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传统卫星及微波传输方式的缺点及局限性

1 引言
过去电视台采访人员外出采访时音视频素材的实时回传，主要依赖于卫星、微波等传统的通信平台，这些通信手段不但维护操作复杂、设备采购及维护成本高，而且受地理位置、天气变化的影响较大 。只有在条件允许的情况下，电视台才会考虑用上述两种手段对重大新闻事件进行实时新闻直播 。
现场视频回传作为信息量最大、信息表达最直观的一种方式，一直是各家电视台、报社等媒体单位获取素材最理想的方式 。由于受技术、成本及基础设施的限制，视频素材的回传的距离、质量一直受到较大影响 。而随着3G/4G技术的快速发展，多卡绑定的视频回传方式以其随时随地、低成本的回传高质量视频的优势快速被广播电视行业使用 。
2 传统卫星及微波传输方式的缺点及局限性
（1）建设成本高 。卫星接收及相关音视频处理设备造价高昂，一台卫星直播车的造价动辄上千万，即使是小型卫星车，光是卫星部分设备就达百万以上，难以将有限投资用在购买高质量的专业音视频处理设备上 。
（2）维护成本高 。卫星转播车由于其卫星手法设备的负载度较高，即使在没有使用的时间里，也需要定期进行维护和保养，这就需要针对卫星车配备专业的维护团队，这笔长期的固定投资不容小觑 。
（3）使用成本高 。卫星的租赁一般按照小时计费，每小时的租赁费用一般在几千元左右，对于一个持续时间超过几个小时的转播活动，如果加上活动前期的调试、演练等，卫星费用一般会超过万元，甚至到十几万元，使用成本非常高 。
（4）使用不便 。卫星车的使用受地理位置、气候、交通状况等条件限制，经常会造成无法连通的情况，且在环境恶劣时大型卫星车难以达到活动现场，甚至到达现场后也无法正常架设卫星天线（如台风报道中） 。
（5）使用方式受限 。目前大部分卫星接收设备只能实现定点对星传输，移动传输卫星设备造价高昂，造成大部分卫星车只能定点使用，无法实现动中通 。同时，微波车必须依赖微波覆盖，在没有微波覆盖的区域也无能为力 。

传统卫星及微波传输方式的缺点及局限性
文章插图
3 4G传输技术应用特点及优势
随着4G网络覆盖的逐步推进，其信道拥有足够的带宽来传输实时视频 。“4G新闻直播系统”依托4G网络应运而生 。它的出现为新闻制作提供了一种全新的直播手段，其结构简单、小巧便携、易维护、低成本，适用于民生类新闻和突发事件的现场报道，可对重大赛事、会议等活动进行全方位、多角度的现场报道，并支持跨区域的多点应用，已经成为继卫星和微波车之后一种全新的直播方式，特别是随着4G网络覆盖及使用的普及，以4G为技术基础的移动广播电视直播技术必将以其极高的性价比获得用户的青睐 。4G传输采用专用的4G通道反向复用技术 。通过单路信号能分成多路的，并通过多路通道来传输 。也就是说，一个视频流能被分隔成小的数据包，这些数据包能通过所有可用的连接来传输 。在实际应用中，该技术监控每个连接的带宽，并根据每个连接的可利用率来传输对应数量的数据包 。传输将在接收终端经过纠错后重新聚合 。此技术结合编码控制和先进的前向纠错算法 。通过设备动态编码，系统能对一个定好的延时进行动态地管理传输码率 。从而保证所有传输连接能被充分地使用，最终获得次秒级的延时和可靠稳定的高清画质 。
通过反向复用技术，前向纠错提前量根据实时的环境动态地变化 。系统持续监控实时的连接状态并发送足够数量的提前量来保证数据包能被收到而不会产生潜在的丢包，就像在同时预计重传需求 。没了重传的需求，可以大大缩减传输时间可以降低至毫秒级传输 。
采用4G技术作为传输手段，取代原来的卫星/微波收发装置，在收发设备上节省不菲的投资 。4G传输设备非常简单，基本达到零维护成本，对于一台4G直播前端，开机即用，无须任何提前的设置，无须采访人员进行现场干预，无须配备专业维护团队，节省了大量维护费用 。使用4G传输技术，所产生的费用仅仅是4G的流量费，就目前而言，其流量费相较于卫星，非常低廉 。只要有4G覆盖的地方都可以使用，不受时间、距离和天气影响，在遇到道路不通时，采访人员甚至可以以单兵方式快速到达现场进行突发新闻采访 。采用多链路混合捆绑技术，可以在移动过程中获得更稳定的传输带宽，保证音视频传输的可靠性和流畅性 。
4 4G直播应用
所谓4G直播采用目前成熟可靠的3G/4G无线通信网络为链路，集成先进的动态智能编码技术和多路复用技术，实现稳定可靠的高画质视频图像实时直播，具有低成本、超高灵活性、易操作性、易组网性、高抗干扰性和稳定性，可在任何时间和任何地点进行新闻直播 。可以在第一时间，方便高效地将前方突发事件、重大赛事等素材通过3G/4G传输设备传送回电视台或指挥中心，做到高画质、低延时 。
