邵云峰
天津電視臺 

【摘要】 本文通過分析3G網絡在視頻傳輸應用中碰到的種種問題，提出了幾種解決這些問題的方式。并且對這幾種技術做了簡單的介紹。最后為大家介紹了一款在此行業內質量最好，成熟度最高，應用范圍最廣的產品。
【關鍵詞】 多卡綁定  跨運營商  負載均衡  信道檢測  智能天線陣

　　自從工業與信息化部將三張3G牌照正式發放給國內三大電信運營商后，標志著中國真正進入了3G時代。3G技術使無線網絡的帶寬從十幾、二十Kb/s一下提高到了幾百Kb/s，甚至幾千Mb/s。如此豐富的帶寬資源使在2G時代無法觸及的視頻傳輸業務，在3G時代變為了可能。

　　與目前常用的SNG、微波等無線傳輸手段相比，利用3G技術來做無線視頻傳輸，不但設備和使用成本低廉，而且不受時間，空間和地點的限制。只要在3G信號覆蓋的區域內均可隨時隨地得將視頻信號源源不斷傳回演播室。更重要的是它能在突發事件發生之后，迅速到達現場，并將視頻信號傳回演播室。直接響應了新聞事件的不可預測性和實效性，并且克服了無線視頻傳輸設備龐大、程序繁瑣、機動性能差的困憂。

　　但是如果想在中國目前的網絡環境下，單純的依靠3G技術來得到一個較寬且穩定的帶寬資源是比較困難的。因此就需要多種控制和均衡技術的輔助，來共同完成這樣一個目的，例如多卡綁定同傳、跨運營商技術、負載均衡和實時信道檢測、智能天線陣技術等。

　　下面我們來逐個介紹這些主要輔助技術在實時視頻傳輸中所起的重要作用。

　　一．多卡綁定技術分析

　　多卡綁定技術主要用來解決帶寬不足的問題。按照我們采用H.264的編碼方式，通道帶寬至少要保證較長時間恒定在1.5Mb/s到2.0Mb/s之間，不然將無法保證廣播級清晰連續的視頻信號。

　　目前中國境內有中國移動(TD-SCDMA)，中國電信(CDMA2000)和中國聯通(WCDMA)三大3G網絡運營商和三個3G網絡標準。中國移動的TD-SCDMA支持的下行速率為2.8Mb/s，上行速率為384Kb/s；中國電信的CDMA2000支持的下行速率為3.1Mb/s，上行速率為1.8Mb/s；中國聯通的WCDMA支持的下行速率為14.4Mb/s，上行速率為5.76Mb/s。由此可見，只有中國聯通的WCDMA網絡能夠使用單卡滿足視頻傳輸的帶寬要求，而其他兩家均無法滿足此要求。

　　但在實際環境中的測試，上述帶寬均為各自3G網絡協議的理論峰值，正常使用的情況下很難達到此值。所以為了能夠確保帶寬達到傳輸要求，需要采用多卡綁定技術來獲得足夠的帶寬資源。

　　根據實際測試結果，2至3張聯通3G卡或3張電信3G卡能夠支持我們所需要的3G視頻傳輸業務的帶寬。中國移動的TD-SCDMA由于上行帶寬過小，尚無法單獨完成我們所需要的視頻傳輸業務。

　　雖然我們能夠通過多卡綁定的方式來滿足視頻傳輸帶寬的需求，但我們還是無法避免3G信號抖動而導致的帶寬波動問題。那就需要用其他更先進的技術來彌補。

　　二. 跨運營商技術分析

　　眾所周知，3G無線網絡是一個非常不穩定的網絡，其信號覆蓋并不是處處均勻、相等的。

　　并且3G網絡提供的帶寬隨網絡信號的變化會出現比較大的波動。而在視頻傳輸的業務應用中，又需要一個較為穩定的帶寬資源。基于這樣的要求，如果視頻傳輸業務只能在單一運營商的網絡環境下傳輸，當該運營商的網絡信號發生變化時，將必然無法保證視頻傳輸業務所需要的帶寬資源。進而接收端也就無法保證輸出清晰、連續的視頻信號。

　　此時如果能夠支持跨運營商綁定，便可解決單運營商網絡信號抖動帶來了帶寬資源下降的問題。若一張3G卡或者一個運營商3G網絡信號下降，視頻發射端便可用其他運營商的3G網絡的帶寬資源來及時彌補丟失的帶寬資源，確保視頻圖像穩定、高質量的傳輸。

　　中國移動和中國電信的3G技術雖然較中國聯通的技術低，但是可以以聯通網絡為主，電信和移動的網絡以輔助的方式共同承載視頻傳輸業務。這樣做不但能對視頻的清晰度和流暢度有很大程度的提升，還能直接避免當某一運營商信號抖降時，無法正常傳輸視頻的問題。

　　三. 負載均衡與實時信道檢測技術分析

　　上文我們提到多卡綁定和跨運營商技術，其必然牽扯到多信道、多路由的情況。如果沒有一個很好的均衡機制，多卡綁定和跨運營商的技術也只能是鏡中花水中月，說說而已。

　　負載的均衡就是將一定量的數據傳輸壓力分配到不同的信道中進行傳送，降低對一條信道的負擔和依賴性，適當的利用多條信道共同完成數據傳輸的工作。

　　但是如何去分配負載？負載的分配依賴一個必要的條件，那就是信道的質量。在質量好的信道上多分配一些負載，而在質量較差的信道上少分配。如此這般進行均衡便可達到較好的傳輸效果。信道的質量包括信道的帶寬和時延。

