曠文彬，陳 誠

（湖南電視臺，湖南 長沙 410005）

1 引言

第三代移動通信技術(shù)（3rd-Generation，3G）作為目前已廣泛民用的先進(jìn)通信技術(shù)，視頻通話一直是最為熱議的應(yīng)用。若民用通信平臺能夠進(jìn)行電視視頻傳輸，就能夠擺脫對直播衛(wèi)星車的高度依賴，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、無地域限制的即時新聞直播。

2 新聞連線直播的傳統(tǒng)方式

新聞連線直播的傳統(tǒng)方式有：

1）衛(wèi)星SNG連線。信號質(zhì)量好，可靠性高，但設(shè)備購買成本高，運(yùn)行設(shè)備成本、通道租賃成本和人力成本高，響應(yīng)速度很低，數(shù)量極少，并受天氣影響大，只能在開闊平坦的地區(qū)使用。

2）微波連線。信號質(zhì)量好，可靠性高，但設(shè)備成本高，運(yùn)行成本較高，距離短（一般幾十公里內(nèi)），且安裝條件苛刻，響應(yīng)速度很低，受天氣影響大，幾乎不可能進(jìn)行即時新聞連線。

3）網(wǎng)絡(luò)直播。利用網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)器進(jìn)行Internet有線接入，并通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行連線直播，信號質(zhì)量作為新聞素材可以接受，但必須在Internet有線接入的地點(diǎn)才可以連接，響應(yīng)速度慢，受接入網(wǎng)的影響不可控。

衛(wèi)星車SNG連線或微波連線直播最主要的限制就是運(yùn)行成本高，其次是響應(yīng)速度慢，極大地限制了新聞的采集與播出；雖然網(wǎng)絡(luò)直播可以降低運(yùn)行成本，但仍然受限于有線接入的地點(diǎn)。如果有無處不在的民用寬帶無線上行通道，就可以解決上行這一地點(diǎn)環(huán)節(jié)的限制，同時可以大幅降低運(yùn)行成本，3G平臺正是這一理想的接入平臺。

3 3G平臺的選擇

3G是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術(shù)，3G服務(wù)能同時傳送聲音（通話）及數(shù)據(jù)信息（電子郵件、即時通信等），代表特征是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。傳輸帶寬的提高，除了滿足傳統(tǒng)的語音、短信業(yè)務(wù)之外，還有富裕能力可傳輸高碼率數(shù)據(jù)包。至于各個運(yùn)營商所講的視頻電話、手機(jī)影視點(diǎn)播、無線寬帶等諸多3G業(yè)務(wù)，也是基于帶寬提升后，在應(yīng)用層開展的業(yè)務(wù)。 因此，高帶寬為視頻無線傳輸提供了支持，而且?guī)捲礁呖尚行栽礁摺?/p>

國內(nèi)民用的3個3G平臺帶寬參數(shù)比較如表1所示。

表1 國內(nèi)民用的3個3G平臺帶寬參數(shù)比較

單純從帶寬來看，聯(lián)通的WCDMA最優(yōu)，其次是電信，最后是中國移動。同時，全球移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會發(fā)布WCDMA/HSPA市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，WCDMA具有持續(xù)強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，截至2009年8月13日，全球共290家運(yùn)營商在120個國家部署WCDMA網(wǎng)絡(luò)，WCDMA已占據(jù)全球商用3G網(wǎng)絡(luò)超過72.8%的市場份額。因此，首選中國聯(lián)通的WCDMA，但也沒有完全排除中國電信的CDMA2000，而中國移動的TD-CDMA排除在選擇之外，若TD-LTE等4G平臺出現(xiàn)，將會無須再擔(dān)憂技術(shù)平臺的限制。

4 上行終端比較

便攜的視頻無線上行終端主要有視頻手機(jī)、利用3G無線上網(wǎng)并帶攝像頭的筆記本計算機(jī)和筆者要重點(diǎn)介紹的3G視音頻壓縮編碼上行終端 （下文簡稱3G編碼器），逐一對其進(jìn)行測試比較。

4.1 視頻手機(jī)

用2臺比較高端的諾基亞N97 WCDMA手機(jī)，直接采用3G視頻通話業(yè)務(wù)進(jìn)行視頻連線，接收端用N97視頻線將視頻電話中對方的畫面全屏輸出模擬復(fù)合信號，再進(jìn)行A/D和同步進(jìn)入轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)，視頻手機(jī)視頻傳輸系統(tǒng)圖如圖1所示。畫面的流暢度尚可，但是清晰度很差。

原因有兩個：

1）目前在WCDMA網(wǎng)絡(luò)上，視頻通話業(yè)務(wù)是通過64 kbit/s的電路域（CS）來實(shí)現(xiàn)的，即用傳統(tǒng)的語音信道承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。雖然分組域相對電路域具有更高的帶寬，但考慮到語音和視頻的同步問題，WCDMA在標(biāo)準(zhǔn)制訂中規(guī)定，統(tǒng)一在電路域承載視頻電話的語音和圖像。通過64 kbit/s的電路域?qū)崿F(xiàn)視頻通話，在帶寬和質(zhì)量上有著先天缺陷。

