浅谈无线传输技术在电视直播中的应用

李 强 张子力

1.2.内蒙古广播电视台 内蒙古 呼和浩特市 010050

在传统的演播室节目制作中，摄像机通过三同轴电缆与CCU 单元相连，而在演播室外的直播节目制作中，则是通过SDI信号线或是铺设光缆的方式把前方摄像机信号回传到EFP系统。

EFP即电子现场制作（Electronic Field Production），它是以一整套设备连结为一个拍摄和编辑系统，进行现场拍摄和现场编辑的节目生产方式。EFP 也是电视技术迅速发展的产物，它是一种适用于“野外”作业的电视节目生产方式。它必须具备的技术条件是一整套设备系统，包括两台以上的摄像机，一台以上的视频信号（图像）切换台，一个音响操作台及其它辅助设备（如矩阵、加解嵌、灯光、话筒、录像机等周边设备）。

箱载EFP 设备由于与电视台内的演播室、大型电视转播车相比，具有操作方便、灵活，调整简单、直观，可以化整为零、运输方便快捷，有利于提高工作效率，减少节目制作的时间周期，降低成本。尤其是在城市内的高层建筑、小街小巷以及道路条件较差的农村山区，当节目制作的要求比较高，大型电视转播车无法前往或达到的特殊场合和情况下，由于摄录过程与事件发生发展同步进行，现场性特别强烈，这是EFP 方式最突出的优点。因此，EFP 也可称“即时制作方式”，又由于EFP 需多台摄像机拍摄，所以也同“多机摄录、即时编辑”的概念相通。EFP是最具有电视特点、最能发挥电视独特优势的制作方式。因此，每一个成熟的电视台都将EFP制作视为必须具备的能力。

SDI 信号线对距离有要求，超过100 米，信号有衰减；铺设光缆虽解决了传输距离的问题，但施工成本较高，如果机位多，则布线繁琐、场内杂乱。介于室外节目录制的特殊性，技术人员有考虑到用微波代替有线的方式。

1 用微波代替有线传输的利与弊

为解决室外直播节目录制中，布线带来的诸多限制因素，传统的无线传输使用微波方式。前方摄像师配备微波设备的发射装置，此装置根据传输距离远近的不同，功率有大有小。小的发射装置摄像师可通过背包的方式随身携带，而大的发射装置则放在前方固定点，或放在小型移动工具上，由摄像助理跟随摄像师移动拍摄。发射装置都是通过SDI 信号线与摄像机相连，把前方加嵌的视音频信号通过微波的方式，点对点无线传输到后方微波接收设备中。备份最常用的就是1＋1方式，即在一端的微波设备里有两个单元，一个作主用，另外一个作备用，当主用的单元出现故障，不能继续工作的时候，通信就会自动的切换到备用的单元上进行传输，这样就不会中断通信。

此方式很好的解决了室外场地录制中受布线的制约。在正常情况下，传输距离可达到公里级以上，中继后会更远，足可以满足前方摄像师回传信号的要求。而且此方式还有频带宽、信道容量大、干扰小、保密性好、通信质量较高的优点。但是，微波传输受天气影响大，而且之间不能有遮挡物，大部分的微波传输设备都只能在通视环境下（即收发两点之间无阻挡）建立链路；随着无线设备应用的不断增加，传输区域相互重叠，干扰多；损耗随距离增大而快速增加，微波中继通信设备复杂，一次投资较大，技术水平要求较高；使用时需要提前考察环境，天线定向、线缆布置、频段占用情况等工作也要做一定的调整，无法做到“即到即用”，不仅限制视音频源的获取与传输，而且系统的可靠性和工作效率也大打折扣。

随着现代通讯和网络技术的迅猛发展，我们国家在城市中基本实现了4G 信号的全覆盖，有些城市已经使用上了5G 信号。基于便捷高效的4G 网络技术，广电行业中的无线传输方式也有了新的发展和变化。

