3G技術(shù)在電視臺(tái)新聞直播中的應(yīng)用

一、引言

目前，電視臺(tái)記者外出采訪時(shí)的音視頻素材的實(shí)時(shí)回傳，主要依賴于衛(wèi)星、微波等傳統(tǒng)的通信平臺(tái)，這些通信手段不但維護(hù)操作復(fù)雜，設(shè)備采構(gòu)及維護(hù)成本高，而且受地理位置天氣變化的影響較大。

隨著我國通信行業(yè)的快速發(fā)展，視頻圖像傳輸已經(jīng)常態(tài)化，人們可以通過3G上網(wǎng)隨時(shí)隨地瀏覽同頁，甚至觀看電視節(jié)目。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音、圖像及數(shù)據(jù)信息，其代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3G直播是近幾年新興的一種直播方式，它具有許多其他技術(shù)手段無法媲美的優(yōu)勢(shì)，在各種新聞事件的直播中得到廣泛的應(yīng)用。

二、3G新聞直播系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3G新聞直播系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。主要由三部分構(gòu)成，即信號(hào)編碼傳輸終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)接收解碼服務(wù)器等，各組成部分所負(fù)責(zé)的工作如下：

（1）信號(hào)編碼傳輸終端：對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行編碼并發(fā)送到電信運(yùn)營(yíng)商的3G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)：本系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由電信運(yùn)營(yíng)商的3G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)到公眾互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)將編碼后的視音頻數(shù)據(jù)從傳輸終端發(fā)送到接收解碼服務(wù)器。

（3）接收解碼服務(wù)器：負(fù)責(zé)將接收到的視音頻編碼數(shù)據(jù)解碼還原為SDI視頻信號(hào)輸出。

2.系統(tǒng)工作原理

通過攝像機(jī)的信號(hào)輸出接口，將攝像機(jī)攝錄內(nèi)容輸出至信號(hào)編碼傳輸終端，信號(hào)編碼傳輸終端使用低延時(shí)、高效率的H.264壓縮編碼技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。壓縮編碼后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分解成多路，利用多路3G，Wi-Fi傳輸網(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。接收服務(wù)器把多路的信號(hào)合并在一起，通過前端糾錯(cuò)技術(shù)，把一個(gè)不穩(wěn)定的移動(dòng)傳輸環(huán)境變成了一個(gè)高保真的穩(wěn)定的傳輸通道?？奢敵鰸M幀率（PAL25fps）的標(biāo)準(zhǔn)清晰度D1（720×576）的視頻信號(hào)。

3G新聞移動(dòng)直播系統(tǒng)要解決的最大問題就是傳輸網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)擾動(dòng)。3G新聞移動(dòng)直播系統(tǒng)所使用的傳輸網(wǎng)絡(luò)不是專網(wǎng)、不具備專門的QoS保證，節(jié)目傳輸所能使用的傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬大小有可能產(chǎn)生較大的波動(dòng)。這就決定了采用3G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男侣勚辈ハ到y(tǒng)的編碼系統(tǒng)必須能有效使用有限的帶寬、能適應(yīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬大小波動(dòng)的實(shí)際情況；同時(shí)，3G新聞也需要在傳輸網(wǎng)絡(luò)方面通過復(fù)用多個(gè)傳輸通道、甚至是不同電信運(yùn)營(yíng)商的多個(gè)3G數(shù)據(jù)通道，將傳輸網(wǎng)絡(luò)的擾動(dòng)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懡抵梁侠淼姆秶?/p>

3.系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）H.264編碼技術(shù)

H.264/AVC是ITU-T和ISO/IEC聯(lián)合制定的編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用圖像預(yù)測(cè)和變換編碼相結(jié)合的編碼結(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)的分組傳輸，具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的無線信道中的視頻傳輸，支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級(jí)編碼傳輸，從而獲得平衡的圖像質(zhì)量。H.264能適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，網(wǎng)絡(luò)親和性好，算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)、運(yùn)算精度高、運(yùn)算速度快、占用內(nèi)存小、消弱塊效應(yīng)，是一種較為實(shí)用的圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)。

（2）信道捆綁技術(shù)

雖然1路3G信號(hào)可以提供很好的帶寬資源，但相比廣播級(jí)音視頻數(shù)據(jù)的傳輸還有很大差距，將多路3G鏈路通過鏈路疊加和聚合技術(shù)，綁定在一起，通過選中成員接口來轉(zhuǎn)發(fā)流量，當(dāng)捆綁中存在多個(gè)選中成員接口時(shí)，設(shè)備會(huì)根據(jù)負(fù)載分擔(dān)方式來選擇某些選中成員接口發(fā)送流量，從而獲得多路3G鏈路，獲得更理想的帶寬資源。

（3）IPSec加密技術(shù)

利用公網(wǎng)傳輸電視直播信號(hào)，要充分考慮數(shù)據(jù)完整性和安全性，以保證新聞直播的安全性，因此在此架構(gòu)中引入加密和證書機(jī)制。IPsec加密技術(shù)是對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密和認(rèn)證，所有支持TCP/IP協(xié)議的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，都要經(jīng)過IP層的處理，保證在外部網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的機(jī)密性、真實(shí)性、完整性。所以提供了IP層的安全性就相當(dāng)于為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供了安全通信的基礎(chǔ)。

