简易电视节目现场编辑与直播系统的设计与实现

樊 碚，余 亮

（西南大学 计算机与信息科学学院，重庆 400715）

简易电视节目现场编辑与直播系统的设计与实现

樊 碚，余 亮

（西南大学 计算机与信息科学学院，重庆 400715）

电视直播技术以其实时、高效、受众面广等优势在大众传媒领域应用广泛。利用广播电视技术对各种文艺晚会和体育比赛进行现场直播倍受广大观众的青睐，在大学校园文化建设中更是受到广大师生的喜爱。针对电视节目实况直播系统设备复杂、直播费用昂贵、一般高校难以实现等问题，利用有限的教学实验设备搭建了一套简易电视节目现场编辑与直播系统，实现了文艺晚会等综艺节目的场内、场外实况直播。

电视节目；现场编辑；直播；射频传输

电视直播技术以其实时、高效、受众面广等优势在大众传媒领域广泛应用。然而，专业标准的电视节目实况直播系统庞大、设备复杂，往往只能求助电视台或传媒公司来实现，且转播费用昂贵，普通学校难以承受。如何优化系统、降低成本，依托高校院、系自身的资源和优势，将电视直播技术引入大学校园文化建设领域，是一项值得研究的课题。笔者近年来在西南大学计算机与信息科学学院进行了有益的尝试，利用实验教学中的有限资源，花费不足千元，实现了学院毕业晚会场内、场外的实况直播，直播效果良好，受到老师和同学们的一致认同。

1 系统基本功能与组成

1.1 系统基本功能

该系统能实现多机位的现场编辑与切换；视频切换台输出的摄像机信号与计算机播出的多媒体信号可相互切换；将现场拍摄的节目实时重现在场里、场外的大屏幕上；节目直播的同时将电视信号录制到计算机硬盘上。

1.2 系统组成

一个完整的电视节目现场编辑与直播系统一般由以下几部分组成：

1）视频拍摄与现场切换：利用多机位拍摄现场节目，并将音视频信号送入数字视频切换台进行现场编辑与切换。主要由专业摄像机、数字视频切换台、监视器等设备组成。

2）多媒体音视频播出：在文艺演出换场间歇插播前期做好的视音频花絮和多媒体视频素材。主要由计算机和相应的多媒体播放软件以及音视频素材等组成。

3）视频分配、传输与场内重现：将视频切换台输出的信号分成多路，分别通过视频电缆送到投影仪（或大礼堂的液晶屏控制器）和调制器。主要由视频分配器、视频电缆、投影仪（或礼堂已具备的大屏幕液晶屏系统）等组成。

4）射频传输与场外重现：将转播信号引出场外，实现场外投影的实时现场直播。主要由调制器、电视机、射频电缆、投影仪、有源音箱等设备组成。

5）音响与灯光系统：对礼堂的音响和灯光效果进行控制。这部分通常由大礼堂的技术人员进行控制，因此不在本系统的范围内。

本系统所用主要设备包括：松下AG-AC160AWC型专业摄像机4台、洋铭SE-800数字视频切换台1台、洋铭四联TLM-404型监视器1台、视音频切换器1台、电视机3台、计算机3台、调制器1台、视频分配器1台、投影仪4台、100 W左右的有源音箱2个，以及射频分配器、VGA2选1开关、各种信号转接头、连接线缆等器材。这些设备及器材都是高校教育技术专业或传媒专业常用的基本实验教学设备。另外，礼堂大屏幕液晶屏及控制系统（或大屏幕投影幕布）、音响、灯光等设备都是各种礼堂、剧场的基本硬件设备，因此，不在本系统之列。

2 系统适用环境与基本工作原理

2.1 适用环境与要求

该平台为四机位电视节目现场编辑与有线直播系统，适用于可容纳1 500人以内的礼堂及礼堂外广场。要求礼堂内应具备一般的舞台灯光照明系统、舞台音响系统和大屏幕液晶屏（或大屏幕投影幕布）；应具有4个摄像机机位的架设空间和中心切换台摆放的场地，并保证各工作区间能获得可靠的220 V交流电源。

2.2 基本工作原理

文艺晚会现场直播目前常采用两种方式：流媒体网络直播方式和有线电视直播方式。前者指在Internet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件[1]，将这些视音频文件经过压缩处理后放到网络服务器上，进行电视直播，让浏览者一边下载一边收看[2]。然而，基于网络的实时现场直播对网络信号带宽和流媒体服务器等设备配置要求很高，即使各项指标都匹配，在实际应用中也可能发生信号周期暂停。应当注意的是，校园文艺晚会现场直播，大屏幕与观众都在现场，电视投影画面不与现场表演同步，必然将直接影响转播效果，这也是目前网络直播的最大缺陷。有线电视直播是指利用射频调制技术通过射频电缆传送电视信号。有线射频传输方式可将不同制式、不同调制方式、不同频率的各种射频信号经专用射频混合器混交在一起，通过1根射频电缆和相应的放大器、分支器、分配器实现多套节目的远距离传输与多用户接收。其主要缺点是放大器热噪声干扰和多频道间的交调干扰、互调干扰难以消除。尽管是一种模拟传输方式，但在本系统中，由于传输距离仅为剧场内外200 m的范围，因而无需放大器，从而避免了因放大而产生的热噪声干扰。并且，在该系统中是将音视频信号直接进行调制和解调，无需模数与数模转换、压缩与解压缩等环节，因此，直播信号十分流畅，基本没有延迟问题，完全与现场表演实时同步；另外，由于采用单频道专线射频传输，从而完全消除了有线电视系统内的交调干扰和互调干扰，信号电平也可以通过调制器进行有效控制。因此，传送质量优于一般的有线电视。本文设计的电视节目现场编辑与直播系统就是基于射频传输的有线电视直播方式，该系统中的主要设备都是高校常用的基本实验教学设备，对于操作人员也没有特别高的技术要求。