2 基于4G网络技术的新的传输方式

4G背包是目前各大电视台进行无线传输首先要考虑的方式之一，它适用于各大城市中和网络信号覆盖较好的周边，特别是在直播报道中应用相当广泛。

首先把摄像机通过信号线与4G 包相连，而4G 包实现信号传输则依托的就是我们目前使用的4G网络。由于三大电信运营商在各地建设基站的多寡，因此对各地提供的4G 信号强弱程度也不同。为保证直播节目信号的正常传输，背包可以同时配备三大电信运营商提供的卡，根据当时当地每家电信运营商网络信号的强度，传输信号可在三家网络间自动切换，以保证目前网络状态最好的一家被使用；也可以使三家网络同时传送数据，以保证直播信号的正常传输。前方直播信号通过4G 网络回传到4G 接收服务器，而4G 接收服务器则需通过运营商提供的专线接入网络，最后经4G 接收服务器解码后再把信号送给EFP系统（如图1）。

采用4G 背包进行现场信号传输，不像布线那么杂乱，也不像微波受制于点对点的限制和架设天线的繁琐，它只需要依托目前现有的4G 网络就可以实现现场信号的回传，甚至可以通过公网实现信号的远距离传输，方便快捷，节省资源。但对于人群比较聚集的会场、赛场等地，4G信号可能会被挤占，为保证传输质量，需要先向当地电信运营商申请专线，再把4G 包通过AP 设备接入4G 网络，成本较大。而对于没有网络信号或是网络信号覆盖较差的地方，则无法用此种方式传输。

3 无线图传技术的特点

无线图传作为视音频信号传输介质越来越受欢迎，由于现在的无线图传技术可以达到无损压缩、零延时的传输高清视频信号，而且随着技术的发展，其传输距离也越来越远，即插即用，为电影拍摄、电视直播场景提供了更加便捷安全的解决方案。

目前，行业中常见的无线图传技术为COFDM，即编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。编码（C）是指信道编码采用编码率可变的卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求；正交频分（OFD）指使用大量的载波（副载波），它们有相等的频率间隔，都是一个基本震荡频率的整数倍；复用（M）指多路数据源相互交织地分布在上述大量载波上，形成一个频道。

前方摄像人员把发射端固定在摄像机上，通过SDI 或HDMI输入与摄像机相连，内置频谱分析仪支持自动检测通道频率，确定合适的传输频率，如果出现一个频率信号差或被干扰的现象，可以马上切换到其它频率继续传输；然后对传输信号进行压缩编码，信道调制后，通过天线发射出去；接收端则相反，天线接收信号后，对其再进行解码和解压缩，送入EFP 系统。而且双重加密系统保护视频数据防止干扰和非法接入，传输稳定安全。

图1 基于4G网络技术传输图示

任何一种技术都不可能达到完美的程度，无线图传也一样。在户外使用时，天气会对信号传输有一定的影响；由于它也是一种点对点的传输方式，因此面对面使用效果最好，但是如果有大量的遮挡物，就需要采取一定的措施，来保证信号的传输；同时，还要考虑到使用环境的电磁波干扰等因素。

综上所述，现代科技的发展，为我们在影视制作和电视直播中提供了丰富的传输手段，对于一般的直播报道，我们可以根据现有条件，选择其中的任意一种传输方式，但对于大型直播活动来说，由于每种传输方式有其各自的特点，因此我们需要多种传输方式相互配合使用，来完成前方直播信号的传输任务。

4 多种无线传输方式在直播中的配合使用

以2019年内蒙古广播电视台策划的《祖国，我是你的骄傲！》大型直播节目为例，详细描述一下这几种传输方式的技术要求和特点。

由于这场全媒体大型直播活动的地点需要横跨内蒙古东西12盟市，12 天完成36 场直播报道任务，跨度大、情况复杂，对直播的技术要求也相当高。为了顺利完成此次长周期、大密度、高难度的直播活动，内蒙古广播电视台调动各种资源，多种技术手段，并进行先期技术条件测试和直播方案策划。移动跟拍，全景航拍，直播流程不同，地点各异，从技术层面来讲是个大难题，任何单一的技术手段都无法全部胜任。综合先期测试情况，内蒙古广播电视台的技术团队最终决定采取传统的微波、有线传输搭配4G、无线图传等技术，完成现场各机位信号到EFP 系统的传输；EFP系统输出的PGM信号再采用卫星传送至内蒙古电视台300 平米演播室，经调度切换，为包括内蒙古卫视在内的各大媒体提供电视及网络直播公共信号（如图2）。