　　利用3G網絡傳輸視頻需要經過如下幾個過程：一.將視音頻編碼、壓縮并拆分成視音頻信號包；二.將視音頻信號包通過3G無線網絡傳送給各自的網絡運營商；三.通過網絡運營商與Internet的接口將視音頻信號包發送到Internet上；四.視音頻信號包到了Internet后，通過Internet的路由被傳送到接收端；五.接收端將接收到視音頻信號包按順序排列好，回復出發射端的視音頻信號。

　　通過上面的描述我們可以看出，利用3G網絡傳輸視頻，需要考慮兩部分網絡環境：一是3G無線網絡環境；二是Internet網絡環境。這兩種網絡相比之下，由于Internet網絡為有線網絡，并且隨著廣域網發展，Internet網絡環境已經相當好了，所以主要考慮的還是3G無線網絡環境和無線網絡的信道檢測。

　　實時信道檢測程序利用與3G基站之間的實時通訊數據，判定其信道的質量。并將信道質量的數據提供給負載均衡程序作為其進行均衡的依據。實時的進行負載調整，達到對每個信道的充分利用，并且盡可能的減少由于網絡帶寬變化而導致的丟包現象。

　　四. 智能天線陣技術分析

　　隨著城市的發展，無線網絡運營商的基站覆蓋范圍越來越小，但是覆蓋的人數卻是越來越多。我們知道，一個基站能夠提供的3G網絡帶寬是有限的，隨著使用3G網絡的人越來越多，必然導致一個基站的3G網絡資源的漸漸稀缺。于是我們就在想，能不能使用什么技術把相鄰基站（距離很近）的資源利用起來，主動地擴大我們能夠取得的資源。

　　智能天線陣就是用多根天線組成帶有可變方向性的天線陣列，其可變的方向性能夠很大程度的增強信號的強度。以此來與相鄰的基站進行通訊，通過相鄰的基站接收和發送數據。這樣就擴大了我們能夠利用的帶寬資源，使我們建立的信道更加的穩定可靠。 [Page]

　　3G無線傳輸產品介紹

　　由以色列LiveU公司生產的3G無線視頻傳輸設備—LU-30終端和LU-1000接收端服務器，就是利用我們上面所述的幾種3G網絡輔助技術研發制造而成。它利用這些3G網絡輔助技術將多個不可靠的低速鏈路組合成為一條可靠的高速鏈路。

　　下面我們用圖示的方式為您打開LiveU的高技術之門。

　　以我們在全國各地的測試經驗，LiveU中6張卡的最優配置為3張聯通，2張電信和1張移動。以聯通的信道為主，電信和移動為輔助信道。

　　當LiveU連接到網絡后，其內部的實時信道檢測程序會實時檢測每張3G卡的信號強度、傳輸帶寬和傳輸時延。如果LiveU連接的3G鏈路所提供的帶寬資源超過視頻業務所需的帶寬資源，那么LiveU會選擇最優的路徑來傳輸信號，保證最低的延時和最優的圖像質量。

　　當各個基站信號強度穩定時，設備選用最優的方式將視頻信號傳送回接收端，如圖1：

 　　此時大量的視音頻數據是由主用信道傳送，只有少量的數據交給備用信道傳送。

　　當我們在移動拍攝時，聯通WCDMA信號突然減弱，導致聯通的帶寬降低，延遲增加。此時終端會自動優化傳輸路徑，快速的將這部分數據轉移至電信或者移動的信道上傳輸。選擇最優的途徑將圖像傳送回接收端，確保接收端圖像清晰連貫，不會出現馬賽克和丟幀的現象。如圖2：

 　　從圖中我們也可以看出，LiveU系統的多樣性輸出，展現了它在廣播電視行業的強大支持力。它可以輸出H.264編碼壓縮好的信號給廣播前端或流媒體服務器做處理；可以本地保存或送給存儲服務器進行保存；還可以輸出SDI信號送進總控矩陣進行調度分發供演播室使用。

　　智能天線技術則是用來捕獲相鄰基站信號的技術。如圖3所示，智能天線通過調整增強朝向鄰近基站的天線方向增益，使LU-30除了能接收到本基站的3G無線信號外，還能夠接收到鄰近基站的3G無線信號。進而通過兩個基站共同將拍攝到的視音頻信號傳送回服務器端。較大的帶寬資源保證了信道穩定性和可靠性。

 　　LiveU已在全國很多城市的廣電公司或電視臺進行了演示和測試，包括北京，上海，深圳，廣州等全國主要的大中城市。其測試效果均比較理想，視頻效果完全符合廣播級標清節目標準。

　　其中在深圳電視臺的測試較為全面。深圳電視臺使用泰克PQA500測試軟件對3G無線傳輸的視頻質量做了定量的測量。測試結果令人滿意，特別是在室內3G信號質量并不是非常理想的情況下，能夠保證分值在8至11分之間（100分制，分數越小越好）。這樣的分數令測試人員也相當的吃驚，利用3G網絡竟然能夠獲得如此優秀的圖像效果。

　　除此之外LiveU還在全國多個地市做了移動拍攝的測試。其視頻效果也都令當地的領導非常滿意。特別值得指出的是，當車速提高到120公里每小時的情況下，接收端仍能保持輸出非常清晰流暢的畫面。可見LiveU在信道檢測和負載均衡上做到了爐火純青的地步。B&P