无线传输技术在电视转播中的应用

包琼勇

（四川广播电视台，成都 610041）

电视转播以视音频为主，高清信号码率达到3Gb/s，信号码率高，误码率低，高速移动，大范围接收。同时为了实现机位准确切换，场内外现场互动，要求延迟低，无线传输技术要求比较高。随着无线传输技术的发展运用，一些无线传输技术开始在电视转播中得到运用，主要有移动微波、4G移动通信、无人机通信、卫星通信等。

1 移动微波传输技术

微波通信技术在电视领域运用最早出现，是在两地间中长距离固定点对点电视微波中转，为电视信号的覆盖传输使用。近几年，移动微波技术成熟后，在电视转播中开始得到应用。移动微波传输系统包括：摄像机端的信号编码调制发射单元，转播车端接收解码主机两大部分（图1）。如果需要扩展传输距离还需要中继站。摄像机一直处于移动拍摄，发射端需采用全向天线，接收端采用全向或者根据情况可选用全向加定向天线组合的方式。

图1 Gigawave双分集接收移动微波传输系统

我台在转播车配置了两套移动微波系统，采用的是Gigawave双分集接收移动微波。

1.1 发射端编码调制单元

该发射单元采用一体化结构，采用与摄像机电池卡口相同的结构，后挂于摄像机主机与电池间，使用摄像机电池供电，拆卸方便。支持SD/HD SDI、HDMI、模拟复合视频输入，发射端实物如图2所示。

图2 Gigawave编码调制发射单元

发射端发射频率为1.95GHz-2.7GHz，发射功率200mw，理论传输距离为两千米，信号编码采用H.264/MPEG-4，压缩效率高，调制方式DVB-T，主要的技术参数如下：

1.2 接收主机及双天线接收头

该主机支持外同步信号锁定，分集天线输入，H264、MPEG2自适应解码。接收机及天线接收头实物如图3：

图3 接收主机及双天线接收头

主机的主要性能参数如下：

接收主机的系统框图如图4：

图4 接收主机系统框图

1.3 传输性能分析

1.3.1 优点

（1）支持高、标清、模拟多格式输入，采用264图像信源编码压缩方式，效率高，图像质量高。信道编码采用COFDM，调制方式支持从QPSK到64QAM可选，码率从1/2到7/8，以适应不同的信道质量。

（2）只需要配置设备成本，采用微波频道，随时可用，不需要租用信道，没有信道使用费。

（3）支持拥有和有线摄像机一样的反向控制系统，可远程空中摄像机进行参数调制和控制。

（4）传输延迟低（40ms），在转播车现场与有线摄像信号几乎同步，导演可现场切换使用，满足现场录制甚至直播的要求。

1.3.2 不足

（1）相比较于4G系统，设备比较笨重，操作复杂一些。（2）发射功率小，最大为200mW，传输距离短，2千米以内。（3）容易受电磁信号干扰和物体阻碍，信号不稳定，易出现马赛克或者静帧画面。

2 4G无线传输技术

随着通信技术的发展，手机4G移动通信成熟和网络优化，4G的下行传输带宽达到了100Mb/s，上行带宽达到30Mb/s，满足高清信号的实时传输要求。传输系统包括客户端-拍摄端编码发射端、营运商网络、服务器端-媒体接收及输出服务器。系统示意图如图5。

图5 4G传输示意图

2.1 移动客户端

可同时插入8个不同制式的3G/4G上网卡，将摄像机SDI、HDMI输出信号进行编码压缩进行IP封装，发射4G格式的无线信号，通过营运商移动4G网络进行传输。

据不同的使用场景，可以分为转播用摄像机4G 模块和新闻记者使用4G背包。在非实时性的节目或者是在台内演播室进行制作切换的节目转播时，游动机位采用4G摄像机进行传输。在新闻外场直播要求时效性高，更注重内容及时性，因此4G无线传输在新闻外景直播中运用较多，体现了4G传输的灵活性。也可以使用手机客户端轻量化的部署使用，提高了移动直播的灵活性。

2.2 媒体接收及输出服务器

通过互联网络获取回传的IP信号，解压缩后转换成SDI信号用于播出，支持SD/HD输出，也支持文件回传下载，存为文件用于后期编辑。具备账号管理、权限设置、以及客户端的状态监控。

2.3 传输性能分析

（1）优点：设备小巧，操作简单，可以一台4G背包单机的方式外出拍摄，实时回传，方便灵活；智能视频分割，高效压缩信源编码，根据网络状态将视频信号动态分割成小的数据包进行传输；不易受直线障碍物阻挡，有移动信号就可以转播，具有前向纠错技术，可以远距离传输；根据网络带宽情况，可变码率编码技术，以适应不同的网络环境；先进捆绑技术，将多家营运商信道捆绑弥补各个地区信号覆盖上的差异；发射机具有router功能，扩展了信道通路，提高传输的稳定性。

