龍廷波 潘繼秀 徐州廣播電視傳媒集團(tuán)

4G直播系統(tǒng)在徐州電視臺(tái)的應(yīng)用

龍廷波 潘繼秀 徐州廣播電視傳媒集團(tuán)

隨著4G通信技術(shù)的發(fā)展，4G在電視節(jié)目直播中已得到廣泛應(yīng)用。4G通信技術(shù)的實(shí)時(shí)傳輸，顛覆了傳統(tǒng)的直播方式，把現(xiàn)場(chǎng)直播常態(tài)化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。本文介紹了4G直播系統(tǒng)在徐州廣播電視臺(tái)的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)其在電視臺(tái)直播應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并給出解決方案。

4G通信 視頻傳輸 電視直播

1. 前言

以往我臺(tái)直播節(jié)目很少，一般只有大型的活動(dòng)晚會(huì)才會(huì)使用直播車然后利用光纖回傳直播信號(hào)。隨著4G通信技術(shù)的發(fā)展日益成熟，其帶來(lái)的實(shí)時(shí)傳輸在電視節(jié)目中得到了廣泛應(yīng)用，讓電視節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)直播常態(tài)化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。4G傳輸方式費(fèi)用低，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，攜帶方便,在城鎮(zhèn)區(qū)域有運(yùn)營(yíng)商鋪設(shè)的大量基站，接收方只需用普通寬帶網(wǎng)絡(luò)接收，不需要用專網(wǎng)即可。適宜電視臺(tái)進(jìn)行突發(fā)類新聞的直播，例如在人群環(huán)境擁擠的場(chǎng)所，交通阻塞的街巷，天氣、地質(zhì)條件惡劣的地方進(jìn)行的直播，采用這種方式第一時(shí)間發(fā)回現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)道是一種非常好的選擇。

2. 4G直播回傳系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

此系統(tǒng)整體分為發(fā)送端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和接收端三個(gè)部分。其中發(fā)送端用來(lái)接連攝像機(jī)，把攝像機(jī)輸入的視頻信號(hào)編碼，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)。傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是包括無(wú)線的 4G 網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)和有線的Ethernet網(wǎng)絡(luò)等傳輸視頻信號(hào)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Internet網(wǎng)絡(luò)接入，接收端可以接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把各鏈路數(shù)據(jù)合并解碼，把視音頻信息以SDI 信號(hào)的形式接入演播室直播系統(tǒng)。在此過(guò)程中可以通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)控制界面，清晰的監(jiān)看到回傳的畫面并及時(shí)調(diào)整延時(shí)、圖像質(zhì)量等參數(shù)，從而有 效保障高清圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

圖1 4G直播回傳系統(tǒng)圖

2.2 系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)通過(guò)各種技術(shù)運(yùn)用，保障在帶寬流量不是很穩(wěn)定的情況下，同樣可以穩(wěn)定的進(jìn)行新聞直播傳輸。系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）VBR編碼技術(shù)

新聞直播畫面的質(zhì)量與不同的傳輸帶寬， 視頻的壓縮比和分辨率都有著直接的關(guān)系，而壓縮比和分辨率是4G直播編碼和解碼的重要參數(shù)，做不好則會(huì)影響到新聞直播的效果。本系統(tǒng)以傳統(tǒng)的H.264編碼為基礎(chǔ)，利用VBR 技術(shù)可以根據(jù)實(shí)時(shí)帶寬自動(dòng)地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)編碼流，即時(shí)確定使用什么比特率，從而能夠充分地利用帶寬。這樣既保證了質(zhì)量，又兼顧了文件大小，可保證實(shí)時(shí)傳輸最佳的穩(wěn)定圖像。

（2）4G通信技術(shù)

