3G網絡回傳系統設計與構建

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1引言

電視新聞報道對時效性的要求越來越高，以往我臺在將現場報道視音頻信號實時回傳到臺內演播室時，主要采用了傳統的衛星與微波車傳輸系統或光纖傳輸系統，這些傳統的傳輸系統不僅操作相對復雜，而且設備采購、使用與維護成本比較高，新聞報道的時效性也受到一定限制。2010年底，我臺依托第三代移動通信(3g)網絡技術平臺，組建了現場報道視音頻信號3G網絡回傳系統，用于將時效性要求極高的突發性新聞事件的現場報道視音頻信號實時回傳到臺內演播室，供直播或錄播使用。

2系統設計要求

2．1系統使用簡便快捷

要求3G網絡回傳系統操作使用簡便快捷，并且易于維護、管理。現場的3G視頻編碼終端可直接掛接到攝像機，便于攜帶，不受拍攝空間和環境的限制，只要在3G數據通信業務信號覆蓋區域內就可以隨時隨地將視音頻信號傳回臺內演播室，且可以全國漫游，可以實現全天候、全方位的新聞直播，可以滿足突發性新聞事件實時直播報道以及大型賽事與重大活動多點、多角度同時直播報道的需求。

2．2具有較高的性能價格比

要求系統依托3G網絡，支持3G手機、攝像機掛接單卡編碼終端和多卡編碼終端等多種方式的視音頻拍攝、采集、傳輸、接收、錄制與直播，可與收錄、新聞、制作等制播網絡系統無縫連接，在滿足所需功能和性能的基礎上，應盡量降低設備采購、使用與維護成本，提高系統性能價格比。

2．3系統運行安全可靠

要求系統運行安全可靠，系統各個部分、系統各級之間具有完善的主備冗余備份機制和有效的應急方案。系統應具有檢錯、糾錯能力，在系統出現故障時，能夠在較短時問內快速恢復正常運行。

2．4采用標準化技術

要求系統設計必須遵循廣電行業規范，符合國標和國際標準，現場視音頻信號壓縮編碼方式采用標清幅面H．264標準，在WCDMA單卡編碼終端情況下，經3G網絡回傳到演播室后可以實時輸出SDI信號，延時要求在4秒以內，圖像分辨率要求達到或接近720~576，圖像基本流暢，且視音頻同步。

2．5具有較強的可升級性

要求系統軟硬件具有良好的開放性和可升級性，能開放接口協議和數據格式。應能支持多卡捆綁傳輸，實現多路3G鏈路捆綁，能將多個物理鏈路帶寬疊加，滿足視音頻數據傳輸對帶寬的要求。根據3G鏈路的質量狀態，可以調整視音頻編碼碼率，可在低質量物理鏈路上獲得相對滿意的視音頻效果。現場的3G視頻編碼終端最好可以實時接收來自臺內導播的TALLY信號，以提醒現場記者進入直播狀態，并最好支持演播室與現場記者、攝像之間的雙向語音對講功能。

3系統主要功能部件組建

3．13G視頻編碼終端

現場記者攜帶的采集終端(3G視頻編碼終端)應包括3G單卡終端和3G多卡終端，最好支持3G手機終端。3G手機終端應支持WindowsMobile、Android、Symbian等多種平臺的3G手機，采用MPEG一4編碼格式，最大傳輸碼率可達300kbps，圖像分辨率為352~288像素。3G單卡終端和3G多卡終端為直掛式3G視頻編碼終端，通常直接掛接在攝像機后，將SDI視頻信號或模擬AV信號輸入接口連接到攝像機輸出接口，攝像機實時拍攝現場視音頻信號，3G視頻編碼終端對現場視音頻信號進行采集、壓縮、編碼，通過3G無線數據傳輸網絡發送給臺內3G媒體服務器。3G視頻編碼終端應支持SDI視頻(嵌入音頻)或模擬AV信號輸入，采用H．264編碼格式，最大傳輸碼率可達700kbps(單卡)或1．5Mbps(雙卡)，圖像分辨率達到或接近720x576。

