3G，折叠空间的新闻利器——3G在电视直播领域的应用探讨

旷文彬，陈 诚

（湖南电视台，湖南 长沙 410005）

1 引言

第三代移动通信技术（3rd-Generation，3G）作为目前已广泛民用的先进通信技术，视频通话一直是最为热议的应用。若民用通信平台能够进行电视视频传输，就能够摆脱对直播卫星车的高度依赖，实现实时、无地域限制的即时新闻直播。

2 新闻连线直播的传统方式

新闻连线直播的传统方式有：

1）卫星SNG连线。信号质量好，可靠性高，但设备购买成本高，运行设备成本、通道租赁成本和人力成本高，响应速度很低，数量极少，并受天气影响大，只能在开阔平坦的地区使用。

2）微波连线。信号质量好，可靠性高，但设备成本高，运行成本较高，距离短（一般几十公里内），且安装条件苛刻，响应速度很低，受天气影响大，几乎不可能进行即时新闻连线。

3）网络直播。利用网络传输服务器进行Internet有线接入，并通过Internet网络传输进行连线直播，信号质量作为新闻素材可以接受，但必须在Internet有线接入的地点才可以连接，响应速度慢，受接入网的影响不可控。

卫星车SNG连线或微波连线直播最主要的限制就是运行成本高，其次是响应速度慢，极大地限制了新闻的采集与播出；虽然网络直播可以降低运行成本，但仍然受限于有线接入的地点。如果有无处不在的民用宽带无线上行通道，就可以解决上行这一地点环节的限制，同时可以大幅降低运行成本，3G平台正是这一理想的接入平台。

3 3G平台的选择

3G是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，3G服务能同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等），代表特征是提供高速数据业务。传输带宽的提高，除了满足传统的语音、短信业务之外，还有富裕能力可传输高码率数据包。至于各个运营商所讲的视频电话、手机影视点播、无线宽带等诸多3G业务，也是基于带宽提升后，在应用层开展的业务。 因此，高带宽为视频无线传输提供了支持，而且带宽越高可行性越高。

国内民用的3个3G平台带宽参数比较如表1所示。

表1 国内民用的3个3G平台带宽参数比较

单纯从带宽来看，联通的WCDMA最优，其次是电信，最后是中国移动。同时，全球移动设备供应商协会发布WCDMA/HSPA市场调研数据显示，WCDMA具有持续强劲的发展势头，截至2009年8月13日，全球共290家运营商在120个国家部署WCDMA网络，WCDMA已占据全球商用3G网络超过72.8%的市场份额。因此，首选中国联通的WCDMA，但也没有完全排除中国电信的CDMA2000，而中国移动的TD-CDMA排除在选择之外，若TD-LTE等4G平台出现，将会无须再担忧技术平台的限制。

4 上行终端比较

便携的视频无线上行终端主要有视频手机、利用3G无线上网并带摄像头的笔记本计算机和笔者要重点介绍的3G视音频压缩编码上行终端 （下文简称3G编码器），逐一对其进行测试比较。

4.1 视频手机

用2台比较高端的诺基亚N97 WCDMA手机，直接采用3G视频通话业务进行视频连线，接收端用N97视频线将视频电话中对方的画面全屏输出模拟复合信号，再进行A/D和同步进入转播车系统，视频手机视频传输系统图如图1所示。画面的流畅度尚可，但是清晰度很差。

原因有两个：

1）目前在WCDMA网络上，视频通话业务是通过64 kbit/s的电路域（CS）来实现的，即用传统的语音信道承载数据业务。虽然分组域相对电路域具有更高的带宽，但考虑到语音和视频的同步问题，WCDMA在标准制订中规定，统一在电路域承载视频电话的语音和图像。通过64 kbit/s的电路域实现视频通话，在带宽和质量上有着先天缺陷。

2）手机视频是基于QCIF格式，在H.323协议簇中标准采集分辨力为176×144，是常用的标准化图像格式。与PAL制标清电视清晰度（720×576）相差太远，因此采用电路交换的手机视频通话技术，无法满足电视标准下对画面清晰度的要求。当然对于突发重大新闻事件，有图像比没有图像好，这种场合下若不强求画面质量也可偶尔使用。

4.2 3G上网本摄像头

对应于电路域手机视频通话方式，上行端用3G笔记本计算机上网，采用QQ或MSN的视频通话功能进行摄像头采集，发端采用3G无线接入互联网，数据包用分组交换的方式，通过互联网下行到接收计算机，显卡输出VGA转模拟复合视频输出再进行A/D转换，并同步进入转播车系统，3G上网本摄像头视频传输系统图如图2所示。画面流畅度一般，主观图像质量一般。

主要原因是：摄像头的视频采集参数差，所谓百万像素，更多是插值运算得出。而且色彩还原度和照度与专业摄像机无法相比，新闻偶尔可以用，但依然无法完全满足电视播出的要求。同时，声音有时不同步，只能用电话进行语音连线，因而不能保证高质量的音频同步传输。