三、3G直播系統(tǒng)的具體應(yīng)用

隨著3G標(biāo)準(zhǔn)的完善，三大電信運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在全國大部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使3G技術(shù)應(yīng)用于電視臺(tái)的新聞直播成為可能。招遠(yuǎn)廣播電視臺(tái)新聞直播平臺(tái)系統(tǒng)由前端發(fā)射機(jī)（多臺(tái)），公用無線網(wǎng)絡(luò)、控制軟件和后臺(tái)接收設(shè)備等組成，其系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 招遠(yuǎn)廣播電視臺(tái)3G新聞直播平臺(tái)拓?fù)鋱D

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

⊙ 支持中國聯(lián)通WCDMA或中國電信cdma2000-EVDO標(biāo)準(zhǔn)。

⊙ 視音頻編碼方式要求支持H.264編碼，可設(shè)置傳輸碼率以、碼流等基本參數(shù)。

⊙ 3G移動(dòng)終端可支持AV，SDI接口的攝像機(jī)；實(shí)時(shí)采集攝像機(jī)拍攝的視音頻，并可以通過3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給演播室3G服務(wù)器。

⊙ 3G服務(wù)器接收客戶端回傳的視音頻，視頻能夠達(dá)到廣播級(jí)720×576分辨率，并且流暢穩(wěn)定可靠，無馬賽克現(xiàn)象，聲音正常。

⊙ 演播室3G服務(wù)器可將接收到的視頻畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)SDI信號(hào)輸出，要求聲畫嚴(yán)格同步，系統(tǒng)傳輸延時(shí)須在4秒以內(nèi)。

⊙ 3G移動(dòng)終端要求有速率自適應(yīng)功能，自適應(yīng)碼流。

⊙ 系統(tǒng)須有完善的管理界面，支持同時(shí)對(duì)多路以上信號(hào)進(jìn)行監(jiān)看，并能同時(shí)收錄多路以上信號(hào)。

⊙ 嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

⊙ 如因3G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)中斷，中斷后的輸出畫面應(yīng)為中斷前視頻畫面的最后一幀，不能出現(xiàn)黑場(chǎng)；系統(tǒng)重新連接發(fā)送圖像后，不能出現(xiàn)花屏、馬賽克圖像。

⊙ 符合廣電行業(yè)規(guī)范。

2.系統(tǒng)組成

前端發(fā)射機(jī)采用T-320扣板式3G發(fā)射機(jī)，該設(shè)備要插6張3G卡，支持中國聯(lián)通、中國電信混用模式；采用H.264編碼，支持網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)編碼；200kb/s～3Mb/s碼率；支持720×576(50i)和720×480(59.94i)；標(biāo)清SDI/CVBS輸入自適應(yīng)；外形小巧，重量輕，便于攜帶和安裝；嵌入式平臺(tái)處理技術(shù)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定；OLED及按鍵操作，簡(jiǎn)單易用。

后臺(tái)接收設(shè)備采用SDD-4500接收控制平臺(tái)，它是一款廣播級(jí)專業(yè)高清解碼器，此系統(tǒng)同時(shí)兼容H.264和MPEG-2的高標(biāo)清解碼；支持NTT低延時(shí)編模式多種，多種輸入選擇；支持ASI和IP的輸入；具有SDI、HDMI、分量等多種輸出，支持多種分辨率；嵌入式平臺(tái)處理技術(shù)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定；具有AES解密功能，提高了傳輸?shù)陌踩?；支持運(yùn)行狀態(tài)記憶功能，掉電后迅速恢復(fù)到上一次運(yùn)行狀態(tài)。

控制軟件采用N3G新聞直播系統(tǒng)軟件，它由一系列軟件模塊組成，包括：預(yù)覽和控制模塊、接收和輸出視音頻信號(hào)模塊、視音頻素材錄制模塊等。軟件安裝容易，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，部署靈活。

固定網(wǎng)絡(luò)采用中國聯(lián)通12M APN專線，無線上網(wǎng)卡采用中國聯(lián)通WCDMA USIM卡。

3.系統(tǒng)工作流程

使用人員啟動(dòng)3G移動(dòng)前端發(fā)射機(jī)的攝像頭，發(fā)射機(jī)可以按照設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，通過攝像機(jī)進(jìn)行視音頻采集，并在本地進(jìn)行壓縮編碼成適合傳輸碼率的媒體流（招遠(yuǎn)臺(tái)采用H.264）。3G移動(dòng)前端發(fā)射機(jī)連接中國聯(lián)通WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)，建立數(shù)據(jù)鏈路，將編碼后的視音頻碼流實(shí)時(shí)傳送給WCDMA基站，基站再將視音頻碼流通過ISP公網(wǎng)傳輸通道經(jīng)過Internet公司，再通過寬帶專線傳送到電視臺(tái)機(jī)房?jī)?nèi)的防火墻，經(jīng)過防范直接進(jìn)入電視臺(tái)的3G接收控制平臺(tái)，在3G接收控制平臺(tái)能夠有選擇地運(yùn)行視頻處理程序，將接收到的視頻信息錄制成文件，進(jìn)行編輯或送至演播室播出，也可以直接將節(jié)目以SDI信號(hào)的方式將視頻和音頻送至演播室進(jìn)行第一時(shí)間播出。

