簡易電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)

樊 碚， 莫 鴻

(西南大學(xué) 計算機與信息科學(xué)學(xué)院，重慶400715)

0 引 言

電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動技術(shù)在當(dāng)今的電視傳媒領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它以其實時、高效、互動及時和受眾面廣等優(yōu)勢深受人們的喜愛，尤其在大學(xué)校園文化建設(shè)中倍受師生的青睞。然而，電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，轉(zhuǎn)播費用昂貴，一般學(xué)校難以實現(xiàn)，通常只能依托專業(yè)電視臺或大型傳媒公司。如何降低成本，挖掘自身潛能將該技術(shù)引入大學(xué)校園，是教育技術(shù)專業(yè)有待研究的課題。近年來，我們進行了有益的嘗試。利用教育技術(shù)專業(yè)有限的實驗教學(xué)設(shè)備，搭建了一套簡易的電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)，實現(xiàn)了校園文藝晚會等綜藝節(jié)目的電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動，也為教育技術(shù)專業(yè)的學(xué)生提供了一套貼近現(xiàn)實的綜合實驗教學(xué)平臺，效果令人滿意，反映強烈。

1 系統(tǒng)功能

能實現(xiàn)多機位攝像機的現(xiàn)場編輯與切換;視頻切換臺輸出的攝像機信號與電腦播出的各種多媒體信號可相互切換;將現(xiàn)場拍攝的節(jié)目實時重現(xiàn)在場里、場外的大屏幕上;能通過新浪微博大屏幕平臺實現(xiàn)現(xiàn)場觀眾與節(jié)目的實時互動;節(jié)目直播的同時將電視信號錄制到電腦硬盤上，等等。

2 系統(tǒng)組成

2.1 有線電視直播系統(tǒng)

該系統(tǒng)由以下幾部分組成:

(1)視頻拍攝與現(xiàn)場切換。利用多機位拍攝現(xiàn)場節(jié)目，并將視、音頻信號送入數(shù)字視頻切換臺進行現(xiàn)場編輯與切換。主要由專業(yè)攝像機、數(shù)字視頻切換臺、監(jiān)視器等設(shè)備組成。

(2)多媒體視音頻播出。在文藝演出換場間歇插播前期做好的視音頻花絮和多媒體視頻素材。主要由計算機和相應(yīng)的多媒體播放軟件以及視音頻素材等組成。

(3)視頻分配、傳輸與場內(nèi)重現(xiàn)。將視頻切換臺輸出的信號分成多路，分別通過視頻電纜送到投影儀(或大禮堂的液晶屏控制器)和調(diào)制器。主要由視頻分配器、視頻電纜、投影儀(或禮堂已具備的大屏幕液晶屏系統(tǒng))等組成。

(4)射頻傳輸與場外重現(xiàn)。將轉(zhuǎn)播信號引出場外，實現(xiàn)場外投影的實時現(xiàn)場直播。主要由調(diào)制器、電視機、射頻電纜、投影儀、有源音箱等設(shè)備組成。

(5)音響與燈光系統(tǒng)。對禮堂的音響和燈光效果進行控制。這部分通常由大禮堂的技術(shù)人員進行控制，因此不在本系統(tǒng)的范圍內(nèi)。

本系統(tǒng)所用主要設(shè)備包括:松下AG-AC160AWC型專業(yè)攝像機4 臺、銘洋SE-800 數(shù)字視頻切換臺1臺、銘洋四聯(lián)TLM-404 型監(jiān)視器1 臺、視音頻切換器1臺、電視機3 臺、電腦3 臺、調(diào)制器1 臺、視頻分配器1臺、投影儀4 臺、100 W 左右的有源音箱2 個，以及射頻分配器、VGA2 選1 開關(guān)、各種信號轉(zhuǎn)接頭、連接線纜等器材。這些設(shè)備及器材都是高校教育技術(shù)專業(yè)或傳媒專業(yè)常用的基本實驗教學(xué)設(shè)備。另外，禮堂大屏幕液晶屏及控制系統(tǒng)(或大屏幕投影幕布)、音響、燈光等設(shè)備都是各種禮堂、劇場的基本硬件設(shè)備，因此，不在本系統(tǒng)之列。

