多路視頻無線傳輸系統(tǒng)
——基于導(dǎo)播切換臺和LTE 技術(shù)

康文彪

（福州市博訊網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，福州 350028）

近年來，隨著新媒體和“真人秀”節(jié)目的興起，國內(nèi)電視臺及網(wǎng)絡(luò)媒體對電視節(jié)目及網(wǎng)絡(luò)視頻的直播和制作提出了新的要求，許多節(jié)目拍攝場景和內(nèi)容越來越復(fù)雜，例如公園、廣場、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸布線工程帶來極大的困擾，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實現(xiàn)。

無線視頻傳輸具有綜合成本較低、使用靈活等優(yōu)點，可臨時架設(shè)，無須挖溝埋管，非常適合戶外距離較遠、拍攝面積較大及拍攝環(huán)境較復(fù)雜的場合，同時拍攝機位可以進行快速的移動，滿足不同的場景變換，可以豐富視頻的畫面。

傳統(tǒng)模擬微波的無線傳輸技術(shù)安裝調(diào)試周期長，每傳輸一路視頻需要使用一個8M 的頻率資源，如要需要多路視頻同時進行傳輸設(shè)備使用量大、造價高，頻率選擇和調(diào)試非常困難，抗干擾能力較弱，并且不能進行中繼傳輸無法進行延伸覆蓋。因此，急需一種新的無線視頻傳輸系統(tǒng)，能夠快速實現(xiàn)多路視頻無線傳輸，又能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)和快速的部署。

1 4G LTE 在無線視頻傳輸應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢

在國內(nèi)，4G 移動通信技術(shù)已經(jīng)非常成熟，已經(jīng)能夠滿足數(shù)據(jù)通信與多媒體融合業(yè)務(wù)的需求。4G LTE 采用OFDM 和MIMO技術(shù)，能實現(xiàn)更高的峰值通信速率和頻譜效率，在20MHz 的射頻帶寬下可實現(xiàn)上行峰值傳輸速率達到30Mb/s，下行峰值傳輸速率100Mb/s，可滿足多路標清及高清視頻傳輸?shù)膸捫枨蟆Ｆ鋼碛?種靈活的系統(tǒng)帶寬選擇和更為先進的載波聚合技術(shù)，可滿足各種不同拍攝場景、復(fù)雜頻譜環(huán)境下的頻率選擇需求。4G LTE采用了扁平化的IP 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和智能化的網(wǎng)絡(luò)管理，使得無線視頻傳輸設(shè)備的管理更為簡單化和智能化，有效降低了組網(wǎng)成本。同時，采用動態(tài)的分組調(diào)度技術(shù)，有效的降低了系統(tǒng)傳輸時延，更貼近直播對延時的要求。此外，利用基于分組交換的資源分配方式提高了頻譜資源利用率。

2 多路高清視頻無線傳輸系統(tǒng)方案

多路高清視頻無線傳輸系統(tǒng)利用4G TD-LTE 的高速率、高帶寬的先進技術(shù)結(jié)合導(dǎo)播切換臺的Tally 信號，通過搭建無線視頻傳輸基站，組成視頻傳輸專用網(wǎng)絡(luò)，并對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行優(yōu)化，實現(xiàn)無線視頻傳輸過程中能根據(jù)導(dǎo)播切換臺的Tally 信號進行高低碼流速率的切換，同時系統(tǒng)可根據(jù)攝像機位所處的環(huán)境來調(diào)整視頻發(fā)射終端的功率及傳輸?shù)拇a流速率，以實現(xiàn)在占用較低的頻譜資源，快速部署一套無線視頻傳輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)8路以上的高清視頻直播傳輸?shù)男Ч?/p>

2.1 系統(tǒng)原理

基于導(dǎo)播切換臺Tally 信號和LTE 技術(shù)的多路高清視頻無線傳輸系統(tǒng)，其原理框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)是由Tally 信號轉(zhuǎn)換、無線視頻傳輸基站、視頻發(fā)射終端和視音頻解碼器組成，并搭配監(jiān)視器、導(dǎo)播切換臺和攝像機使用。其中，攝像機的SDI 視音頻信號給到視頻發(fā)射終端進行視音頻編碼后將IP 數(shù)據(jù)流進行信號的編碼和調(diào)試，然后進行信號放大通過發(fā)射天線將信號送給無線視頻傳輸基站；無線視頻傳輸基站一方面實現(xiàn)接收多路的無線視頻信號將其還原成多路的IP 數(shù)據(jù)流，另一方面實現(xiàn)對多個視頻發(fā)射終端的管理和協(xié)調(diào)；多路IP 數(shù)據(jù)流經(jīng)過視音頻解碼器還原出多路的SDI 信號給到導(dǎo)播切換臺；導(dǎo)播切換臺實現(xiàn)對多個畫面的監(jiān)看并選擇某一路信號進行PGM（節(jié)目總線，Program，總線有許多按鈕，每個按鈕代表一個不同的視頻輸入，這些按鈕將選中的每路信號直接送到線路輸入PGM 總線）直播輸出給到監(jiān)視器。