3 实现过程

校园文艺晚会实况转播系统框架如图1所示。场内信号采用视音频传输方式。4台摄像机输出的视频信号由4根50 m长的75-5实芯电缆（依据视频传输领域的3 dB带宽原则，在确保不超过3 dB失真度的前提下，75-5实芯电缆可传输的距离为135 m，因此，采用50 m 75-5实芯电缆传送摄像机信号完全能保证信号电平的质量要求），分别送入数字视频切换台的4个输入端，并由四联监视器TVA，TVB，TVC，TVD进行分别监控，通过数字视频切换台实现多机位摄像机的现场编辑与切换（另外可以额外放置一根较长的备份摄像机电缆，并准备好备份摄像机，在电缆或摄像机发生故障时可及时更换[3]）。与此同时，来自礼堂调音台的音频信号也送入数字视频切换台的辅助音频输入端。切换台输出信号由节目端输出，并由切换台的S端子和音频输出1端口输出信号到电视机TV0进行监控。另外数字视频切换台通过1394连接线与装有数字视频采集卡的电脑PC3相连，用于录制直播的节目（由于1394端口中已嵌入了音频，因此，录制的节目是声画同步的）。

各种前期制作的视频花絮和多媒体素材由2台计算机PC1和PC2播出，并通过VGA 2选1开关进行选择（采用2台计算机的目的是为了避免切换播放内容时出现画面的不连贯问题）。由于数字视频切换台输出为复合视频信号，而计算机输出的是VGA信号，为了用视音频切换器进行统一切换，因此，加入了一个VGA/V转换器。视音频切换器用于切换来自数字视频切换台的摄像机信号和来自计算机的视频花絮与多媒体素材信号。节目正常演出时，切换播出摄像机信号；演出换场时，切换成计算机播出的视频花絮与多媒体素材节目，从而保证场里、场外的大屏幕上始终都有精彩的节目播出，确保不会出现换场时的杂乱场面。

图1 多机位电视节目实况转播系统组成框图

音视频切换器输出的节目信号送入视频分配器进行分配。如果礼堂已有大屏幕液晶系统，可将1路视频信号送到舞台总控室，并通过舞台总控计算机在礼堂大屏幕液晶屏上重现直播的电视节目；若礼堂没有大屏幕液晶屏，可在礼堂两边的适当位置安放2台投影仪，分别利用2根视频电缆（如图1中的虚线连接）将投影仪与视频分配器相连，通过投影仪把电视节目投影到舞台两端的大屏幕上。

场外实况转播射频传输系统如图2所示。礼堂外的电视信号通过射频方式进行有线传送，传输距离在200 m以内。由于距离不长，电缆传输很方便，中间可以不加放大器，射频电平的调试也就变得比较简单[4]。射频有线传输的关键就是要保证终端电平为70（1±5%）dB的技术要求，因此，调制器是直播的关键设备。考虑到射频电缆的衰减特性，随着频率的升高，总损耗将增大[5]。选择300 MHz以下的VHF波段，并选用75-5的物理发泡射频电缆进行传输。在VHF波段，该电缆的衰减特性为12 dB/100 m左右，200 m衰减24 dB左右，另外二分配器要衰减4 dB，因此，射频传输系统将衰减28 dB左右。为确保终端电平要求，选用带射频输出电平调节的VHF波段调制器，其输出电平在80～110 dB范围内连续可调。来自视频分配器的视频信号与来自数字视频切换台音频输出2端口的音频信号分别输入到调制器，调制后的射频信号经200 m的射频电缆连接到室外的射频二分配器。分配器将射频信号分成2路，分别输入到2个电视机的射频输入端进行解调和监控。电视机的复合视频输出端通过视频电缆与投影仪的视频输入端相连，由投影仪投影出电视画面；电视机的音频输出端通过音频电缆与有源音箱相连，由有源音箱播放现场声音。电视机在这里主要起到解调的作用，以还原出音视频信号，因为投影仪不能接收射频信号，只能接收复合视频信号，而有源音箱需要音频信号。系统连接好后，要对系统进行测量和调整[6]。

