曹春節(jié)

4G通信技術在電視直播中的應用

曹春節(jié)

科技的高速發(fā)展讓移動通信系統(tǒng)更新?lián)Q代，從最早只能傳輸語音信號的大哥大，到今天語音、文字、視頻多種媒體全能傳輸?shù)拇笃聊皇謾C，讓我們對通信的迅猛發(fā)展感受頗深?，F(xiàn)今4G通信技術已成為移動通信技術的主流，它不僅改變著我們的生活方式，也為很多行業(yè)的變革提供了廣闊的想象空間。

一、4G通信網(wǎng)的特點及其關鍵技術

4G是第四代通信技術的簡稱，是3G（第三代通信技術）的延伸，和以往的通信技術相比，它具有傳輸速率高、時延小、系統(tǒng)容量大、覆蓋范圍改善、運營成本低的特點。在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps，上行50Mbps的峰值速率，比以前的撥號上網(wǎng)快2000倍,幾乎能滿足目前所有用戶對無線服務的要求。它能夠傳輸高品質的視頻畫面及多媒體信息，圖像傳輸質量能與高清電視相比，同時4G通信還改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高了小區(qū)容量，降低了系統(tǒng)的延遲。這些性能的大幅改善得益于它采用的許多關鍵技術。

1. OFDM(正交頻分復用)技術，是4G通信的核心技術，它是將傳輸信道劃分成多個正交子信道，串行高速數(shù)據(jù)信號被轉換成并行的低速數(shù)據(jù)流后調制在所有子信道上傳輸。其優(yōu)點是：提高了頻譜的利用率，頻譜利用率比串行系統(tǒng)高出近一倍，還減少了信道之間的相互干擾。由于OFDM系統(tǒng)的每個頻帶都可以使用不同的調制方法，增加了系統(tǒng)的靈活性，從而滿足多用戶的需求，又具有高靈活度的特性。

2. MIMO（多輸入輸出）技術，就是在發(fā)送端和接收端同時使用多天線和多通道的技術。該技術充分利用多徑發(fā)射以及合成技術，有效地提高了整個系統(tǒng)的性能。采用該技術還可以提高頻譜的利用率，適當?shù)販p小發(fā)射功率，增大系統(tǒng)的容量。同時該技術通過采用自適應波束形成技術，減少了不同信道間的干擾。

3. SA(智能天線)技術，該技術通過采取滿足一定標準的算法調整、數(shù)字波束調節(jié)及自動追蹤等智能化方法提高了系統(tǒng)的性能。在抑制干擾信號的同時加強了主體信號強度，提高了通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和通信質量，有效地擴展了系統(tǒng)容量。

4.SDR(軟件無線電)技術是一種可以將各種通信技術聯(lián)系在一起的技術，通過SDR技術能夠建立一個運行各種軟件的系統(tǒng)平臺，在此基礎上實現(xiàn)多層次、多模式的無線通信。使各種平臺和系統(tǒng)兼容。

另外，4G通信技術還具有一個基于全IP的核心網(wǎng)絡，使不同網(wǎng)絡之間可以做到無縫互聯(lián)互通。核心網(wǎng)絡可提供端對端的IP服務。由于IP能與多種接入?yún)f(xié)議兼容，從而提供了核心網(wǎng)絡的靈活性。

二、4G技術應用于電視直播

電視技術發(fā)展到今天，數(shù)字高清和標清信號已成為主流，為滿足海量圖像信息高速傳播的要求，電視觀眾不僅需要高清晰度高質量的海量節(jié)目，對信息的快速、及時傳播也提出了更高要求。反應快速、現(xiàn)場直觀真實的電視直播方式越來越多地為各級電視臺所采用，而無線的直播方式由于受地理位置、外部條件限制相對小，場地可選余地大就成為直播的首選。

傳統(tǒng)的無線直播方式中SNG(衛(wèi)星新聞采集)、微波等方式雖然各有優(yōu)點，傳輸質量也高，但也有很多局限，比如衛(wèi)星租用費用高，調試耗時，設備要求繁雜，不能快速移動，受天氣、周邊建筑影響大，人員配置要求高，使用微波方式傳輸時距離還受限，長距離傳輸需中繼等等，這在一定程度上制約了電視直播的大范圍采用。在這種情況下，方便、快速、靈活、經(jīng)濟的直播手段就成為更迫切的需求。而覆蓋面積廣、靈活成熟、傳輸效率高的移動通信網(wǎng)為我們提供了更好的選擇。