Tally 信號轉(zhuǎn)換設(shè)備實時監(jiān)測導(dǎo)播切換臺輸出的每路TTL 電平信號并與每個視頻發(fā)射終端進行匹配，當切換臺輸出某一路的PGM 信號時，該路的TTL 電平信號置高，通過Tally 信號轉(zhuǎn)換設(shè)備將其轉(zhuǎn)成數(shù)字信號1，其它路置為0，并將所有數(shù)據(jù)打包封裝成IP 流發(fā)送給無線視頻傳輸基站，再通過基站發(fā)送給所有的視頻發(fā)射終端，視頻發(fā)射終端解析IP 數(shù)據(jù)流后判斷其本身是否處于PGM 狀態(tài)，如是則發(fā)送指令將視頻發(fā)射終端的的碼流速率置為高碼率，否則為低碼率，由此來實現(xiàn)高低碼率的調(diào)整，同時將該路視頻發(fā)射終端的發(fā)射功率調(diào)整到最大。

此外，無線視頻傳輸基站還具備功率自動控制技術(shù)和根據(jù)無線傳輸環(huán)境實現(xiàn)傳輸碼率自適應(yīng)的技術(shù)，可以根據(jù)視頻發(fā)射終端接收到無線視頻傳輸基站的信號強度和誤碼率來自動調(diào)整終端自身的發(fā)射功率和根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)計的條件還調(diào)整傳輸?shù)拇a流速率，從而保證視頻傳輸?shù)牧鲿承院头€(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢

2.2.1 自建網(wǎng)絡(luò)，專網(wǎng)專用

無線視頻傳輸系統(tǒng)采用自建網(wǎng)絡(luò)，自組網(wǎng)的方式，通過搭建專用的無線視頻傳輸基站系統(tǒng)，采用專用頻率，不和運營商的4G 網(wǎng)絡(luò)相互干擾，不需要使用運營商網(wǎng)絡(luò)的流量，不占用運營商的帶寬。此網(wǎng)絡(luò)僅為無線視頻傳輸使用，普通手機無法接入，有效保證系統(tǒng)的傳輸帶寬，不受現(xiàn)場人員數(shù)量的影響。

2.2.2 無線傳輸，組網(wǎng)靈活

無線視頻傳輸基站與視頻發(fā)射終端之間通過無線的方式進行視頻、音頻和數(shù)據(jù)的傳輸，使得設(shè)備的安裝和架設(shè)更加的靈活，同時基站與基站之間也可以通過靈活的無線組網(wǎng)方式，通過設(shè)備間的無線級聯(lián)來擴大信號的覆蓋范圍，滿足各種大場景的移動拍攝需求，視頻發(fā)射終端可以在不同的基站之間進行無縫的切換。如圖2和圖3所示，無線視頻傳輸系統(tǒng)的單基站模式和多基站模式。

圖2 單基站模式

圖3 多基站模式

2.2.3 多發(fā)單收，雙向傳輸

無線視頻傳輸基站單站最高支持128個終端同時接入，在頻譜環(huán)境比較干凈的情況下，可支持接入8路以上的高清視頻或20路以上監(jiān)看級別的視頻同時接入。同時，無線視頻傳輸系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，視頻發(fā)射終端將視頻、音頻和數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)交荆緜?cè)可將視頻、音頻和數(shù)據(jù)回傳到視頻發(fā)射終端。在實際使用中，基站側(cè)可將Tally 信號和PGM 輸出的視頻返到視頻發(fā)射終端側(cè)進行監(jiān)看，同時可實現(xiàn)雙向的通話。

圖4 系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)雙向傳輸

2.2.4 IP 架構(gòu)，多通道回傳

無線視頻傳輸系統(tǒng)整個網(wǎng)絡(luò)采用全IP 的架構(gòu)，通過TCP/IP通道方便與前端攝像及后端導(dǎo)播平臺兼容對接。同時，IP 網(wǎng)絡(luò)可以靈活轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后可以通過不同的通道將視音頻信號回傳到電視臺播控中心，如圖2和圖3所示，無線視頻傳輸基站可通過有線、衛(wèi)星或光纖等方式實現(xiàn)信號的傳輸。

2.2.5 快速布署，簡易監(jiān)控

無線視頻傳輸系統(tǒng)采用便攜化、小型化設(shè)計，可支持電池自主供電，可實現(xiàn)快速架設(shè)。簡單易用的監(jiān)控APP 和WEB 監(jiān)控平臺，能夠?qū)崟r高效的監(jiān)控基站系統(tǒng)和視頻發(fā)射終端的狀態(tài)，同時能實現(xiàn)視頻畫面和音頻的監(jiān)看、監(jiān)聽。

3 結(jié)束語

移動通信技術(shù)和廣播電視技術(shù)的有效結(jié)合實現(xiàn)的無線視頻傳輸系統(tǒng)打破傳統(tǒng)無線視頻傳輸?shù)募夹g(shù)壁壘，單個基站系統(tǒng)實現(xiàn)8路以上高清直播視頻信號的無線傳輸，系統(tǒng)簡易、搭建速度快、調(diào)試方便，大大的節(jié)約建設(shè)周期和建設(shè)成本，更符合電視臺和新媒體新技術(shù)的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。