2.2 新浪微博大屏幕系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括:①新浪微博墻后臺服務(wù)技術(shù)系統(tǒng);②兩臺能上網(wǎng)的電腦:電腦A 負責(zé)鏈接大屏幕，電腦B 負責(zé)內(nèi)容審核;③網(wǎng)絡(luò):建立有線或無線獨立網(wǎng)絡(luò)，512 K 以上;④屏幕設(shè)備:LED 液晶屏或投影幕布等視頻輸出設(shè)備屏;⑤一人及多人［1］:專人內(nèi)容審核。(注意:上述器材中，電腦、液晶屏、投影幕布等視頻輸出設(shè)備與有線電視直播系統(tǒng)共享)。該系統(tǒng)組成如圖1 所示［2］。

圖1 新浪微博大屏幕系統(tǒng)組成圖

新浪微博大屏幕也稱微博墻，是在展會、音樂會、婚禮現(xiàn)場等場所展示特定主題微博的大屏幕，大屏幕上可以同步顯示現(xiàn)場參與者發(fā)送的短信和網(wǎng)友發(fā)送的微博［3］，使場內(nèi)外觀眾能夠第一時間傳遞和獲取現(xiàn)場信息，達到現(xiàn)場與微博用戶的即時互動［4］，非常適合各種綜藝節(jié)目的場里、場外現(xiàn)場互動。新浪微博墻是新浪公司面向社會打造的一個公共信息傳播平臺，用戶只要確定了自己所承辦活動的主題，按要求登陸新浪相關(guān)網(wǎng)站，就可申請微博大屏幕。有關(guān)新浪微博墻的申請方法和相關(guān)詳細技術(shù)問題不在本文的探討之列，有興趣可登陸新浪微博大屏幕網(wǎng)站:http://screen.weibo.com/［5］。

3 系統(tǒng)適用環(huán)境與基本工作原理

3.1 適用環(huán)境與要求

該平臺為4 機位電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)，適用于可容納1 500 人以內(nèi)的禮堂及禮堂外廣場。要求禮堂內(nèi)應(yīng)具備一般的舞臺燈光照明系統(tǒng)、舞臺音響系統(tǒng)和大屏幕液晶屏(或大屏幕投影幕布);應(yīng)具有四個攝像機機位的架設(shè)空間和中心切換臺擺放的場地，并保證各工作區(qū)間能獲得可靠的220 V 交流電源。

3.2 基本工作原理

文藝晚會現(xiàn)場直播目前常采用兩種方式:流媒體網(wǎng)絡(luò)直播方式和有線電視直播方式。前者指在Internet/Internet 中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件［6］，將這些視音頻文件經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，進行電視直播，讓瀏覽者一邊下載一邊收看［7］。然而，基于網(wǎng)絡(luò)的實時現(xiàn)場直播對網(wǎng)絡(luò)信號帶寬和流媒體服務(wù)器等設(shè)備配置要求很高，即使各項指標都匹配，在實際應(yīng)用中也可能發(fā)生信號周期暫停。應(yīng)當(dāng)注意的是，校園文藝晚會現(xiàn)場直播，大屏幕與觀眾都在現(xiàn)場，電視投影畫面不與現(xiàn)場表演同步，必然將直接影響直播效果，這也是目前網(wǎng)絡(luò)直播的最大缺陷。有線電視直播是指利用射頻調(diào)制技術(shù)通過射頻電纜傳送電視信號。有線射頻傳輸方式可將不同制式、不同調(diào)制方式、不同頻率的各種射頻信號經(jīng)專用射頻混合器混交在一起，通過一根射頻電纜和相應(yīng)的放大器、分支器、分配器實現(xiàn)多套節(jié)目的遠距離傳輸與多用戶接收。其主要缺點是放大器熱噪聲干擾和多頻道間的交調(diào)干擾、互調(diào)干擾難以消除。盡管是一種模擬傳輸方式，但在本系統(tǒng)中，由于傳輸距離僅為劇場內(nèi)外200 m 的范圍，因而無需放大器，從而避免了因放大而產(chǎn)生的熱噪聲干擾。并且，在該系統(tǒng)中是將視音頻信號直接進行調(diào)制和解調(diào)，無需模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換、壓縮與解壓縮等環(huán)節(jié)，因此，直播信號十分流暢，基本沒有延遲問題，完全與現(xiàn)場表演實時同步;另外，由于采用單頻道專線射頻傳輸，從而完全消除了有線電視系統(tǒng)內(nèi)的交調(diào)干擾和互調(diào)干擾，信號電平也可以通過調(diào)制器進行有效控制。因此，傳送質(zhì)量優(yōu)于一般的有線電視。我們設(shè)計的電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)就是基于射頻傳輸?shù)挠芯€電視直播方式。本系統(tǒng)將有線電視直播技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)有機結(jié)合，只有現(xiàn)場互動的微博短信文字信息運用了互聯(lián)網(wǎng)，而這些文字信息的傳遞對網(wǎng)速要求不高。該系統(tǒng)中的主要設(shè)備都是高校常用的基本實驗教學(xué)設(shè)備，對于操作人員也沒有特別高的技術(shù)要求。