图2 电视节目实况转播射频传输系统组成框图

4 参数计算、测试与调整

本系统需要测试与调整的主要是射频传输部分。可依据以下终端电平SM的计算公式进行计算

因该系统为单线单频道方式传输，且无放大器、分支器和衰减器，因此，式中放大器增益GF、衰减器损耗LS、分支器的分支损耗LF和插入损耗LC均为零，调制器输出电平ST只与终端电平SM、电缆损耗LX和分配器损耗LP有关，即

首先，将连接到调制器射频输出的电缆断开，将场强仪连接到该端口，调节调制器的射频输出旋钮（通常该旋钮隐藏在调制器内部，在面板上有一个小孔，用小改刀进行调节）使场强仪的读数为100 dB左右；再将200 m的射频电缆一端连接到调制器的射频输出端，另一端连接到场强仪输入端，测量其电平大小应为76 dB左右；最后，将该电缆与二分配器的输入端相连，用场强仪测量二分配器的输出端，其电平应为72 dB左右。若电平达不到要求，可微调调制器的射频输出电平，使之达到70（1±5%）dB的电平值即可（由于二分配器到两个解调电视机的距离较短，故其电缆损耗忽略）。

5 转播方案制定

由于参与转播的工作人员都是学生，专业技能和转播经验有限。为确保直播任务的顺利完成，在制定直播方案前，应组织相关人员进行培训，并绘出详细的系统组成原理框图。指导相关人员了解系统组成及信号流程，熟悉系统设备的操作要领，明确直播主题和现场编辑要求及注意事项，使其对直播系统有一个整体的概念。直播任务接受以后，除了要准备好相应的设备、器材，培训参加人员外，还要与相关的职能部门充分沟通，了解影响直播的一些外部因素，并制定出详细的直播方案。首先，了解直播的时间与场地，以便掌握现场情况：确定摄像机、数字视频切换台等设备的安放位置、电源插座距离是否合适，灯光效果是否理想；其次，尽早获取组织方提供的晚会次序表，了解整个晚会流程和节目内容，使摄像人员明确自己的职责和大致的取景范围；再者，由于不是专业的现场直播系统，系统内没有内部通话功能，因此，还要组织专人负责协调多机位与现场编辑切换台间的联系（如通过微信、电话等方式），以避免直播出现无序状态。另外，必须把握住晚会开始前的最后一次彩排机会，到现场演练一次，以便调整好摄像机机位、白平衡，选择好合理的取景范围和镜头效果，以及现场切换的关键点，并对射频电平指标和节目输出效果进行监控，发现问题，即时处理。

6 结语

从技术上讲，实现文艺晚会现场编辑与实况转播有多种方式，对于一般高校而言，关键是要找到最适合自己需要，性价比最高，最能实现和驾驭的一种方式。本系统经济实用，操作简便，所用设备都是各高校常用的实验教学设备，只要将它们优化组合，合理搭配，就能搭建起一套简单实用的现场编辑与直播系统，实现各种文艺晚会的现场直播，既满足了校园文化建设的需要，又使实验教学设备得到了充分的利用。这种简单易行的直播技术在高校将会有广泛的应用前景。

[1] 童强.动态IP条件下用流媒体技术实现网络实况转播[J].中国电化教育，2006（3）：103-105.

[2] 刘艳丽，张峻.基于流媒体技术的校园网络直播系统的构建[J].中国现代教育装备，2010（3）：19-21.

[3]何林.大型文艺晚会直播技术方案浅析[J].广播与电视技术，2012（6）：68-72.

[4] 沙晓明.一次成功的实况转播[J].电视字幕·特技与动画，2000（7）：43-44.

[5] 张天民.同轴电缆的特性与维护[J].电视技术，1996，20（9）：69-71.

[6]王小宁.小型校园有线电视系统的设计与实施[J].兰州教育学院学报，2009（25）：61-64.

Design and Implementation about Simple Live Editing and Telecasting System of TV Show

FAN Bei,YU Liang
（College of Computer and Information Science,Southwest University,Chongqing 400715,China）

Live TV technology is widely applied in the field of the mass media based on its real-time,effectiveness, wide audience and other advantages.It is popular with teachers and students that radio and TV technology is applied in the live of various theatrical performances and sports games,especially in the construction of campus culture.It is aimed at the problems that schools can’t solve,including the complexity of live TV system’s equipment and the expensive cost,a scenario using the limited teaching experiment equipment is proposed to build a set of simple live editing and telecasting system which realize the live broadcast of variety show.

television program;live editing;live telecasting;RF transceiver

TN948.14

B

10.16280/j.videoe.2015.04.015

2014-08-06

【本文献信息】樊碚，余亮.简易电视节目现场编辑与直播系统的设计与实现[J].电视技术，2015，39（4）.

中央高校基本科研业务费专项资金创新团队项目（XDJK2014A002）；西南大学博士基金项目（SWU111036）

樊 碚（1958—），高级实验师，主研音视频技术、有线电视技术和数字卫星电视接收等；

余 亮（1979—），博士，副教授，主研网络与远程教育、教育信息化和数字教育资源。

责任编辑：薛 京