4.3 3G编码器

幸运的是，有更多的设备供应商看到3G无线视频传输这一应用前景，率先做出商用方案的是安防领域。在3G应用之前，他们就基于GPRS和CDMA-1X研发出专用的视频编码无线上行设备，并基于互联网分组交换的方式进行传输下行。随着3G平台的出现，带宽的瓶颈问题得到缓解，基于3G的安防视频监控系统应用日益广泛。大洋、索贝等一些传统电视设备供应集成商也相应推出了3G Live电视应用系统。同时，一些多卡 （2卡或4卡）并行上行传输终端开始出现，并已经在一些电视台得到应用。笔者对5款设备进行了相应的测试，因为是专用设备，采用AV输入和输出，通过联通3G平台，在演播室获取的图像主观评价质量达4级以上，图像连续，声画同步，总体延时约2～3 s，完全能满足新闻直播连线的需要。3G编码器视频传输系统图如图3所示。

5 3G编码器的原理分析

专用的视音频编码3G上行终端主要应用了以下4个关键技术解决图像质量、带宽及Internet特定环境的问题：

1）采用更高效的H.264压缩编码协议。

相比于H.263及MPEG-2等，H.264在低带宽下有了长足的进步，采用H.264协议压缩编码的视频流可达到的效果是：256 kbit/s即可基本商用，1 Mbit/s带宽即可达到高端商用客户需求，2 Mbit/s带宽可以支持动态4CIF（704×576），相当于传统PAL制模拟标清电视分辨力（720×576）的图像效果，与 MPEG-2 协议的 6 Mbit/s带宽效果相当。而MPEG-2协议下，6.144 Mbit/s时分辨力为720×576，每秒25帧，图像清晰，色彩较鲜明，画面逼真，层次感较强，图像剧烈运动时马赛克效应偶可察觉（在一般会议室环境照度下），主观图像质量在5级以上，接近数字地面广播级别。因此，H.264协议的应用为低码率视频传输提供了重要的保障。

2）采用基于UDP的容错无线网络传输技术（见图 4）。

Internet TCP/IP协议服务可分为面向连接的传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）和面向无连接的用户数据包协议（User Datagram Protocol，UDP）两种。TCP需要先建立连接才能通信，正如打电话需要拨号和接通，要占用专用通道；而UDP好比发短信，不需要确认收到，实时地传递数据，资源占用少，实时传递数据速率高，适合视音频流实时传输。

3）采用基于PID控制的视频编码和传输策略（见图 5）。

基于经典PID（比例+微分）控制器调节发送缓存（不满不溢，充分利用带宽）平滑视频流。

4）采用多路信道捆绑传输技术（见图6）。

根据编码流特点，合理拆分视频包，充分利用多路WCDMA/CDMA2000数据通道。实时码流可达2 Mbit/s。

最初担心人流集中的标志性地段基站信道拥挤，而实际测试时视频都很流畅。分析原因为：手机的互联网业务主要是下载，占用的是下行通道资源，手机的视频通话基于电路交换，图像质量差，应用的人很少，上行通道占用很低。因此，仅单向上传的3G视频传输没有受到明显影响，整个长沙城区人流集中的标志性地段传输都很流畅。

6 测试总结

测试过程总结如下：

1）采用多卡3G编码器的传输方式质量最为可靠，能够满足标清电视新闻直播要求。

2）不能跨网跨平台传输，一旦跨网，网络延时基本上大于200 ms，图像几乎不可用。

3）广泛应用于金融行业等保障性要求特别高的VPDN通道不适合应用于实时性要求很高的视频传输。因为VPDN会对进入的数据流进行加密打包然后再解密输出，同样会增加网络延时，造成视频流严重丢包而无法解出流畅的视频信号。

4）多信道捆绑可以提升码率，但并非成倍增长，单卡在信道资源通畅的时候也可以得到流畅的图像。

5）中国联通WCDMA具有更高的上行带宽，多点测试表明保持信号传输流畅的可靠性更高。

6）下行单路数据流基本可以达到600 kbit/s，按通道带宽10倍预留原则，最好使用公网IP宽带专线6 Mbit/s以上，多路则相应扩展带宽。若在局域网内，可采用端口映射方式，通过路由器端口流量控制分配固定带宽给下行通道，以免受局域网其他终端使用的影响。

7）异地传输随着空间距离的增加，数据经过的公网路由也越多，对视频延时影响也相应增加。

8）色彩还原度更好的摄像机所采集的信号经过传输通道后，在接收端同样能得到更好的图像。

9）多波群测试信号经过传输后，4～6 Mbit/s段高频信号衰减比较厉害，这估计也是为了降低视频流码率的无奈处理。

7 3G视频传输电视应用模式探讨

结合电视节目的形态，提出了以下几种主要的应用模式：1）突发事件新闻即时连线直播；2）异地节目素材AV回传或文件回传；3）赛事异地连线互动直播；4）专家组异地讨论，实时点评；5）运动赛事移动机位或其他特殊机位。

8 小结

电视节目的时效性、互动性要求越来越高，对节目的传输手段也提出了更高的要求，仅靠现有的卫星、光纤和微波手段及互联网的文件传输，都无法满足节目时效性、互动性的需求。

3G就是互联网的无线接入方式，让信号采集端真正摆脱束缚，让现场信号能够真正及时地回到演播室。画面质量和链路的可靠性虽不能与传统的光纤、微波相比，但它的优势就是经济、便携、及时与互动。其缺点是：3G编码器为专用设备，受数量限制，同时需要专业人员操作使用。

如果手机视频通话质量能够提高到4CIF（704×576），那么每一个使用视频手机的人都有可能成为无所不在、无时不在的新闻采集者。当这样的时代出现的时候，一个高品质的24 h海量新闻资讯频道的实现将不再遥远，4G更令人期待。