4 實現(xiàn)過程

校園文藝晚會電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)框圖如圖2 所示。場內(nèi)信號采用視音頻傳輸方式。4 臺攝像機輸出的視頻信號由4 根50 m 長的75-5 實芯電纜(依據(jù)視頻傳輸領(lǐng)域的3 dB 帶寬原則，在確保不超過3 dB 失真度的前提下，75-5 實芯電纜可傳輸?shù)木嚯x為135 m，因此，采用50 m 75-5 實芯電纜傳送攝像機信號完全能保證信號電平的質(zhì)量要求。)分別送入數(shù)字視頻切換臺的4 個輸入端，并由4 聯(lián)監(jiān)視器TVA、TVB、TVC、TVD 進行分別監(jiān)控，通過數(shù)字視頻切換臺實現(xiàn)多機位攝像機的現(xiàn)場編輯與切換(另外可以額外放置1根較長的備份攝像機電纜，并準備好備份攝像機，在電纜或攝像機發(fā)生故障時可及時更換［8］)。與此同時，來自禮堂調(diào)音臺的音頻信號也送人數(shù)字視頻切換臺的輔助音頻輸入端。切換臺輸出信號由節(jié)目端輸出，并由切換臺的S 端子和音頻輸出1 端口輸出信號到電視機TVo 進行監(jiān)控。另外數(shù)字視頻切換臺通過1394 連接線與裝有數(shù)字視頻采集卡的電腦PC3 相連，用于錄制直播的節(jié)目(由于1394 端口中已嵌入了音頻，因此，錄制的節(jié)目是聲畫同步的)。

圖2 多機位電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)組成框圖

各種前期制作的視頻花絮、多媒體素材分別由2臺電腦PC1、PC2 送出，并通過VGA2 選1 開關(guān)進行選擇。同時，PC1、PC2 也承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)微博發(fā)布的任務(wù)，它們都接入互聯(lián)網(wǎng)，并登陸新浪微博大屏幕系統(tǒng)指定的不同網(wǎng)址，分別負責(zé)鏈接大屏幕和信息內(nèi)容審核。當(dāng)需要播出視頻花絮和多媒體素材時，PC1、PC2 只充當(dāng)2 個視頻源，通過VGA2 選1 開關(guān)進行選擇輸出;當(dāng)要輸出參與者發(fā)送的短信和微博信號時，PC1、PC2 都工作在上網(wǎng)模式，互動的微博短信首先經(jīng)PC2 進行信息內(nèi)容審核，然后由PC1 鏈接到大屏幕。因此，此時VGA2 選1 開關(guān)只能置于PC1 一邊。為了保證信號切換流暢，2 臺電腦應(yīng)由2 人分別控制。由于數(shù)字視頻切換臺輸出為復(fù)合視頻信號，而電腦輸出的是VGA 信號，為了用視音頻切換器進行統(tǒng)一切換，因此，加入了1 個VGA/V 轉(zhuǎn)換器。視音頻切換器用于切換來自數(shù)字視頻切換臺的攝像機信號和來自電腦的視頻花絮、多媒體素材或網(wǎng)絡(luò)互動信號。節(jié)目正常演出時，切換播出攝像機信號;演出換場時，切換成電腦播出的視頻花絮、多媒體素材節(jié)目或網(wǎng)絡(luò)互動信號，從而保證場里、場外的大屏幕上始終都有精彩的節(jié)目播出，確保不會出現(xiàn)換場時的雜亂場面。

視音頻切換器輸出的節(jié)目信號送入視頻分配器進行分配。如果禮堂已有大屏幕液晶系統(tǒng)，可將一路視頻信號送到舞臺總控室，并通過舞臺總控計算機在禮堂大屏幕液晶屏上重現(xiàn)直播的電視節(jié)目;若禮堂沒有大屏幕液晶屏，可在禮堂兩邊的適當(dāng)位置安放兩臺投影儀，分別利用兩根視頻電纜(如圖2 中的虛線連接)將投影儀與視頻分配器相連，通過投影儀把電視節(jié)目投影到舞臺兩端的大屏幕上。

