浅析湖南台“铁骑决战万佛山”户外活动直播传输方案
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【摘要】 作者通过介绍湖南台“铁骑决战万佛山” 户外活动直播传输方案。对频率特性、分集抗衰落接收技术，SDI病态码（极度恶劣环境）测试等传输技术在立体移动传输面上的运用进行了分析。并将实际工作中得出的移动传输直播经验用于设备创新改造。
【关键词】 频率特性、分集抗衰落接收技术，SDI病态码（极度恶劣环境）测试
一. 引言
2013年4月24日湖南广播电视台都市频道联合央视新闻频道、天津电视台都市频道、上海广播电视台、浙江教育科技频道、江西电视台都市频道、河北经视、黑龙江电视台都市频道、江苏城市频道、湖北经视、海南新闻频道等数十家媒体在湖南通道万佛山同步直播了大型户外竞技类节目“铁骑决战万佛山”。来自山东青岛的中国车王耿杰与来自新西兰的车王迈克尔·塔兰特向崎岖的山路发起挑战，他们分别驾驶竞技摩托车穿越危险重重的茂密原始丛林，攀爬上蜿蜒陡峭的尖锥状万佛山山顶。为了将此次惊心动魄，紧张刺激的户外竞技赛精彩真实地呈现给电视观众。湖南广播电视台总台的传输技术人员通过反复测试，精心选型，开创性地使用新型装备和灵活运用以往传输经验。最终以13路传输信号的传输方案圆满完成了此次转播工作。
二. 节目方案
万佛山位于湘桂黔三省交界处的通道侗族自治区北部，面积10.8km2，主峰海拔635m，相对高度215m（见图1）。
万佛山地区以壮年期尖锥状密集峰丛峰林型丹霞地貌为典型代表。在白垩纪早期，万佛山地区形成了断陷内陆湖盆地，沉积了厚达800m的红色沙砾岩、砾岩。白垩纪晚期，古近纪初，由于地壳抬升，内流堆积盆地转变为外流侵蚀地区。受喜马拉雅运动的影响，红层中产生大量的断裂、节理和裂隙，丹霞地貌开始发育。新近纪晚期以来，地壳间歇抬升，气候转为湿热，在流水、崩塌、风华等外动力共同作用下，逐步形成了其景恰“色若渥丹，灿如明霞”，其势似“万佛朝圣”“十莲卧佛”的丹霞奇观。
为了在体现摩托竞技赛挑战性、刺激性的同时又能使电视观众身临其境般的感受万佛山神奇的峰丛、赤壁、峡谷的丹霞奇景。导演组精心设定了复杂的比赛规则。首先选手从风雨桥出发，沿原始丛林中的蜿蜒小道，冒着随时被参差错乱的树枝挂倒翻车的危险一路飞驰。并运用摩托车特技连续地快速翻越设在月亮湾、杨柳坪、万佛寺遗址的三大障碍关卡驶入上山栈道。上山栈道是仅1m宽的狭窄盘山楼梯。进入栈道后的摩托车得利用技巧和向上的冲力连续爬上40度倾角的不断盘旋向上延伸的楼梯。此时的选手只能全神贯注地把持住方向，控制好油门，因为只要有片刻的松懈和马虎，摩托车将冲出栈道，坠入万丈悬崖！到达万佛山山顶后选手立即原路返回，抵达风雨桥终点。用时最少者获胜！
三. 传输方案
1、导演组首先要求我们提供比赛全程选手头盔上的Gopro摄像头实时主观信号，从选手自身角度真实记录竞技者在紧张刺激的比赛中的每一次呼吸，每一个动作。这是全程电视直播中最重要和最出彩的一路信号，用导播的话说：只要直播全程保障这一路信号优质稳定，我就能保证节目精彩成功！可见其在整场节目中举足轻重的地位（见图2）。
我们从之前介绍的比赛流程中就可以知道，摩托车手将穿越一片茂密的树林再骑行上山。物体的运动轨迹从剖面看是一个L型。在以往的户外直播中，物体的运动轨迹通常处于单一平面中，如“阿迪力走钢丝”是处在水平面，“蜘蛛人爬高楼”是处于垂直面。信号传输难度相对较小。而这次物体的运动轨迹处在立体空间中，既有水平面又存在垂直面。如何优质稳定的传输Gopro摄像头信号对我们是个新的挑战！
我台现有的便携式移动数字微波包括LINK SD-HD（1.97GHz—2.7GHz）一套，Nucomm MicroLite HD（2.2GHz—2.4GHz）三套，华林视通HL-WLL 50HD（1.12GHz—1.6GHz）四套，以及租用华林视通公司两套340MHz移动数字微波。这四种型号的微波其频率，功率，发射机头大小等各自有其独有的特点。单从体积上说，最适合用于该场合的是Nucomm MicroLite HD微型微波。但我们都知道微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，微波的传播不需要介质，同频率的微波，在不同介质中的速度不同。不同频率的微波，在同一种介质中传播时，频率越小，折射率越小，速度越大；频率越大，折射率越大，速度越小。且微波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，微波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。所以在无线通信系统中，频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物。而频率越低，波长越长，绕射能力越强，穿透能力越差，信号损失衰减越小，传输距离越远。如广播电视，短波电台。频率越高，波长越短，绕射能力越弱，穿透能力越强，信号损失衰减越大，传输距离越近。高频信号确实衰耗大，频率越高在传播过程的损耗越大，所以短波若以地波形式传播只能传几百米，距离很近，但长波却以地波形式传播就是这个道理。因此同等使用环境，340MHz与1GHz以上频率信号对比的话，肯定是340MHz频率折射率小，速度大，信号衰减少，绕射能力强。