4G是繼3G之后的無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)。它具有明確的開(kāi)發(fā)特質(zhì)：提高移動(dòng)裝置無(wú)線訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的速度，它集3G與WLAN 技術(shù)于一體，能夠快速高質(zhì)地傳輸視頻圖像，圖像傳輸質(zhì)量能達(dá)到高清電視畫質(zhì)。4G 是現(xiàn)場(chǎng)直播最大的一類應(yīng)用。

（3）前向糾錯(cuò)技術(shù)

前向糾錯(cuò)技術(shù)（FEC）是一個(gè)非常重要的防干擾算法。能夠把一個(gè)不穩(wěn)定的移動(dòng)傳輸環(huán)境變成一個(gè)穩(wěn)定的傳輸通道，降低數(shù)字信號(hào)的誤碼率，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。即使在快速移?dòng)的車廂里也能傳回清晰穩(wěn)定的畫面。

（4）Inverse StatMux技術(shù)

Inverse StatMux技術(shù)擁有的高智能分發(fā)傳輸機(jī)制和碼流控制機(jī)制，可以根據(jù)視頻碼率和各網(wǎng)絡(luò)基站的帶寬情況，把一路傳輸視頻流分割為多個(gè)傳輸包分配到各基站每個(gè)可利用的帶寬空隙中。在遇到傳輸帶寬突然降低的情況下，還可以降低碼率，保證直播的穩(wěn)定性。該技術(shù)成功解決了單一運(yùn)營(yíng)商傳輸網(wǎng)絡(luò)基站之間的信號(hào)丟失問(wèn)題，可以最大限度的使用每個(gè)信道的帶寬。

3．4G直播回傳系統(tǒng)在我臺(tái)的應(yīng)用

我臺(tái)購(gòu)買的TVU設(shè)備，可以同時(shí)接入5個(gè)前端直播設(shè)備，支持2路HDSDI輸出，基本可以保證我臺(tái)直播需求。圖2為TUV接收機(jī)接入演播室系統(tǒng)圖。

圖3為4G直播回傳系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。圖中區(qū)域1為可用接入信號(hào)的監(jiān)控畫面，區(qū)域2為當(dāng)前選擇的信號(hào)源的預(yù)監(jiān)畫面，區(qū)域3為音頻監(jiān)控，區(qū)域4為當(dāng)前選擇的信號(hào)源的視音頻參數(shù)，區(qū)域5為信號(hào)質(zhì)量設(shè)置，這里可以設(shè)置帶寬和延遲時(shí)間，當(dāng)4G信號(hào)不理想時(shí)可以通過(guò)限制帶寬來(lái)降低畫質(zhì)以保證視頻流暢，也可以通過(guò)增大延時(shí)時(shí)間來(lái)保證圖像質(zhì)量和流暢度。

我臺(tái)固定的4G直播欄目有兩個(gè)，《第一百姓》和《張慧幫你問(wèn)》。《第一百姓》進(jìn)社區(qū)，關(guān)注社區(qū)老年人多姿多彩文藝活動(dòng)，讓大爺大媽上電視，提高收視率?！稄埢蹘湍銌?wèn)》直播送禮，每天選擇一個(gè)小區(qū)某一戶敲門送禮，只要該家庭正在收看《張慧幫你問(wèn)》，并能回答對(duì)關(guān)于欄目的簡(jiǎn)單問(wèn)題，就能獲得禮物，極大提高了觀眾的興趣和節(jié)目的關(guān)注度。直播地點(diǎn)主要在市區(qū)，4G信號(hào)好，記者只要帶一個(gè)手機(jī)和自拍桿就可以完成直播。

在一些突發(fā)事件，如棗莊高速車輛起火事件報(bào)道中，記者第一時(shí)間趕往現(xiàn)場(chǎng)，利用4G技術(shù)手段報(bào)道了現(xiàn)場(chǎng)及醫(yī)院情況；豐縣幼兒園門前爆炸事件，利用4G技術(shù)手段直播當(dāng)?shù)卣侣劙l(fā)布會(huì)，及時(shí)向公眾傳達(dá)事件進(jìn)展及案件偵破情況，達(dá)到了揭穿謠言，穩(wěn)民心的良好效果。