（2）缺点：现场人员过多，手机信号影响转播信号。部分地区信号盲区，自己无法掌控，依赖营运商；为了保障信号的稳定，需设置一定的缓冲时间，导致传输时延大，达6～10秒。通过优化传输环境，稳定带宽或者降低码率情况下，可缩短缓冲时间，至少也有2秒的延时，与固定机位摄像机信号无法同步，导演的切换难度很大，对于现场转播有一定的影响；受限于4G带宽的限制，即便增加SIM卡，无法突破传输带宽瓶颈；由于没有CCU控制接口，无法实现对摄像机CCU的远程控制，不太适合于在转播中需要对摄像机实时控制的场景；由于服务器端信号的接收需要稳定高速宽带接入，对于以转播车为切换制作中心的节目转播时，外场提供宽带接入的难度较大，因此这种情况下4G移动传输不作为首选方案。

3 无人机传输技术

无人机通信是近几年发展起来的新的传输技术，在民用和专业领域都获得广泛应用。无人机包括空中拍摄发射单元和地面接收单元，采用多载波无线通信技术。无人机实现了在空中拍摄，更能提供一个广阔的视野，在空中全景拍摄时具有很大的优势，逐渐代替航拍镜头的拍摄。无人机种类较多，根据技术特点，主要有：

（1）采用H264信源编码方式，COFDM（编码正交频分复用）调制方式，具有多载波特点，传输距离2～3千米，具备非视距传输能力，延迟小，重量轻，具备加密传输功能。

（2）采用Wi-Fi技术进行通信，传输信号质量好，加密传输，但传输距离几百米，作为电视转播的局限性大。

（3）基于IP接口的TDD-OFDM基带调制，支持HDMI、SDI接口。双向传输信道，在传输音视频节目流的同时还可以传输反向数据，采用TDD-OFDM技术的优势：一是系统传输为IP数据流，可实现各种IP化应用。能够对接各种基于TCP/IP协议系统网络，如卫星、光纤、4G公网等。二是可实现多级信号中继，信号中继后基本无衰减，信号中继后衰减＜1%。三是一键式操作即自行组网；可以频点范围大，150MHz-3GHz频点都可用。四是在单一频点支持双向通信，频谱效率高，8MHz带宽下最大可传20Mb/s；设备接收灵敏度高，网络覆盖范围广（接收灵敏度可达-106dBm，100米高对地传输网络覆盖半径可达20km）。五是灵活分配信道资源，实现点对点、点对多点、多点对多点双向通信。

4 卫星通信

卫星传输是一种成熟的通信传输技术，基于卫星转发器，实现大范围的信号覆盖，发射天线需要根据地理位置的经纬度调整角度，只能固定位置传输，适用于场外相对固定机位使用。同时使用时需要租用卫星通道，费用高。卫星传输信号质量好，但另外若有高楼阻挡了卫星转发器的路由，则无法传输，不能用于移动转播。因此在实际转播中，卫星传输主要用于转播车制作好的播出信号到电视中心的传输。

在转播过程中，我们需要根据现场情况，实际勘测，结合各种无线传输设备的特性，灵活制定转播策略，特别是在直播转播中，更要有多重传输预案，确保传输的安全。

在外场转播中，游动机位信号的传输，尤其是体育赛事，采用移动微波传输为优先选择，当游动机位信号中断时，固定机位信号作为应急补充。新闻记者外景直播，采用灵活的4G背包传输，降低记者使用强度和难度。多于全景拍摄或者俯瞰镜头的选取，采用无人机传输是最佳方案。转播的最终输出信号传回播出中心，采用卫星传输为可靠的无线传输链路，同时光纤作为备份传输链路。

在实际运用这些技术时，还有一些情况需要根据环境变化灵活配置。下面重点就移动微波和4G移动传输使用方面的经验分享一下。

（1）移动微波：根据发射端设置的不同调制参数，提供了一个工作特性参考表（表1）。

从表1可以看出，不同的调制参数，系统正常工作所需的最小载波噪声比和最低门限电平是不同的。信道质量不好时，改变调制方式，牺牲传输效率和图像质量，从64QAM往下调整，直至QPSK，编码效率从7/8逐步下降，直到1/2，提高信号传输的可用性。另外接收天线的安装位置选择也很讲究，避免阻挡物和干扰源，适度提高接收天线的高度，减少对传输信号的阻挡和干扰。在接收端增加带通滤波器，过滤干扰源。重要活动应由组委会进行频率规划和审批，现场提前做好频谱测试，了解频率的使用情况，尽可能地避开已使用的频段干扰。

表1 DVB-T调制设置参考表

（2）4G无线传输：转播前，提前进行实地测试，掌握现场电磁信号频谱状态，如果预估转播现场人员手机终端多，可以由营运商增加应急通信保障车，同时针对信号带宽变化问题，申请营运商的金牌服务以确保稳定的带宽和速度。在带宽有保障的情况下，适当缩短缓冲时间，减少传输信号的时延，利于转播信号的同步。信道质量不好时，增加外置天线，设置合适的码率，保证信号传输的稳定。

在电视转播中，信号传输的可靠性是第一位的，尤其是直播转播，不允许信号中断、卡顿。即便是在正式转播前做了较为细致的测试和情况的预估，正式转播时也可能会出现一些意料不到的问题，我们需要根据不同的现场情况和节目需要，制定合理传输方案及应急预案，确保出现突发情况时，预案有效，万无一失。随着5G时代的到来，5G 传输技术更高的速度和稳定的带宽给予了我们更多更好的选择，为我们转播工作带来质的飞跃。