3．23G移動通信網絡

根據表1的比較，我臺現場報道視音頻信號3G網絡回傳系統的3G移動通信網絡采用了以中國聯通WCDMA移動通信網絡為主、可將多個低速鏈路組合成為高速鏈路的無線數據傳輸網絡，以便快速地將現場的3G視頻編碼終端采集的視音頻數據傳送到臺內3G媒體服務器。當3G視頻編碼終端連接到3G移動通信網絡后，3G視頻編碼終端內部的實時信道檢測程序會實時檢測每張3G卡的信號強度、傳輸帶寬和傳輸時延，然后選擇最優傳輸路徑將視音頻信號傳送回3G媒體服務器，確保臺內接收端圖像清晰流暢，避免馬賽克和丟幀現象。

3．33G媒體服務器

臺內3G媒體服務器通過3G移動通信網絡、3G無線接人網絡、Internet數據專線與現場記者攜帶的3G視頻編碼終端相互連通，將現場記者拍攝的圖像和聲音信號實時地傳送回臺內演播室，3G媒體服務器可以輸出SDI視頻(嵌入音頻)或模擬AV信號供演播室使用，也可以在本地保存為H．264文件并傳輸給錄播服務器。3G媒體服務器輸入端通過以太網接口連接12M聯通Internet數據專線，輸出接口有以太網接口和1～4路SDI視頻(嵌入音頻)或模擬AV信號接口。3G媒體服務器應配置視音頻解碼與播出服務軟件，要求一臺3G媒體服務器可同時接收、處理、存儲4路3G視頻編碼終端并發傳輸的視音頻媒體流。3G媒體服務器最好采用Linux系統，并支持主備服務器自動切換工作方式，保證7x24小時穩定運行。3G媒體服務器應可以設置、管理系統中的各個設備及其端口參數、IP地址、編解碼格式等信息，應提供內外網至少2個10／100／1000M自適應網絡端口，并自帶防火墻。3G媒體服務器最好配備Tally輸入接口和雙向語音對講接口，3G視頻編碼終端可將語音信號傳輸到3G媒體服務器，并通過音頻數據接口收聽臺內演播室指揮語音信號，3G媒體服務器可通過監控軟件直接呼叫3G視頻編碼終端，實現雙向語音對講通話。

3．4利用3G網絡傳輸視頻的過程

(1)現場記者攜帶裝有直掛式3G視頻編碼終端的攝像機進行現場實時采訪報道，現場記者拍攝的圖像和聲音信號通過輸出接口傳送給3G視頻編碼終端，進行視音頻編碼、壓縮并拆分成若干視音頻數據包。

(2)通過中國聯通等3G卡和WCDMA等3G移動通信網絡，也可以采用3G信道多卡捆綁技術進行處理和控制，建立數據傳輸鏈路，將視音頻數據包傳送給3G網絡運營商。

(3)利用Internet互聯網的3G無線網絡接人方式，通過3G網絡運營商與Internet的接口將視音頻數據包發送到Internet上。

(4)通過Internet的路由將視音頻數據包實時傳送到臺內接收端的3G媒體服務器。

(5)臺內接收端的3G媒體服務器將接收到的視音頻數據包進行解碼、分段重組、按順序排列、重新合成等處理，轉換還原出現場發射端(3G視頻編碼終端)發送的完整的圖像和聲音信號，通過SDI(或模擬AV)輸出接口，輸出SDI(或模擬AV)信號給演播室的信號調度矩陣，經矩陣調度后送給直播服務器，或送給直播切換臺和調音臺，實現現場新聞實時直播。

(6)臺內接收端的3G媒體服務器也可以將現場傳回的視音頻數據包，生成H．264文件，存儲在3G媒體服務器本地硬盤，再通過3G媒體服務器的以太網接口將本地H．264文件推送給收錄服務器或直播服務器，再完成素材轉碼、文件化錄制或播出。