从36 个直播点中，选取2 个具有代表性的地点，对这次前方直播信号的传输进行分析。

阿尔山温泉博物馆是其中情况较为复杂的直播地点之一，现场为室内，地形复杂，有很多眼泉水，里面还生长着许多热带植物，枝繁叶茂，直播时为一名主持人，配备三个机位。综合考察和测试后，发现遮挡物较多，不适合架设微波传输，更不适合布线，最终确定使用4G 加图传的方式进行信号传输。虽然室内临时增加应急4G 基站，但是4G 网络带宽和容量还是有限，最终确定1 号和2 号机位采用通过4G 网络+WiFi 网络绑定传送直播信号；3 号机位采用无线图传实现信号传输。

图2 现场直播信号回传图示

乌兰察布市集宁战役红色纪念园，该处直播内容主要集中在集宁战役红色纪念园广场内，包括主持人出镜，随机采访，合唱表演等，配备三台摄像机和一台无人机。前期对广场范围内的4G信号情况进行测试后，发现三家运营商4G 信号上行速率一般，网络延时较短，测试传输接收状况和画面比较流畅，但考虑到直播当天，现场人数上千，4G网络容易发生堵塞，影响传输。鉴于广场内地势开阔，无遮挡物，对微波扫频测试后，发现700～800MHz 范围内没有其它设备干扰，并满足传输距离要求。结合测试结果和直播活动安排，确定两台主机位使用微波传输，一台固定机位使用有线传输，无人机使用4G 背包传送画面。4G 接收服务器设置在集宁战役红色纪念馆内，专线宽带接入，4G背包配置为4G 卡+有线网络聚合接入，增加传输带宽和稳定性。

5 总 结

5.1 微波

微波是指频率在300MHz 至300GHz 范围内的电磁波，微波通信是在微波频段，通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段。由于它发展时间比较长，在传输应用上技术相对成熟，目前仍被应用在信号传输的各个领域，特别在户外大型直播节目中，依然是信号传输的主要方式之一。微波通信是一个点到点的通信系统，当两点间直线距离内无障碍物的时候就可以使用微波通信。

5.2 4G背包

4G背包传输依赖三大电信运营商网络环境，由于各地运营商基站分布、基站容量、信号功率等不同，导致4G 信号覆盖、上下行速率也不同，所以使用前进行4G 信号测试是保障信号传输顺利进行的必要前提。如果使用4G 传输，必须保证4G 网络状况良好，上行速率能确保30Mbps以上，4G信号分布均匀，无覆盖盲区死角，传输视频流信号测试无丢帧无卡顿，为接收服务器提供专用公网固定IP专线宽带，带宽100M以上。

使用4G 传输还需要考虑直播现场人数。如果现场人数过多，周边基站容量小，会出现现场手机等终端设备抢占网络资源的现象，造成网络拥堵、数据交换不畅或者无上下行数据交换的现象。这种情况下，可以要求运营商对4G 网络进行优化调整（基站扩容、扇形天线方向调整、提供应急通讯车等），提供最优网络流量卡（优先级流量卡）。如果现场条件允许的情况下，可以使用有线网络或者WiFi网络作为4G 传输网络接入，用来增加传输带宽和传输链路。

5.3 无线图传

无线图传具有无损压缩、零延迟的特点。工作频段若为5GHz 频段，与WiFi 频段一致，则在使用过程中要测试现场环境有无干扰。如果有同频段及电磁波干扰，会影响视频传输的质量，出现马赛克、卡顿等现象，出现上述现象，有干扰而且无法解决，则不建议使用图传设备。无线图传使用的理想环境是视距范围，现场不宜有高楼、树林等障碍物遮挡，如果有大面积遮挡会影响视频传输。如果想在这种环境下使用，可以把接收端放在较高的位置，从而减小障碍物对传输的影响。另外也可以采取无线图传接力的方式，绕开遮挡物体，构建传输通道。

综上所述，我们可以根据现有条件和节目安排，选择一种或几种传输方式来完成直播任务。