3G网络回传系统设计与构建

1引言

电视新闻报道对时效性的要求越来越高，以往我台在将现场报道视音频信号实时回传到台内演播室时，主要采用了传统的卫星与微波车传输系统或光纤传输系统，这些传统的传输系统不仅操作相对复杂，而且设备采购、使用与维护成本比较高，新闻报道的时效性也受到一定限制。2010年底，我台依托第三代移动通信(3G)网络技术平台，组建了现场报道视音频信号3G网络回传系统，用于将时效性要求极高的突发性新闻事件的现场报道视音频信号实时回传到台内演播室，供直播或录播使用。

2系统设计要求

2．1系统使用简便快捷

要求3G网络回传系统操作使用简便快捷，并且易于维护、管理。现场的3G视频编码终端可直接挂接到摄像机，便于携带，不受拍摄空间和环境的限制，只要在3G数据通信业务信号覆盖区域内就可以随时随地将视音频信号传回台内演播室，且可以全国漫游，可以实现全天候、全方位的新闻直播，可以满足突发性新闻事件实时直播报道以及大型赛事与重大活动多点、多角度同时直播报道的需求。

2．2具有较高的性能价格比

要求系统依托3G网络，支持3G手机、摄像机挂接单卡编码终端和多卡编码终端等多种方式的视音频拍摄、采集、传输、接收、录制与直播，可与收录、新闻、制作等制播网络系统无缝连接，在满足所需功能和性能的基础上，应尽量降低设备采购、使用与维护成本，提高系统性能价格比。

2．3系统运行安全可靠

要求系统运行安全可靠，系统各个部分、系统各级之间具有完善的主备冗余备份机制和有效的应急方案。系统应具有检错、纠错能力，在系统出现故障时，能够在较短时问内快速恢复正常运行。

2．4采用标准化技术

要求系统设计必须遵循广电行业规范，符合国标和国际标准，现场视音频信号压缩编码方式采用标清幅面H．264标准，在WCDMA单卡编码终端情况下，经3G网络回传到演播室后可以实时输出SDI信号，延时要求在4秒以内，图像分辨率要求达到或接近720~576，图像基本流畅，且视音频同步。

2．5具有较强的可升级性

要求系统软硬件具有良好的开放性和可升级性，能开放接口协议和数据格式。应能支持多卡捆绑传输，实现多路3G链路捆绑，能将多个物理链路带宽叠加，满足视音频数据传输对带宽的要求。根据3G链路的质量状态，可以调整视音频编码码率，可在低质量物理链路上获得相对满意的视音频效果。现场的3G视频编码终端最好可以实时接收来自台内导播的TALLY信号，以提醒现场记者进入直播状态，并最好支持演播室与现场记者、摄像之间的双向语音对讲功能。

3系统主要功能部件组建

3．13G视频编码终端

现场记者携带的采集终端(3G视频编码终端)应包括3G单卡终端和3G多卡终端，最好支持3G手机终端。3G手机终端应支持WindowsMobile、Android、Symbian等多种平台的3G手机，采用MPEG一4编码格式，最大传输码率可达300kbps，图像分辨率为352~288像素。3G单卡终端和3G多卡终端为直挂式3G视频编码终端，通常直接挂接在摄像机后，将SDI视频信号或模拟AV信号输入接口连接到摄像机输出接口，摄像机实时拍摄现场视音频信号，3G视频编码终端对现场视音频信号进行采集、压缩、编码，通过3G无线数据传输网络发送给台内3G媒体服务器。3G视频编码终端应支持SDI视频(嵌入音频)或模拟AV信号输入，采用H．264编码格式，最大传输码率可达700kbps(单卡)或1．5Mbps(双卡)，图像分辨率达到或接近720x576。

3．23G移动通信网络

根据表1的比较，我台现场报道视音频信号3G网络回传系统的3G移动通信网络采用了以中国联通WCDMA移动通信网络为主、可将多个低速链路组合成为高速链路的无线数据传输网络，以便快速地将现场的3G视频编码终端采集的视音频数据传送到台内3G媒体服务器。当3G视频编码终端连接到3G移动通信网络后，3G视频编码终端内部的实时信道检测程序会实时检测每张3G卡的信号强度、传输带宽和传输时延，然后选择最优传输路径将视音频信号传送回3G媒体服务器，确保台内接收端图像清晰流畅，避免马赛克和丢帧现象。

3．33G媒体服务器

台内3G媒体服务器通过3G移动通信网络、3G无线接人网络、Internet数据专线与现场记者携带的3G视频编码终端相互连通，将现场记者拍摄的图像和声音信号实时地传送回台内演播室，3G媒体服务器可以输出SDI视频(嵌入音频)或模拟AV信号供演播室使用，也可以在本地保存为H．264文件并传输给录播服务器。3G媒体服务器输入端通过以太网接口连接12M联通Internet数据专线，输出接口有以太网接口和1～4路SDI视频(嵌入音频)或模拟AV信号接口。3G媒体服务器应配置视音频解码与播出服务软件，要求一台3G媒体服务器可同时接收、处理、存储4路3G视频编码终端并发传输的视音频媒体流。3G媒体服务器最好采用Linux系统，并支持主备服务器自动切换工作方式，保证7x24小时稳定运行。3G媒体服务器应可以设置、管理系统中的各个设备及其端口参数、IP地址、编解码格式等信息，应提供内外网至少2个10／100／1000M自适应网络端口，并自带防火墙。3G媒体服务器最好配备Tally输入接口和双向语音对讲接口，3G视频编码终端可将语音信号传输到3G媒体服务器，并通过音频数据接口收听台内演播室指挥语音信号，3G媒体服务器可通过监控软件直接呼叫3G视频编码终端，实现双向语音对讲通话。