2011年12月13日，由北京电视台信息网络管理部、播出部、设备管理部及制作部联合进行的3G新闻直播连线的测试顺利完成，成功实现了3G外场与演播室进行时时新闻对播，这在国内电视台中尚属首例 。随后几年中2012年7月的“7.21特大暴雨灾害报道”，2014年6月的“京交会报道”，体育节目中心2014年巴西世界杯，2016年巴西里约奥运会的报道以及台内日常节目报道，3G/4G传输都发挥了至关重要的作用 。尤其是近三年的北京马拉松、环京赛等重要赛事都是以4G信号传输为主要技术手段进行直播 。
最典型的例子就是2012年7月21日，北京及其周边地区遭遇61年来最强暴雨及洪涝灾害，暴雨洪涝灾害造成房山、通州、石景山等11区（县）12.4万人受灾，37人死亡，7人失踪，4.3万人紧急转移安置；全市受灾人口190万人，其中房山区80万人 。受灾严重的区域道路损毁严重，指挥报道车辆不能到达指定地点，包括央视在内的多家媒体由于缺少3G/4G传输设备而无法获得最新的素材 。北京电视台利用仅有的16台3G/4G传输设备，从21日下午15点30分开始的特别节目，拉开了此次“7.21”特别报道的序幕，每日除原有各档直播新闻中采用了大量3G回传内容外，临时增加的各种直播活动中更是完全依赖3G回传的前方素材（当时4G技术还未上线商用） 。
4.1 背包端直播
电视台通过这种小型化传输设备能够充分发挥在现场的优势 。不仅充分发挥其在采访现场小巧轻盈的便利性而且丝毫不影响其充分应用多种高端专利技术的性能和画质上的一流专业水准 。
背包在电视台直播工作中的业务流程主要分以两类：一是实时直播：在支持直播的网络环境下，通过3G/4G/Wi-Fi等无线传输网络将直播视频传送到视频接收端实现实时直播；二是准直播：无支持直播的网络环境下，视频传输设备通过内置的SSD将视频存储于硬盘中并编码压缩，等待网络条件允许时进行视频传输，实现准直播 。
目前台内新闻中心、体育中心等主要业务大部分采用4G实时直播（对播）方式，大大增大了节目的时效性，让广大观众第一时间收看到前方的第一手资讯 。
4.2 文件回传应用
4.2.1非实时文件回传
摄像机数据传输到专业计算机后，通过U盘或者移动硬盘将专业计算机的数据文件拷贝出来，再接入到设备，通过3G/4G网络、Wi-Fi、LAN等方式将数据传输到公网上，后端中心服务器接收到公网传输的数据后将其整合，并存储在服务器指定路径文件夹中，用户可以调用服务器中文件做后续进一步处理 。
此种工作场景多以台内采访人员单兵外出采访为主，采访地点一般离电视台较远，时效性要求较高 。外出拍摄素材经过采访人员使用移动非编工具编辑之后，生成固定格式的成品文件，再由4G传输背包传回台内新闻网，完成后续的播出任务 。典型案例是“汶川大地震”我台援建什邡，前方的一手素材就是通过这种技术手段传回台内的，后续进行了大量报道，丰富了节目资源，节省了节目经费开销 。
4.2.2 实时视频文件传输
文件快速回传是在前方将摄像机信号录制在编码设备内，文件按1分钟每个切片进行录制编码，并且实现边录、边编、边传 。小切片文件可以很快传回台内服务器，并且随着视频的录制、编码及传输不断的将切片编码文件传回 。
前方设备上可以对回传素材定义名称，在台里收到的物理文件后接收服务器会给后端生产系统上报文件、素材信息 。生产系统根据接收服务器上报的信息将回传回文件迁移并且将切片文件进行虚拟拼合 。拼合的素材随着前端文件的回传不断增长、增大直至文件回传完成，素材闭合 。虚拟素材经编辑后进入直播或相关媒体平台 。
接收端服务器都可以支持自动录制功能 。在直播的同时可以将直播流存储到本地或网络存储器 。推荐使用网络存储器，便于视频的统一存储和管理 。
【传统卫星及微波传输方式的缺点及局限性】 选择设备内置的固态硬盘（SSD）来录制最原始的高质量画质，也可以选择在接收机上边播边录制正在传输的内容，更可以选择在空闲时自动下载背包上已录制好的原始内容 。灵活多变，满足各种需求 。
4.3 结合无人机传输应用
兼容现市面上的主流无人机型号 。无人机将实时信号传回其控制接收器，通过SDI或HDMI接口将其传给4G传输设备，然后通过设备来进行远程的传输 。
例如，空中新闻采访包以单一整包的形式将无人机与传输端设备紧凑型IP视频传输器相接合 。设计用于随时随地快速布置的空中新闻采访包，能够在无人机飞行时传输现场全高清视频，仅有次秒级延迟 。可以在任何播放设施上接收现场视频 。
4.4 手机移动端应用
