4G通信技术在电视直播中的应用

曹春节

4G通信技术在电视直播中的应用

曹春节

科技的高速发展让移动通信系统更新换代，从最早只能传输语音信号的大哥大，到今天语音、文字、视频多种媒体全能传输的大屏幕手机，让我们对通信的迅猛发展感受颇深。现今4G通信技术已成为移动通信技术的主流，它不仅改变着我们的生活方式，也为很多行业的变革提供了广阔的想象空间。

一、4G通信网的特点及其关键技术

4G是第四代通信技术的简称，是3G（第三代通信技术）的延伸，和以往的通信技术相比，它具有传输速率高、时延小、系统容量大、覆盖范围改善、运营成本低的特点。在20MHz的频谱带宽下能够提供下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率，比以前的拨号上网快2000倍,几乎能满足目前所有用户对无线服务的要求。它能够传输高品质的视频画面及多媒体信息，图像传输质量能与高清电视相比，同时4G通信还改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量，降低了系统的延迟。这些性能的大幅改善得益于它采用的许多关键技术。

1. OFDM(正交频分复用)技术，是4G通信的核心技术，它是将传输信道划分成多个正交子信道，串行高速数据信号被转换成并行的低速数据流后调制在所有子信道上传输。其优点是：提高了频谱的利用率，频谱利用率比串行系统高出近一倍，还减少了信道之间的相互干扰。由于OFDM系统的每个频带都可以使用不同的调制方法，增加了系统的灵活性，从而满足多用户的需求，又具有高灵活度的特性。

2. MIMO（多输入输出）技术，就是在发送端和接收端同时使用多天线和多通道的技术。该技术充分利用多径发射以及合成技术，有效地提高了整个系统的性能。采用该技术还可以提高频谱的利用率，适当地减小发射功率，增大系统的容量。同时该技术通过采用自适应波束形成技术，减少了不同信道间的干扰。

3. SA(智能天线)技术，该技术通过采取满足一定标准的算法调整、数字波束调节及自动追踪等智能化方法提高了系统的性能。在抑制干扰信号的同时加强了主体信号强度，提高了通信系统的数据传输速率和通信质量，有效地扩展了系统容量。

4.SDR(软件无线电)技术是一种可以将各种通信技术联系在一起的技术，通过SDR技术能够建立一个运行各种软件的系统平台，在此基础上实现多层次、多模式的无线通信。使各种平台和系统兼容。

另外，4G通信技术还具有一个基于全IP的核心网络，使不同网络之间可以做到无缝互联互通。核心网络可提供端对端的IP服务。由于IP能与多种接入协议兼容，从而提供了核心网络的灵活性。

二、4G技术应用于电视直播

电视技术发展到今天，数字高清和标清信号已成为主流，为满足海量图像信息高速传播的要求，电视观众不仅需要高清晰度高质量的海量节目，对信息的快速、及时传播也提出了更高要求。反应快速、现场直观真实的电视直播方式越来越多地为各级电视台所采用，而无线的直播方式由于受地理位置、外部条件限制相对小，场地可选余地大就成为直播的首选。

传统的无线直播方式中SNG(卫星新闻采集)、微波等方式虽然各有优点，传输质量也高，但也有很多局限，比如卫星租用费用高，调试耗时，设备要求繁杂，不能快速移动，受天气、周边建筑影响大，人员配置要求高，使用微波方式传输时距离还受限，长距离传输需中继等等，这在一定程度上制约了电视直播的大范围采用。在这种情况下，方便、快速、灵活、经济的直播手段就成为更迫切的需求。而覆盖面积广、灵活成熟、传输效率高的移动通信网为我们提供了更好的选择。

将移动通信技术应用于电视直播在3G网时就已开始，3G通信网虽然已经可以传输除语音以外的图像、音乐、视频等多媒体信息，但它的数据传输码率还有限，三大运营商移动、电信、联通虽然采用了不同的TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA技术标准，但它们的下行传输速率也只有2.8Mbps、3.1Mbps、14.4Mbps,上行传输速率为384kbps、1.8Mbps、5.76Mbps。即使采用传输码率最高的联通WCDMA，在传输经过主流编码技术优化的数字电视信号时也显得捉襟见肘。在我们实际的使用过程中常不尽如人意，比如传输画面质量差，卡顿不流畅，出现马赛克，甚至信号中断；信号延时大，不稳定；受运营商布网影响大，在偏僻、城市边缘网络状况差的地区无法正常使用；由于网络容量和传输速率的限制，在大型赛事、大型活动现场等人流密集区，常会因网络拥挤、堵塞造成信号传输停顿、中断，无法完成预先计划的直播任务。由于3G通信技术在电视直播中的诸多不足，在实际使用中我们只能把它作为直播节目中的有效补充，不能大范围、高频率地采用。

4G通信技术采取了前面提到的多种新的关键技术，使它与之前的3G技术比，不仅在传输速率上有近十倍的提高，还扩展了系统的容量，降低了系统延迟。更高的网速、更小的延时让人们网上冲浪、上传下载更快更流畅，使传输高清视频、即拍即传、高清视频会议等以往受制于网速瓶颈的应用成为可能。将4G技术应用于电视直播中也弥补了3G技术在电视应用中的诸多缺陷，达到了比较理想的传输效果。

三、4G电视直播系统的构成和特点

采访现场摄像机采集的画面经SDI接口送到连接的直播机，经过编码、压缩处理后，打包由无线上网卡上传到4G通信网，经过网络接收的信号传输到接收端的服务器，经解压、解码处理后转换成SDI信号，送电视台导播间直播系统进行现场直播或送编辑系统录制用作节目素材。

南京台采用的4G设备具有以下特点：

1.高清、标清数字信号兼容。在现场采访端，在先送入摄像机摄制信号的前提下，开机后直播机可以自动识别高清、标清信号，根据直播系统的要求传输合适的信号。

2.超低的延时。采集的视音频信号经系统传输后到演播室延时小于2秒，基本可满足直播需要。

3.支持双向通话。为采访端和直播导播间提供了实时语音交流的通路。

4.可以直接传送现场实时采集的视音频信号，也可以进行文件传送或进行本地存储。

5.可以实时直观监看传输的图像信号及信号传输速率等数据指标。以往南京台使用的3G设备在采访端的直播机上没有传输信号和传输速率的显示。采访端工作人员对准备传输的图像信号情况、是否能正常传输、通信网网络传输情况无法判断，能否正常传送信号回电视台都不能掌控，全靠接收端工作人员的反馈才能确定，具有很大的盲目性。4G设备的这项改进给采访端人员提供了很大便利，可以预先监看下发送的图像情况，还可以根据显示的网络传输速率确定附近通信网的传输状况是否满意，以便及时调整采访位置，保证信号成功回传。

4G技术为我们提供了一种易于携带、可以灵活移动、经济投入小、人员要求少的比较理想的直播方式。实际使用中传输的视音频信号清晰流畅，可以满足新闻电视节目的要求，在无线通信网网络畅通的情况下无卡顿，延时也小。随着科技的发展，相信会有更小型化、清晰度更高、功能更完备的设备面世。随着功能的完善，或许它将替代传统的直播方式，成为电视直播的首选。

（作者单位：南京广播电视集团）