場外實況直播射頻傳輸系統(tǒng)如圖3 所示。禮堂外的電視信號通過射頻方式進行有線傳送，傳輸距離在200 m 以內(nèi)。由于距離不長，電纜傳輸很方便，中間可以不加放大器，射頻電平的調(diào)試也就變得比較簡單［9］。射頻有線傳輸?shù)年P(guān)鍵就是要保證終端電平為70 dB±5%的技術(shù)要求，因此，調(diào)制器是直播的關(guān)鍵設(shè)備。考慮到射頻電纜的衰減特性，隨著頻率的升高，總損耗將增大［10］，選擇300 MHz 以下的VHF 波段，并選用75-5 的物理發(fā)泡射頻電纜進行傳輸。在VHF 波段，該電纜的衰減特性為12 dB/100 m 左右，200 m 衰減24 dB 左右，另外2 分配器要衰減4 dB，因此，射頻傳輸系統(tǒng)將衰減28 dB 左右。為確保終端電平要求，選用帶射頻輸出電平調(diào)節(jié)的VHF 波段調(diào)制器，其輸出電平在80 dB 到110 dB 范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。來自視頻分配器的視頻信號與來自數(shù)字視頻切換臺音頻輸出2端口的音頻信號分別輸入到調(diào)制器，調(diào)制后的射頻信號經(jīng)200 m 的射頻電纜連接到室外的射頻2 分配器。分配器將射頻信號分成2 路，分別輸入到2 個電視機的射頻輸入端進行解調(diào)和監(jiān)控。電視機的復(fù)合視頻輸出端通過視頻電纜與投影儀的視頻輸入端相連，由投影儀投影出電視畫面;電視機的音頻輸出端通過音頻電纜與有源音箱相連，由有源音箱播放現(xiàn)場聲音。電視機在這里主要起到解調(diào)的作用，以還原出音視頻信號，因為投影儀不能接收射頻信號，只能接收復(fù)合視頻信號，而有源音箱需要音頻信號。系統(tǒng)連接好后，要對系統(tǒng)進行測量和調(diào)整［11］。

5 參數(shù)計算、測試與調(diào)整

本系統(tǒng)需要測試與調(diào)整的主要包括微博大屏幕和射頻傳輸部分。微博大屏幕的測試與調(diào)整方法在新浪微博大屏幕相關(guān)網(wǎng)站有詳細介紹，此處從略。至于射頻傳輸部分，可依據(jù)以下終端電平SM的計算公式進行計算［12］:

因該系統(tǒng)為單線單頻道方式傳輸，且無放大器、分支器和衰減器，因此，式中放大器增益GF、衰減器損耗LS、分支器的分支損耗LF和插入損耗LC均為零，調(diào)制器輸出電平ST只與終端電平SM、電纜損耗LX和分配器損耗LP有關(guān)，即:

由于SM、LP和LX都是已知的，因此很容易計算出調(diào)制器輸出電平值ST，并依據(jù)該參數(shù)對系統(tǒng)進行測量與調(diào)整。

測試時，首先調(diào)整調(diào)制器的射頻控制旋鈕，用電視場強儀測量其射頻輸出，使之等于ST值;隨后，再將系統(tǒng)連上，用電視場強儀監(jiān)測分配器的輸出電平，并微調(diào)調(diào)制器的射頻控制旋鈕，使之達到70 dB ±5%的終端電平標準即可(另外，由于2 分配器到2 個解調(diào)電視機的距離較短，故其電纜損耗忽略)。