手机端直播应用是安装在手机端的视频直播工具，便于在任何时间和地点及时捕捉视频画面，兼容iOS/Android/Windows操作系统，可搭载手机、笔记本、iPad等终端移动设备，利用设备上自带的3G/4G/LTE无线网络和Wi-Fi，即可将直播视频传输至后台接收解码服务器；最高可支持1080i50格式传输 。手机、iPad等移动终端产品是生活中随身携带的必需品，随时随地都可以使用，软件搭载此类终端产品更适应突发性事件的环境 。手机直播软件深度集成到手持云台中，高精度云台提供强大的稳定效果，无论在激烈的户外运动中，还是颠簸的交通工具里，都能轻松获得流畅视觉，捕获的视频内容通过4G传输技术，稳定可靠的传递到台内接收服务器 。
北京电视台新闻外延系统已经在2014年上线了此类应用，部分新闻采访人员已经开始实际使用，由于受限于手机端配置，拍摄信号质量相比于专业摄像机较差，因此使用量不大 。
系统平台整合台内新闻网部分应用，可支持将选题作为任务，通过3G/4G推送给采访人员APP；可查看采访人员任务名列表及每项任务执行状态 。支持实现对日常采访活动提供计划、资源调配管理等功能 。系统可以进行报道任务的细化与分解，做到任务明确无异议，同时关联责任部门、人员、时间等信息 。对任务的内容信息及流程状态进行可视化跟踪与管理 。
报道任务的创建基于任务模板进行，具备派工，调整，废弃，查询等功能；支持任务的跟踪和监控，实时了解任务的进展状况；任务指派后，自动通过报道指挥模块进行任务的派发和跟踪，系统支持任务自动提醒 。任务派发后，采访人员可以在所指派的任务下进行工作 。可根据选题报道的任务情况，支持对选题任务进行划分，划分成多个的采访任务组 。相关人员可以查看整个报道任务分配情况，并随时可以与具体任务相关的人员发起讨论交流、组织采写和内容加工，从而实现报道任务中的协同 。默认情况下，支持将报道任务自动派发给选题执行人 。支持手工进行分派报道任务，或者由采访人员认领以及一个选题产生多个报道任务 。
5 4G互联网与生产业务结合
5.1 4G播出系统流程
4G视频接收端接收来自于视频发射端或外部IP传输进来的视频流，经过处理后以SDI或IP等形式输出或进行二次切换，实现将每个4G回传完成后的采编任务稿件可由用户根据需要指派到哪些渠道发布，如传统播出、网站、APP、等 。同时平台支持与微博微信等公众平台对接，并具有对应的采集数据和发布数据的能力 。
5.2 资源信息发布
通过扩展接口对接以支持对演播室播出、PC终端、手机、平板终端（将来可扩展机顶盒终端、互联网电视）各类业务系统的信息发布管理，其可完美融合素材资源控内容，通过标准的XML、JOSN等接口规范实现，支持集文字、图片、视频、音频、FLASH等信息于一体，适合多种人员（管理/编辑/美工等）使用的全媒体内容统一编排与管理的网站信息发布管理 。
5.3 节目编排播出
为保证视频传输工作按计划进行，节目编排播出作用是辅助工作人员预先设定网路IP信源、4G直播信源、手机端信源和播出媒资等设备的接入时间，按照编排的时间表自动播出视频传输设备输入的视频流和文件素材 。
新闻指挥中心根据规划统一编制节目单，通过接口服务传输到新媒体播控系统 。新媒体播控系统接收到节目单后，由编单管理软件模块实现审核及本地编辑修改，审核通过后节目单生效，进入播控流程 。
播控管理程序接收节目单后根据时间节点实现播出服务，播控程序按照节目的顺序向流媒体播出服务系统UMS发出播出指令 。当前节目为IP流时，UMS系统从IP调度系统中获取IP流目的地址形成流媒体播出服务，输出IP流经过多屏转码后给到CMS发布系统；当前节目为素材文件时，播控系统向UMS系统发出指令，提供素材节目ID，UMS系统根据素材节目ID向VMS系统获取素材地址完成流媒体播放服务，最终输出IP流 。播控程序会同时预加载两条播出任务，在当前节目正在播出时，向UMS系统发出指令准备下一条节目的播出，最终实现依照节目单的顺序播放 。
播控管理同时支持应急播出控制，可进行TAKE、HOLD，插播、盖播等应急操作 。UMS流媒体播出系统输出的IP流信号经过在线编码系统实现多屏展现，输出多码率的播出IP流，播出IP流经过CMS发布系统实现页面发布及多媒体内容发布 。
6 结束语
数字化、网络化是广电行业发展的趋势，它为改进工作流程提供了条件，使用新的技术和设备，就有可能走出原来的工作模式，开拓新局面 。北京电视台经过大量实践，通过综合用于4G网络状态下采集、传输、制作、播出相关技术，结合现有业务，从无线设备选型、采集传输模式、内容制作方式、信号播出和管理等多方面综合考虑，使用不同的终端设备，有效解决在4G网络环境下的采、编、播需求，让传统电视台享受如影随形的轻量化智能应用，大大提高了节目生产效率，使节目生产业务拥有更广阔的舞台 。
责任编辑：tzh

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