3G和4G移动通信技术在电视直播中的应用

摘　要：直播是电视媒体与其他媒体竞争的优势所在，直播形式的常态化、规模化是目前电视媒体努力的方向，而传统的广电设备系统复杂庞大，费用昂贵，使用时需配备多个工种人员，调度应用易受多种因素限制，寻找一种更廉价、使用更快捷方便的解决方案作为传统方式的补充，是电视媒体的需求。随着可进行数据通信和多媒体业务的3G、4G移动通信技术的发展和兴起，在广播电视领域，给我们带来新的应用和运作方式。

关键词：3G移动技术； 4G移动技术； 直播应用

1 3G/4G移动通信技术概览
“3G”是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，3G服务能够同时传送声音及数据信息，其代表特征是提供高速数据业务。
4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品，他是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度。传统电视传输方式与3G/4G方式比较，卫星费用高，使用需要提前申请，不灵活，城市区域受建筑物的遮挡存在不少盲点，不能大范围、快速移动；微波传输距离有限，长距离传输需要中继，每次使用需要架设调试设备，设备昂贵，不能大规模铺设；光纤电缆不能大范围移动，铺设工程耗时，多点铺设费用高。而3G/4G方式费用低，使用便捷，传输距离长，设备廉价，有运营商铺设的大规模网络，城镇区域盲点少，可以大范围快速移动。可见，电视媒体进行突发类新闻直播（传输），或者在交通、供电条件恶劣、地形复杂的地方进行的直播（传输），采用3G/4G方式是一种非常好的选择。
2 3G/4G传输技术
2.1 3G/4G方式的传输链路
3G/4G的传输链路基本一样，以3G为例，其传输链路如下图所示：

图一 3G传输的链路
2.2 3G/4G网络的带宽（速率）
3G/4G网络的上下行速率是不对称的，下行速率较快，而3G/4G在电视中的应用，其上行速率是需要主要关注的。在国内，中国联通WCDMA的上行速率理论值在5.75Mbps，优于移动的TD-SCDMA和电信CDMA2000，因此在实际应用中，WCDMA卡是大多数直播应用中所采用的，具体各制式速率如下表：

表一 各制式上下行速率理论值
2.3 3G/4G基站的覆盖状况
目前，3G基站（中国联通的WCDMA、中国电信的CDMA2000、中国移动TD-CDMA）的覆盖正在由城市向乡村不断拓展，城区覆盖率能达到90%以上，乡村的则在75%左右，4G的基站建设还比较少，只有少量覆盖。可见，目前3G/4G基站的覆盖率有限，如果应用于电视信号传输，对于3G系统大部分城区能使用，乡镇及郊区需先确认是否有3G信号。对于4G系统，极少部分大城市有少量基站，如北京、上海、广州等。
另外，随着技术的发展，现在已经有部分设备商能够生产3G/4G的微波产品，可以在局部范围内替代基站，这种微波产品体积小，架设简单，成本低，移动方便，应用更加灵活，可以解决部分地区需要临时覆盖或者加强3G/4G信号的问题。
2.4 基站的拥塞与切换
由于3G/4G网络是公众网络，用户量巨大，每一个基站所能保障的用户数量有限，这必然会造成在热点地区网络拥挤，传输效率下降。
另外，在传输的过程中，当传输位置变化时，如高速情况下（车载），还要考虑基站切换带来的影响，WCDMA有软切换和更软切换方式，100km/h以上受影响，TD-SCDMA有硬切换和接力切换方式，120km/h以上受影响，CDMA2000有硬切换和软切换方式，100km/h以上受影响。
2.5 3G/4G设备技术概况
编解码技术:目前的3G/4G直播系统中，主流的编解码技术是H.264（MPEG-4/AVC），或者在其基础上做部分优化，也有极少数厂商采用了FLASH编解码技术。多卡捆绑:在3G的实际应用中，单卡情况下联通WCDMA上行速度在1.5Mbps左右，电信CDMA2000上行为500kbps，移动TD-SCDMA上行为384kps，而在H.264编码的前提下，电视信号的传输需要1.5Mbps或以上的码流，单卡传输速率达不到要求。为此，目前各厂商都采用多卡捆绑的方式，通过链路聚合技术来提高通道的传输速率。多卡捆绑方式不仅可以将速率提升到600K-2.5Mbps左右，而且由于可采用不同运营商3G卡的组合，形成多链路传输，使传输的质量得到更好的保障。
除了3G/4G信道传输之外，目前多数厂家都支持多链路扩展，比如海事卫星、Wifi、Wimax等无线信道，ISDN、ADSL等有线信道，可以在3G/4G弱或者变差的时候，采用纠错和自动链路负载均衡技术，将多个不可靠的、低速链路组合成一条可靠的宽带上行链路用来保证视频节目的实时传输。
3 3G/4G传输技术在电视直播中的应用
目前，3G/4G传输技术在电视直播中的应用主要在突发新闻、体育赛事、重大活动等方面，3G直播系统已经有较多电视台使用，4G方面则较少，以广东电视台的应用为例。
3.1 广东电视台体育频道基于联通WCDMA（3G）进行直播和报道
广州亚运期间，使用3G传输方式进行对播，前端使用联通WCDMA信号回传，后方采用联通专线连接到机房媒体服务器，最大码率在1.5Mbps左右，有1～5秒延时，空闲时段测试图像质量还能接受，但是现场人多的情况下，使用手机的人较多，传输受到影响，会出现定帧、花屏等情况，稳定性、安全性不佳；图像质量不佳，画面移动稍快时容易引起停顿，一般不用于全画幅，多用于开小窗口播出，或者在网络状况好的时候用来回传新闻素材。
3.2 广东电视台新闻中心基于TD-LTE（准4G）实现电视直播
亚运期间，利用TD-LTE演示网提供的即摄即传技术对亚运圣火传递、开幕式、闭幕式、羽毛球团体赛、田径比赛以及有亚洲飞人刘翔参与的男子110米栏决赛、亚残运会闭幕式等重大事件进行了现场直播，共20次之多。现场直播传送画面实时、清晰、流畅，提供图像质量达到了广播级应用需求,效果令人满意，传输码率可以达到10Mbps左右。
4 总结
3G/4G技术在电视直播方面的应用，尽管其网络状况、带宽及其分配策略、安全机制等尚未完善，存在不足之处，但其对于传统传输方式具有独特的优势，所以他在电视直播中的应用还是非常值得探讨的，随着移动通信技术的发展，他在电视媒体的应用必然越来越多，也许有一天，它会从一种辅助方式演变为一种重要方式，甚至可能带给电视媒体巨大的变革。微博、社交网络等的兴起告诉我们，双向互动是现代媒体发展的方向，电视媒体也将向全媒体、融媒体的方向发展，作为能够开展双向视音频综合业务的传输平台技术，必将在未来产生深刻影响。