6 打造團隊，制定轉(zhuǎn)播方案

綜藝節(jié)目的電視直播是一項系統(tǒng)工程，需要一個團隊的支持，團隊成員綜合素質(zhì)的高低往往會決定直播的成敗。由于參與直播的工作人員都是教育技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，他們的專業(yè)技能有限，在平時的實驗教學(xué)中也缺少貼近現(xiàn)實的綜合性實驗鍛煉條件和機會，因此，在制定直播方案前，應(yīng)組織學(xué)生進行培訓(xùn)，并選出優(yōu)秀的同學(xué)組成團隊。在培訓(xùn)期間，老師要繪出詳細的系統(tǒng)組成原理框圖，指導(dǎo)學(xué)生了解系統(tǒng)組成及信號流程，熟悉系統(tǒng)設(shè)備的操作要領(lǐng)，明確直播主題和現(xiàn)場編輯要求及注意事項，使他們對直播系統(tǒng)有一個整體的概念。直播任務(wù)接受以后，除了要準備好相應(yīng)的設(shè)備、器材，培訓(xùn)參加人員外，還要與相關(guān)的職能部門充分溝通，了解影響直播的一些外部因素，并制定出詳細的直播方案。首先，了解直播的時間與場地，以便掌握現(xiàn)場情況:確定攝像機、數(shù)字視頻切換臺等設(shè)備的安放位置、電源插座距離是否合適、燈光效果是否理想;其次，盡早獲取組織方提供的晚會次序表，了解整個晚會流程和節(jié)目內(nèi)容，使攝像人員明確自己的職責(zé)和大致的取景范圍;再者，由于不是專業(yè)的現(xiàn)場直播系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)沒有內(nèi)部通話功能，因此，還要組織專人負責(zé)協(xié)調(diào)多機位與現(xiàn)場編輯切換臺間的聯(lián)系(如:通過微信、電話等方式)，以避免直播出現(xiàn)無序狀態(tài)。另外，必須把握住晚會開始前的最后一次彩排機會，到現(xiàn)場演練一次，以便調(diào)整好攝像機機位、白平衡，選擇好合理的取景范圍和鏡頭效果，以及現(xiàn)場切換的關(guān)鍵點，并對射頻電平指標和節(jié)目輸出效果進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題，即時處理。

7 結(jié) 語

從技術(shù)上講，實現(xiàn)文藝晚會電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動有多種方式，對于一般高校而言，關(guān)鍵是要找到最適合自己需要，性價比最高，最能實現(xiàn)和駕馭的一種方式。本系統(tǒng)經(jīng)濟實用，操作簡便，所用設(shè)備都是各高校教育技術(shù)專業(yè)常用的實驗教學(xué)設(shè)備，只要將它們優(yōu)化組合，合理搭配，就能搭建起一套簡單實用的電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)，實現(xiàn)各種文藝晚會的現(xiàn)場直播，既滿足了校園文化建設(shè)的需要，又使實驗教學(xué)設(shè)備得到充分的利用。

另外，我們知道，教育技術(shù)是一個交叉性的、跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用型學(xué)科，要求學(xué)生掌握多方面的理論知識和技術(shù)手段，從這方面來說，教育技術(shù)學(xué)科更需要開設(shè)培養(yǎng)學(xué)生多種能力的綜合性實驗［13］。所謂綜合性實驗，是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運用某一課程或多種課程的綜合知識，對學(xué)生實驗技能和實驗方法進行綜合性訓(xùn)練的一種復(fù)合性實驗［14］。然而，受條件的限制，學(xué)校開設(shè)綜合性實驗的數(shù)量和質(zhì)量都遠遠不夠，學(xué)生參加社會實踐的機會也十分有限，從而直接影響了教學(xué)質(zhì)量。本系統(tǒng)的搭建，為教學(xué)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生提供了一個貼近現(xiàn)實的綜合實驗平臺。在這個平臺中，學(xué)生將多方面的知識進行融會貫通，充分發(fā)揮想象力，解決了一個又一個的實際問題，圓滿地完成了直播任務(wù)，感覺很有成就感，綜合能力得到了全面的提升。近年來，我們因地制宜，探索將校園文化建設(shè)的社會實踐與實驗教學(xué)有機結(jié)合的教學(xué)模式，合理利用電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)平臺進行實驗教學(xué)，效果很好。極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，報名參加轉(zhuǎn)播團隊的同學(xué)十分踴躍，真正實現(xiàn)學(xué)生在實驗活動中變被動為主動，由“要我做實驗”變?yōu)椤拔乙鰧嶒灐保?5］。這種實踐既拓展了實習(xí)教學(xué)的深度，又提高了實習(xí)教學(xué)效果［16］。實踐證明，我們設(shè)計的這套既有社會效益又有教學(xué)功效的電視直播與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場互動系統(tǒng)在高校的校園文化建設(shè)和實驗教學(xué)中應(yīng)用效果很好，具有一定的推廣價值。

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［2］ 新浪微博大屏幕—公關(guān)活動策劃http://wenku.baidu.com/link?

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