四、3G直播系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及問題

1.優(yōu)勢(shì)

（1）較小受空間限制。3G本身是一種寬帶無線傳輸技術(shù)，只要把攝像機(jī)與3G無線傳輸設(shè)備相連，有手機(jī)信號(hào)的地方就可以進(jìn)行視音頻傳播。它避免了電視轉(zhuǎn)播車受到交通條件、電源保障、停車位置以及車位同攝像機(jī)連線長(zhǎng)度的限制，只能在幾十米的有限空間內(nèi)進(jìn)行直播的缺陷。某種意義上，一臺(tái)3G直播設(shè)備就能起到一臺(tái)電視轉(zhuǎn)播車的功效，它可以不同地區(qū)、不同城市同時(shí)回傳電視信號(hào)到播控機(jī)房，在指定的頻道實(shí)時(shí)直播各地的事件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。

（2）不受時(shí)間限制。3G傳輸是全時(shí)段的，它一改電視轉(zhuǎn)播車必須提前申請(qǐng)衛(wèi)星傳輸頻道的限制，只要在有手機(jī)傳輸信號(hào)的地方接通電源，即可對(duì)事件現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)回傳，實(shí)現(xiàn)直播。

（3）投資成本低廉。3G直播用的是通信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)成的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，先期投入除了信號(hào)發(fā)射機(jī)、接收服務(wù)器、軟件控制平臺(tái)外，只需交付運(yùn)營(yíng)商寬帶流量使用費(fèi)用。與電視轉(zhuǎn)播車和昂貴的衛(wèi)星通信費(fèi)用相比，其成本優(yōu)勢(shì)顯而易見。

（4）設(shè)備使用簡(jiǎn)單，人力投入較小。轉(zhuǎn)播車的使用，不僅隊(duì)伍龐大，分工細(xì)致，操作復(fù)雜，同時(shí)還必須具備動(dòng)力電源。而利用3G設(shè)備直播，僅需一名記者、一名攝像即可勝任，而且操作十分簡(jiǎn)單。在人員勞務(wù)費(fèi)和車輛使用費(fèi)方面，又節(jié)省了許多。

2.問題

（1）3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率的不穩(wěn)定依然是3G視頻直播系統(tǒng)的一大問題。同時(shí)，傳輸速率還跟當(dāng)時(shí)使用地點(diǎn)的3G網(wǎng)絡(luò)繁忙情況有關(guān)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在不同地區(qū)或者不同區(qū)域的使用效果也不一樣。同時(shí)，通過實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)，綁定2張以上的3G上網(wǎng)卡對(duì)圖像傳輸?shù)母纳撇皇翘貏e明顯，反而會(huì)在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱時(shí)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，因此，在采用單一制式3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)無須采用2張以上的上網(wǎng)卡進(jìn)行綁定使用。

（2）不管是掛載式的還是便攜式PC式的前端，通過AV線或者1394線跟攝像機(jī)進(jìn)行連接的話，在拍攝過程中比較不方便，而且容易產(chǎn)生接觸不良的問題。因此，建議廠家做成SDI接口(或者采用BNC接頭的形式)、無線方式或者直接將模塊做到攝像機(jī)里面，以攝像機(jī)選配件的方式提供。

（3）受到傳輸帶寬的限制，一般在編碼的時(shí)候都采用了較大的壓縮比，盡管已提供了標(biāo)清的分辨率，但圖像質(zhì)量還不盡如人意。因此盡量選用支持多網(wǎng)絡(luò)多制式3G卡自動(dòng)綁定的機(jī)型，可以較大程度地提高數(shù)據(jù)傳輸速度，獲得更好的圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性。

（4）作為電視臺(tái)的視頻直播應(yīng)用，設(shè)備的安全性穩(wěn)定性也很關(guān)鍵，比如多電源熱備份、多鏈路綁定、本地SSD硬盤收錄緩沖等。

五、結(jié)束語

利用3G技術(shù)，不僅能實(shí)現(xiàn)各類新聞的直播報(bào)道，而且能實(shí)現(xiàn)異地節(jié)目的高質(zhì)量快速傳輸。且由于系統(tǒng)使用靈活、機(jī)動(dòng)、成本低廉等特點(diǎn)，3G新聞移動(dòng)直播系統(tǒng)為電視新聞現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道常態(tài)化提供了一個(gè)高效便捷的技術(shù)平臺(tái)，成為衛(wèi)星和微波等傳統(tǒng)電視無線傳輸手段的有力補(bǔ)充?？梢哉f，3G技術(shù)的發(fā)展給廣播電視節(jié)目采播帶來了新的思路、新的機(jī)遇。