將移動通信技術應用于電視直播在3G網(wǎng)時就已開始，3G通信網(wǎng)雖然已經(jīng)可以傳輸除語音以外的圖像、音樂、視頻等多媒體信息，但它的數(shù)據(jù)傳輸碼率還有限，三大運營商移動、電信、聯(lián)通雖然采用了不同的TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA技術標準，但它們的下行傳輸速率也只有2.8Mbps、3.1Mbps、14.4Mbps,上行傳輸速率為384kbps、1.8Mbps、5.76Mbps。即使采用傳輸碼率最高的聯(lián)通WCDMA，在傳輸經(jīng)過主流編碼技術優(yōu)化的數(shù)字電視信號時也顯得捉襟見肘。在我們實際的使用過程中常不盡如人意，比如傳輸畫面質量差，卡頓不流暢，出現(xiàn)馬賽克，甚至信號中斷；信號延時大，不穩(wěn)定；受運營商布網(wǎng)影響大，在偏僻、城市邊緣網(wǎng)絡狀況差的地區(qū)無法正常使用；由于網(wǎng)絡容量和傳輸速率的限制，在大型賽事、大型活動現(xiàn)場等人流密集區(qū)，常會因網(wǎng)絡擁擠、堵塞造成信號傳輸停頓、中斷，無法完成預先計劃的直播任務。由于3G通信技術在電視直播中的諸多不足，在實際使用中我們只能把它作為直播節(jié)目中的有效補充，不能大范圍、高頻率地采用。

4G通信技術采取了前面提到的多種新的關鍵技術，使它與之前的3G技術比，不僅在傳輸速率上有近十倍的提高，還擴展了系統(tǒng)的容量，降低了系統(tǒng)延遲。更高的網(wǎng)速、更小的延時讓人們網(wǎng)上沖浪、上傳下載更快更流暢，使傳輸高清視頻、即拍即傳、高清視頻會議等以往受制于網(wǎng)速瓶頸的應用成為可能。將4G技術應用于電視直播中也彌補了3G技術在電視應用中的諸多缺陷，達到了比較理想的傳輸效果。

三、4G電視直播系統(tǒng)的構成和特點

采訪現(xiàn)場攝像機采集的畫面經(jīng)SDI接口送到連接的直播機，經(jīng)過編碼、壓縮處理后，打包由無線上網(wǎng)卡上傳到4G通信網(wǎng)，經(jīng)過網(wǎng)絡接收的信號傳輸?shù)浇邮斩说姆掌?，?jīng)解壓、解碼處理后轉換成SDI信號，送電視臺導播間直播系統(tǒng)進行現(xiàn)場直播或送編輯系統(tǒng)錄制用作節(jié)目素材。

南京臺采用的4G設備具有以下特點：

1.高清、標清數(shù)字信號兼容。在現(xiàn)場采訪端，在先送入攝像機攝制信號的前提下，開機后直播機可以自動識別高清、標清信號，根據(jù)直播系統(tǒng)的要求傳輸合適的信號。

2.超低的延時。采集的視音頻信號經(jīng)系統(tǒng)傳輸后到演播室延時小于2秒，基本可滿足直播需要。

3.支持雙向通話。為采訪端和直播導播間提供了實時語音交流的通路。

4.可以直接傳送現(xiàn)場實時采集的視音頻信號，也可以進行文件傳送或進行本地存儲。

5.可以實時直觀監(jiān)看傳輸?shù)膱D像信號及信號傳輸速率等數(shù)據(jù)指標。以往南京臺使用的3G設備在采訪端的直播機上沒有傳輸信號和傳輸速率的顯示。采訪端工作人員對準備傳輸?shù)膱D像信號情況、是否能正常傳輸、通信網(wǎng)網(wǎng)絡傳輸情況無法判斷，能否正常傳送信號回電視臺都不能掌控，全靠接收端工作人員的反饋才能確定，具有很大的盲目性。4G設備的這項改進給采訪端人員提供了很大便利，可以預先監(jiān)看下發(fā)送的圖像情況，還可以根據(jù)顯示的網(wǎng)絡傳輸速率確定附近通信網(wǎng)的傳輸狀況是否滿意，以便及時調整采訪位置，保證信號成功回傳。

4G技術為我們提供了一種易于攜帶、可以靈活移動、經(jīng)濟投入小、人員要求少的比較理想的直播方式。實際使用中傳輸?shù)囊曇纛l信號清晰流暢，可以滿足新聞電視節(jié)目的要求，在無線通信網(wǎng)網(wǎng)絡暢通的情況下無卡頓，延時也小。隨著科技的發(fā)展，相信會有更小型化、清晰度更高、功能更完備的設備面世。隨著功能的完善，或許它將替代傳統(tǒng)的直播方式，成為電視直播的首選。

（作者單位：南京廣播電視集團）