并且华林HL-WLLG50HD 340M发射机采用COFDM调制方式以及NTT H.264的编码芯片使延时能控制到60ms。这对实时画面传输如虎添翼。
除选用低频段来提高绕射能力，增加传输距离外。华林HL-G55HD微波接收机还采用了双分集接收技术。根据信号论原理，若有其他衰减程度的原发送信号副本提供给接收机，则有助于接收信号的正确判决。这种通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法被称为分集。分集技术包括两个方面：一是分散传输，使接收机能够获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即把接收机收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。因此，要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。
HL-G55HD微波接收机就是通过多个信道接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。接收单元使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。
并且我们还利用全向天线与定向天线各自特点，将天线角度确定为在平面上主用全向天线，在垂直面上主用定向天线。其340M微波接收信号稳定连续，画面清晰可靠，获得了导演组的肯定！图3就是实时传输现场画面截图。
2、其次导演组在月亮湾、杨柳坪、万佛寺遗址的三大障碍关卡点设机位，重点抓拍选手翻越障碍的特写，展现选手精湛细腻的驾驶技巧。
由于包括这三大障碍关卡在内的7—13号机位均处于密林山谷深处。山壁岩石的阻挡和树叶对电磁波的吸收使微波很难在其间稳定传输，而且我们手头也无法提供数量众多的低频段微波设备。此时便携稳定的光传输设备就闪亮登场了！
我们这次使用的是上海丞播CHM-S型HD-SDI高清数字视频光端机，它由光发送机CHM-S-T和光接收机CHM-S-R构成，用来传输143、177、270、360、540、1483.5、1485Mb/s等速率的SD-SDI标清数字视频信号或ASI数字视频信号。他具有无以伦比的信号精度，还有减少信号抖动电路，可以很好地处理畸变信号，对1485Mb/s可提供超过100m自动均衡；对270Mb/s信号，可提供超过250m自动均衡。
我们在之前多次直播节目发现之前采购的SDI光传输设备并不能满足HD直播信号传输，出现闪屏、黑屏等现象。我们通过与厂家沟通，联合测试发现因为HD-SDI光传输设备在传输信号时出现了瞬间系统崩溃。我们知道模拟视频传输系统信噪比好，图像质量就好，当信噪比下降时会在图像上出现噪点，信噪比越低噪点越多，非常直观。SDI数据传输系统与以往模拟视频传输系统不同，在正常的传输状态下由于SDI系统的数字信号通过传输后进行判断再生，信号可实现无任何损伤，随着传输信道信噪比下降，在崩溃点之前，数字系统仍能正常运行，在图像上无法发现有任何问题。但在崩溃点之后，数字系统完全无法运行。出现闪屏、黑屏等画面质量问题。当传输设备再次捕捉锁定信号后，系统又自动恢复。而这种光传输设备支持SDI病态码（极度恶劣环境）测试。通过采用增强测试的方法即“病理码”测试来预先测量系统的余量，从而确定系统的状况。保证其设备即使在最恶劣的传输环境中工作，画面质量始终处于设定的安全边际中，保证万无一失，绝不出现崩溃！
同时这种光传输设备发射机非常小巧（见图4）， 体积同两支五片装口香糖叠在一起差不多。而且功耗仅2.5W。根据其自身特点结合以往户外直播传输经验，我们要求厂家将其电源从以往的AC220V改为DC5V。这样使用普通摄像机电池为其提供电力，能持续工作一星期左右。非常符合户外直播类传输设备“安全可靠。便携轻巧，集成度高。功耗小，供电简便”的要求！
3、最后导演组还在尖锥状山上布设4个机位，捕捉选手骑爬栈道的细节，体现选手艺高胆大的胆识。为此我们使用频谱仪对直播现场的频率环境进行了仔细探查，发现除946M这个频点被使用外，其它各频段均很“干净”，非常适合无线微波传输！
我们根据高度和传输距离由低到高，分别将华林视通HL-WLL 50HD四套微波分别布设在尖锥状山顶附件。其具体分配是将频率低的1160M微波设置在万佛寺遗址与7号光纤相互配合，互为补充。因为此处是爬山的起点，是森林与山脉的交错处。其它频率微波设备顺山势一字向上排开，直达山顶。分别是14号机位的1390M、15号机位的1500M、16号机位的1600M微波。并取得了优质的接收效果。
四. 结论
在以往的直播传输中，一般工作面都是处于单一平面中，信号传输难度相对较小。而这次直播传输的工作面是既有水平面又存在垂直面的立体面，对传输设备的选型和布局很有讲究。我们通过总结以往直播经验，运用所学专业知识，发挥改造创新能力。在这次直播中大胆采用微波+光纤相互配合，互为补充的方法出色的完成了此次直播任务。“会当凌绝顶，一览众山小”！电视传输技术也同爬上险峰一样，只有通过不懈努力和不断创新才能登上电视技术的高峰！B&P
参考文献
浅谈 “病理码”对数字高清光传输的影响 周义