3．4利用3G网络传输视频的过程

(1)现场记者携带装有直挂式3G视频编码终端的摄像机进行现场实时采访报道，现场记者拍摄的图像和声音信号通过输出接口传送给3G视频编码终端，进行视音频编码、压缩并拆分成若干视音频数据包。

(2)通过中国联通等3G卡和WCDMA等3G移动通信网络，也可以采用3G信道多卡捆绑技术进行处理和控制，建立数据传输链路，将视音频数据包传送给3G网络运营商。

(3)利用Internet互联网的3G无线网络接人方式，通过3G网络运营商与Internet的接口将视音频数据包发送到Internet上。

(4)通过Internet的路由将视音频数据包实时传送到台内接收端的3G媒体服务器。

(5)台内接收端的3G媒体服务器将接收到的视音频数据包进行解码、分段重组、按顺序排列、重新合成等处理，转换还原出现场发射端(3G视频编码终端)发送的完整的图像和声音信号，通过SDI(或模拟AV)输出接口，输出SDI(或模拟AV)信号给演播室的信号调度矩阵，经矩阵调度后送给直播服务器，或送给直播切换台和调音台，实现现场新闻实时直播。

(6)台内接收端的3G媒体服务器也可以将现场传回的视音频数据包，生成H．264文件，存储在3G媒体服务器本地硬盘，再通过3G媒体服务器的以太网接口将本地H．264文件推送给收录服务器或直播服务器，再完成素材转码、文件化录制或播出。

43G无线传输新技术分析

4．1多卡捆绑技术

采用H．264压缩编码方式，为了保证清晰连续的视频信号，要求3G传输通道的传输带宽较长时间保持在1．5Mb／s到2Mb／s之间。采用多卡捆绑技术可以获得足够的传输带宽，2张联通3G卡或3张电信3G卡就能够支持广播级视频3G传输业务的带宽。

4．2跨运营商捆绑技术

3G网络信号覆盖并不均匀，3G网络提供的带宽随网络信号的变化会出现较大的波动。跨运营商捆绑技术可以解决单运营商网络信号抖动带来的带宽资源下降问题，若一个运营商3G网络信号下降，3G视频编码终端便可用其他运营商3G网络带宽资源来及时弥补丢失的带宽资源，可以以联通3G网络为主、以电信和移动3G网络为辅，共同承载视频传输业务。当联通3G网络带宽降低、时延增加时，3G视频编码终端可自动优化传输路径，快速地将这部分数据转移到电信或移动3G网络上传输。

4．3负载均衡和实时信道检测技术

负载均衡技术是将数据传输压力分配到不同信道中进行传输，降低对一个信道的依赖性，利用多个信道共同完成数据传输。利用3G网络传输视频，既要考虑3G无线网络环境，也要考虑Internet网络环境等，但主要考虑3G无线网络环境和信道检测，实时信道检测技术是利用3G视频编码终端与3G基站之间的实时通讯数据，判定其信道的质量，实时进行负载均衡，充分利用每个信道，尽量避免由于网络带宽变化而导致丢包。

4．4智能天线阵技术

一个3G基站能够提供的3G网络带宽是有限的，智能天线阵技术可用来捕获相邻基站信号，使3G视频编码终端除了能够接收到本基站的3G无线信号，还能够接收到邻近基站的3G无线信号，通过两个基站共同将拍摄到的视音频信号传送回3G媒体服务器。当各个基站信号强度稳定时，将大量的视音频数据由主用信道传输，少量的数据交给备用信道传输。

5四款3G视频回传系统比较与评价

我台技术人员重点调研、试用并比较了四家公司提供的四款3G视频回传系统产品，即索贝公司的DEAWA一3G视频编码终端和3G媒体服务器，优联华胜公司的M—Live一3G视频编码终端和3G媒体服务器，大洋公司的3GLive视频编码终端和3G媒体服务器及录播服务器，时代华睿公司的TVu一3G视频编码终端和3G媒体服务器。我台最终选择了索贝公司产品，表2、表3内容是我台技术人员对这四家公司产品所作的简要比较与评价，纯粹是我台技术人员观点，可能难免以偏概全。表2、表3中将这四家公司随机代称为A公司、B公司、C公司、D公司。6结语利用3G移动通信网络回传现场报道视音频信号，虽然在图像质量、传输链路可靠性等方面无法和传统的卫星与微波车传输系统或光纤传输系统相比，但3G网络回传系统可以与传统的传输系统形成有效的备份和补充。我台半年来的实践证明，只要在3G数据通信业务信号覆盖区域内，利用现场报道视音频信号3G网络回传系统就可以随时随地将视音频信号传送回台内演播室，可以实现全天候、全方位的新闻直播，可以满足突发性新闻事件实时直播报道以及大型赛事与重大活动多点、多角度同时直播报道的需求，因此有效地提高了我台新闻报道的时效性和新闻节目的收视率。