2）手機(jī)視頻是基于QCIF格式，在H.323協(xié)議簇中標(biāo)準(zhǔn)采集分辨力為176×144，是常用的標(biāo)準(zhǔn)化圖像格式。與PAL制標(biāo)清電視清晰度（720×576）相差太遠(yuǎn)，因此采用電路交換的手機(jī)視頻通話技術(shù)，無法滿足電視標(biāo)準(zhǔn)下對畫面清晰度的要求。當(dāng)然對于突發(fā)重大新聞事件，有圖像比沒有圖像好，這種場合下若不強(qiáng)求畫面質(zhì)量也可偶爾使用。

4.2 3G上網(wǎng)本攝像頭

對應(yīng)于電路域手機(jī)視頻通話方式，上行端用3G筆記本計算機(jī)上網(wǎng)，采用QQ或MSN的視頻通話功能進(jìn)行攝像頭采集，發(fā)端采用3G無線接入互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)包用分組交換的方式，通過互聯(lián)網(wǎng)下行到接收計算機(jī)，顯卡輸出VGA轉(zhuǎn)模擬復(fù)合視頻輸出再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并同步進(jìn)入轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)，3G上網(wǎng)本攝像頭視頻傳輸系統(tǒng)圖如圖2所示。畫面流暢度一般，主觀圖像質(zhì)量一般。

主要原因是：攝像頭的視頻采集參數(shù)差，所謂百萬像素，更多是插值運(yùn)算得出。而且色彩還原度和照度與專業(yè)攝像機(jī)無法相比，新聞偶爾可以用，但依然無法完全滿足電視播出的要求。同時，聲音有時不同步，只能用電話進(jìn)行語音連線，因而不能保證高質(zhì)量的音頻同步傳輸。

4.3 3G編碼器

幸運(yùn)的是，有更多的設(shè)備供應(yīng)商看到3G無線視頻傳輸這一應(yīng)用前景，率先做出商用方案的是安防領(lǐng)域。在3G應(yīng)用之前，他們就基于GPRS和CDMA-1X研發(fā)出專用的視頻編碼無線上行設(shè)備，并基于互聯(lián)網(wǎng)分組交換的方式進(jìn)行傳輸下行。隨著3G平臺的出現(xiàn)，帶寬的瓶頸問題得到緩解，基于3G的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛。大洋、索貝等一些傳統(tǒng)電視設(shè)備供應(yīng)集成商也相應(yīng)推出了3G Live電視應(yīng)用系統(tǒng)。同時，一些多卡 （2卡或4卡）并行上行傳輸終端開始出現(xiàn)，并已經(jīng)在一些電視臺得到應(yīng)用。筆者對5款設(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)的測試，因?yàn)槭菍Ｓ迷O(shè)備，采用AV輸入和輸出，通過聯(lián)通3G平臺，在演播室獲取的圖像主觀評價質(zhì)量達(dá)4級以上，圖像連續(xù)，聲畫同步，總體延時約2～3 s，完全能滿足新聞直播連線的需要。3G編碼器視頻傳輸系統(tǒng)圖如圖3所示。

5 3G編碼器的原理分析

專用的視音頻編碼3G上行終端主要應(yīng)用了以下4個關(guān)鍵技術(shù)解決圖像質(zhì)量、帶寬及Internet特定環(huán)境的問題：

1）采用更高效的H.264壓縮編碼協(xié)議。

相比于H.263及MPEG-2等，H.264在低帶寬下有了長足的進(jìn)步，采用H.264協(xié)議壓縮編碼的視頻流可達(dá)到的效果是：256 kbit/s即可基本商用，1 Mbit/s帶寬即可達(dá)到高端商用客戶需求，2 Mbit/s帶寬可以支持動態(tài)4CIF（704×576），相當(dāng)于傳統(tǒng)PAL制模擬標(biāo)清電視分辨力（720×576）的圖像效果，與 MPEG-2 協(xié)議的 6 Mbit/s帶寬效果相當(dāng)。而MPEG-2協(xié)議下，6.144 Mbit/s時分辨力為720×576，每秒25幀，圖像清晰，色彩較鮮明，畫面逼真，層次感較強(qiáng)，圖像劇烈運(yùn)動時馬賽克效應(yīng)偶可察覺（在一般會議室環(huán)境照度下），主觀圖像質(zhì)量在5級以上，接近數(shù)字地面廣播級別。因此，H.264協(xié)議的應(yīng)用為低碼率視頻傳輸提供了重要的保障。

2）采用基于UDP的容錯無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（見圖 4）。

Internet TCP/IP協(xié)議服務(wù)可分為面向連接的傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）和面向無連接的用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）兩種。TCP需要先建立連接才能通信，正如打電話需要撥號和接通，要占用專用通道；而UDP好比發(fā)短信，不需要確認(rèn)收到，實(shí)時地傳遞數(shù)據(jù)，資源占用少，實(shí)時傳遞數(shù)據(jù)速率高，適合視音頻流實(shí)時傳輸。