43G無線傳輸新技術分析

4．1多卡捆綁技術

采用H．264壓縮編碼方式，為了保證清晰連續的視頻信號，要求3G傳輸通道的傳輸帶寬較長時間保持在1．5Mb／s到2Mb／s之間。采用多卡捆綁技術可以獲得足夠的傳輸帶寬，2張聯通3G卡或3張電信3G卡就能夠支持廣播級視頻3G傳輸業務的帶寬。

4．2跨運營商捆綁技術

3G網絡信號覆蓋并不均勻，3G網絡提供的帶寬隨網絡信號的變化會出現較大的波動。跨運營商捆綁技術可以解決單運營商網絡信號抖動帶來的帶寬資源下降問題，若一個運營商3G網絡信號下降，3G視頻編碼終端便可用其他運營商3G網絡帶寬資源來及時彌補丟失的帶寬資源，可以以聯通3G網絡為主、以電信和移動3G網絡為輔，共同承載視頻傳輸業務。當聯通3G網絡帶寬降低、時延增加時，3G視頻編碼終端可自動優化傳輸路徑，快速地將這部分數據轉移到電信或移動3G網絡上傳輸。

4．3負載均衡和實時信道檢測技術

負載均衡技術是將數據傳輸壓力分配到不同信道中進行傳輸，降低對一個信道的依賴性，利用多個信道共同完成數據傳輸。利用3G網絡傳輸視頻，既要考慮3G無線網絡環境，也要考慮Internet網絡環境等，但主要考慮3G無線網絡環境和信道檢測，實時信道檢測技術是利用3G視頻編碼終端與3G基站之間的實時通訊數據，判定其信道的質量，實時進行負載均衡，充分利用每個信道，盡量避免由于網絡帶寬變化而導致丟包。

4．4智能天線陣技術

一個3G基站能夠提供的3G網絡帶寬是有限的，智能天線陣技術可用來捕獲相鄰基站信號，使3G視頻編碼終端除了能夠接收到本基站的3G無線信號，還能夠接收到鄰近基站的3G無線信號，通過兩個基站共同將拍攝到的視音頻信號傳送回3G媒體服務器。當各個基站信號強度穩定時，將大量的視音頻數據由主用信道傳輸，少量的數據交給備用信道傳輸。

5四款3G視頻回傳系統比較與評價

我臺技術人員重點調研、試用并比較了四家公司提供的四款3G視頻回傳系統產品，即索貝公司的DEAWA一3G視頻編碼終端和3G媒體服務器，優聯華勝公司的M—Live一3G視頻編碼終端和3G媒體服務器，大洋公司的3GLive視頻編碼終端和3G媒體服務器及錄播服務器，時代華睿公司的TVu一3G視頻編碼終端和3G媒體服務器。我臺最終選擇了索貝公司產品，表2、表3內容是我臺技術人員對這四家公司產品所作的簡要比較與評價，純粹是我臺技術人員觀點，可能難免以偏概全。表2、表3中將這四家公司隨機代稱為A公司、B公司、C公司、D公司。6結語利用3G移動通信網絡回傳現場報道視音頻信號，雖然在圖像質量、傳輸鏈路可靠性等方面無法和傳統的衛星與微波車傳輸系統或光纖傳輸系統相比，但3G網絡回傳系統可以與傳統的傳輸系統形成有效的備份和補充。我臺半年來的實踐證明，只要在3G數據通信業務信號覆蓋區域內，利用現場報道視音頻信號3G網絡回傳系統就可以隨時隨地將視音頻信號傳送回臺內演播室，可以實現全天候、全方位的新聞直播，可以滿足突發性新聞事件實時直播報道以及大型賽事與重大活動多點、多角度同時直播報道的需求，因此有效地提高了我臺新聞報道的時效性和新聞節目的收視率。