圖3 4G直播回傳系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面

4．4G應(yīng)用目前存在的問(wèn)題

（1）傳輸網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

4G直播回傳系統(tǒng)最容易出現(xiàn)問(wèn)題的是傳輸網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)橄到y(tǒng)所使用的網(wǎng)絡(luò)是沒(méi)有專門 QoS保證的公共網(wǎng)絡(luò)，不是固定的專網(wǎng)。因此每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站所能保障的用戶數(shù)量有限，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)使用4G設(shè)備多的情況下，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁擠，傳輸效果不佳，出現(xiàn)回傳畫面定格、馬賽克等情況，特別是在畫面移動(dòng)稍快時(shí)更為嚴(yán)重。另外基站的多少，城鄉(xiāng)分布的不均勻，都會(huì)影響到現(xiàn)場(chǎng)直播的及時(shí)回傳。

（2）設(shè)備安全性能問(wèn)題

設(shè)備的安全性能也是直接影響到新聞直播質(zhì)量的重要因素，這就要求我們?cè)谑褂弥辈セ貍飨到y(tǒng)時(shí)要保證相關(guān)終端設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5．解決方案

（1）多卡捆綁多鏈路傳輸

目前的4G通信技術(shù)，上行速率理論上可以達(dá)到50Mbps，下行速率可以達(dá)到100Mbps，通信網(wǎng)絡(luò)所提供的上下行速率是不對(duì)稱的，而其在電視直播中的應(yīng)用，上行速率是主要的因素。單張4G 卡雖然其上行速率達(dá)標(biāo)，但由于沒(méi)有其它傳輸鏈路支持，其穩(wěn)定性也難以保證。

我臺(tái)所選用的4G直播回傳系統(tǒng)可以在同一個(gè)發(fā)送端上支持國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的4G卡來(lái)進(jìn)行傳輸,最多可用8張卡。 目前我們采用在一個(gè)發(fā)送端背包里配置聯(lián)通、電信、移動(dòng)的4G卡各2張，可以將上傳速率提升到20Mbps左右。 采用這種方式，所有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬都能被充分利用。另外在市內(nèi)、室外的情況下，直接用4G手機(jī)也可以完成直播。

（2）臺(tái)內(nèi)帶寬保障

為保障傳輸接收速率，我們?cè)谂_(tái)內(nèi)還鋪設(shè)了2條專用于4G 回傳系統(tǒng)的移動(dòng)100M光纜。有了編碼和帶寬的保證，使該系統(tǒng)可以傳輸SD/HD的廣播級(jí)質(zhì)量視頻。

（3）直播前踩點(diǎn)預(yù)備工作

在條件允許的情況下，直播前最好先到直播地點(diǎn)測(cè)試 4G 信號(hào)。特別對(duì)于像地下車庫(kù)、有大的墻體阻隔等容易出現(xiàn)信號(hào)盲點(diǎn)的區(qū)域，要多找點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，不留任何信號(hào)覆蓋死角，確保直播順利。由于目前4G技術(shù)的特點(diǎn)，盡量少用推、拉、搖、移等快速移動(dòng)鏡頭，實(shí)在不能避免，在拍攝時(shí)要盡量慢推、慢拉、慢搖、慢移，防止直播畫面出現(xiàn)定格及馬賽克的情況。

6．結(jié)束語(yǔ)

隨著運(yùn)營(yíng)商加大建設(shè)力度， 4G 通信技術(shù)在電視媒體的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。4G 通信技術(shù)作為能夠開(kāi)展雙向視音頻綜合業(yè)務(wù)的傳輸平臺(tái)技術(shù)， 必將會(huì)加速電視節(jié)目直播常態(tài)化的進(jìn)程，豐富節(jié)目的表現(xiàn)形式，增強(qiáng)城市電視臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。