3）采用基于PID控制的視頻編碼和傳輸策略（見圖 5）。

基于經(jīng)典PID（比例+微分）控制器調(diào)節(jié)發(fā)送緩存（不滿不溢，充分利用帶寬）平滑視頻流。

4）采用多路信道捆綁傳輸技術(shù)（見圖6）。

根據(jù)編碼流特點(diǎn)，合理拆分視頻包，充分利用多路WCDMA/CDMA2000數(shù)據(jù)通道。實(shí)時碼流可達(dá)2 Mbit/s。

最初擔(dān)心人流集中的標(biāo)志性地段基站信道擁擠，而實(shí)際測試時視頻都很流暢。分析原因?yàn)椋菏謾C(jī)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要是下載，占用的是下行通道資源，手機(jī)的視頻通話基于電路交換，圖像質(zhì)量差，應(yīng)用的人很少，上行通道占用很低。因此，僅單向上傳的3G視頻傳輸沒有受到明顯影響，整個長沙城區(qū)人流集中的標(biāo)志性地段傳輸都很流暢。

6 測試總結(jié)

測試過程總結(jié)如下：

1）采用多卡3G編碼器的傳輸方式質(zhì)量最為可靠，能夠滿足標(biāo)清電視新聞直播要求。

2）不能跨網(wǎng)跨平臺傳輸，一旦跨網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)延時基本上大于200 ms，圖像幾乎不可用。

3）廣泛應(yīng)用于金融行業(yè)等保障性要求特別高的VPDN通道不適合應(yīng)用于實(shí)時性要求很高的視頻傳輸。因?yàn)閂PDN會對進(jìn)入的數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密打包然后再解密輸出，同樣會增加網(wǎng)絡(luò)延時，造成視頻流嚴(yán)重丟包而無法解出流暢的視頻信號。

4）多信道捆綁可以提升碼率，但并非成倍增長，單卡在信道資源通暢的時候也可以得到流暢的圖像。

5）中國聯(lián)通WCDMA具有更高的上行帶寬，多點(diǎn)測試表明保持信號傳輸流暢的可靠性更高。

6）下行單路數(shù)據(jù)流基本可以達(dá)到600 kbit/s，按通道帶寬10倍預(yù)留原則，最好使用公網(wǎng)IP寬帶專線6 Mbit/s以上，多路則相應(yīng)擴(kuò)展帶寬。若在局域網(wǎng)內(nèi)，可采用端口映射方式，通過路由器端口流量控制分配固定帶寬給下行通道，以免受局域網(wǎng)其他終端使用的影響。

7）異地傳輸隨著空間距離的增加，數(shù)據(jù)經(jīng)過的公網(wǎng)路由也越多，對視頻延時影響也相應(yīng)增加。

8）色彩還原度更好的攝像機(jī)所采集的信號經(jīng)過傳輸通道后，在接收端同樣能得到更好的圖像。

9）多波群測試信號經(jīng)過傳輸后，4～6 Mbit/s段高頻信號衰減比較厲害，這估計也是為了降低視頻流碼率的無奈處理。

7 3G視頻傳輸電視應(yīng)用模式探討

結(jié)合電視節(jié)目的形態(tài)，提出了以下幾種主要的應(yīng)用模式：1）突發(fā)事件新聞即時連線直播；2）異地節(jié)目素材AV回傳或文件回傳；3）賽事異地連線互動直播；4）專家組異地討論，實(shí)時點(diǎn)評；5）運(yùn)動賽事移動機(jī)位或其他特殊機(jī)位。

8 小結(jié)

電視節(jié)目的時效性、互動性要求越來越高，對節(jié)目的傳輸手段也提出了更高的要求，僅靠現(xiàn)有的衛(wèi)星、光纖和微波手段及互聯(lián)網(wǎng)的文件傳輸，都無法滿足節(jié)目時效性、互動性的需求。

3G就是互聯(lián)網(wǎng)的無線接入方式，讓信號采集端真正擺脫束縛，讓現(xiàn)場信號能夠真正及時地回到演播室。畫面質(zhì)量和鏈路的可靠性雖不能與傳統(tǒng)的光纖、微波相比，但它的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)、便攜、及時與互動。其缺點(diǎn)是：3G編碼器為專用設(shè)備，受數(shù)量限制，同時需要專業(yè)人員操作使用。

如果手機(jī)視頻通話質(zhì)量能夠提高到4CIF（704×576），那么每一個使用視頻手機(jī)的人都有可能成為無所不在、無時不在的新聞采集者。當(dāng)這樣的時代出現(xiàn)的時候，一個高品質(zhì)的24 h海量新聞資訊頻道的實(shí)現(xiàn)將不再遙遠(yuǎn)，4G更令人期待。