用灵活、机动、成本低廉等特点，3G新闻移动直播系统为电视新闻现场报道常态化提供了一个高效便捷的技术平台，成为卫星和微波等传统电视无线传输手段的有力补充。可以说，3G技术的发展给广播电视节目采播带来了新的思路、新的机遇。