简易电视直播与网络现场互动系统

2015-12-23樊碚，莫鸿

实验室研究与探索 2015年9期

樊碚，莫鸿

(西南大学计算机与信息科学学院，重庆400715)

0 引言

电视直播与网络现场互动技术在当今的电视传媒领域应用广泛，它以其实时、高效、互动及时和受众面广等优势深受人们的喜爱，尤其在大学校园文化建设中倍受师生的青睐。然而，电视直播与网络现场互动系统设备复杂，转播费用昂贵，一般学校难以实现，通常只能依托专业电视台或大型传媒公司。如何降低成本，挖掘自身潜能将该技术引入大学校园，是教育技术专业有待研究的课题。近年来，我们进行了有益的尝试。利用教育技术专业有限的实验教学设备，搭建了一套简易的电视直播与网络现场互动系统，实现了校园文艺晚会等综艺节目的电视直播与网络现场互动，也为教育技术专业的学生提供了一套贴近现实的综合实验教学平台，效果令人满意，反映强烈。

1 系统功能

能实现多机位摄像机的现场编辑与切换;视频切换台输出的摄像机信号与电脑播出的各种多媒体信号可相互切换;将现场拍摄的节目实时重现在场里、场外的大屏幕上;能通过新浪微博大屏幕平台实现现场观众与节目的实时互动;节目直播的同时将电视信号录制到电脑硬盘上，等等。

2 系统组成

2.1 有线电视直播系统

该系统由以下几部分组成:

(1)视频拍摄与现场切换。利用多机位拍摄现场节目，并将视、音频信号送入数字视频切换台进行现场编辑与切换。主要由专业摄像机、数字视频切换台、监视器等设备组成。

(2)多媒体视音频播出。在文艺演出换场间歇插播前期做好的视音频花絮和多媒体视频素材。主要由计算机和相应的多媒体播放软件以及视音频素材等组成。

(3)视频分配、传输与场内重现。将视频切换台输出的信号分成多路，分别通过视频电缆送到投影仪(或大礼堂的液晶屏控制器)和调制器。主要由视频分配器、视频电缆、投影仪(或礼堂已具备的大屏幕液晶屏系统)等组成。

(4)射频传输与场外重现。将转播信号引出场外，实现场外投影的实时现场直播。主要由调制器、电视机、射频电缆、投影仪、有源音箱等设备组成。

(5)音响与灯光系统。对礼堂的音响和灯光效果进行控制。这部分通常由大礼堂的技术人员进行控制，因此不在本系统的范围内。

本系统所用主要设备包括:松下AG-AC160AWC型专业摄像机4 台、铭洋SE-800 数字视频切换台1台、铭洋四联TLM-404 型监视器1 台、视音频切换器1台、电视机3 台、电脑3 台、调制器1 台、视频分配器1台、投影仪4 台、100 W 左右的有源音箱2 个，以及射频分配器、VGA2 选1 开关、各种信号转接头、连接线缆等器材。这些设备及器材都是高校教育技术专业或传媒专业常用的基本实验教学设备。另外，礼堂大屏幕液晶屏及控制系统(或大屏幕投影幕布)、音响、灯光等设备都是各种礼堂、剧场的基本硬件设备，因此，不在本系统之列。

2.2 新浪微博大屏幕系统

该系统主要包括:①新浪微博墙后台服务技术系统;②两台能上网的电脑:电脑A 负责链接大屏幕，电脑B 负责内容审核;③网络:建立有线或无线独立网络，512 K 以上;④屏幕设备:LED 液晶屏或投影幕布等视频输出设备屏;⑤一人及多人［1］:专人内容审核。(注意:上述器材中，电脑、液晶屏、投影幕布等视频输出设备与有线电视直播系统共享)。该系统组成如图1 所示［2］。

图1 新浪微博大屏幕系统组成图

新浪微博大屏幕也称微博墙，是在展会、音乐会、婚礼现场等场所展示特定主题微博的大屏幕，大屏幕上可以同步显示现场参与者发送的短信和网友发送的微博［3］，使场内外观众能够第一时间传递和获取现场信息，达到现场与微博用户的即时互动［4］，非常适合各种综艺节目的场里、场外现场互动。新浪微博墙是新浪公司面向社会打造的一个公共信息传播平台，用户只要确定了自己所承办活动的主题，按要求登陆新浪相关网站，就可申请微博大屏幕。有关新浪微博墙的申请方法和相关详细技术问题不在本文的探讨之列，有兴趣可登陆新浪微博大屏幕网站:http://screen.weibo.com/［5］。

3 系统适用环境与基本工作原理

3.1 适用环境与要求

该平台为4 机位电视直播与网络现场互动系统，适用于可容纳1 500 人以内的礼堂及礼堂外广场。要求礼堂内应具备一般的舞台灯光照明系统、舞台音响系统和大屏幕液晶屏(或大屏幕投影幕布);应具有四个摄像机机位的架设空间和中心切换台摆放的场地，并保证各工作区间能获得可靠的220 V 交流电源。

3.2 基本工作原理

文艺晚会现场直播目前常采用两种方式:流媒体网络直播方式和有线电视直播方式。前者指在Internet/Internet 中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、视频或多媒体文件［6］，将这些视音频文件经过压缩处理后放到网络服务器上，进行电视直播，让浏览者一边下载一边收看［7］。然而，基于网络的实时现场直播对网络信号带宽和流媒体服务器等设备配置要求很高，即使各项指标都匹配，在实际应用中也可能发生信号周期暂停。应当注意的是，校园文艺晚会现场直播，大屏幕与观众都在现场，电视投影画面不与现场表演同步，必然将直接影响直播效果，这也是目前网络直播的最大缺陷。有线电视直播是指利用射频调制技术通过射频电缆传送电视信号。有线射频传输方式可将不同制式、不同调制方式、不同频率的各种射频信号经专用射频混合器混交在一起，通过一根射频电缆和相应的放大器、分支器、分配器实现多套节目的远距离传输与多用户接收。其主要缺点是放大器热噪声干扰和多频道间的交调干扰、互调干扰难以消除。尽管是一种模拟传输方式，但在本系统中，由于传输距离仅为剧场内外200 m 的范围，因而无需放大器，从而避免了因放大而产生的热噪声干扰。并且，在该系统中是将视音频信号直接进行调制和解调，无需模数与数模转换、压缩与解压缩等环节，因此，直播信号十分流畅，基本没有延迟问题，完全与现场表演实时同步;另外，由于采用单频道专线射频传输，从而完全消除了有线电视系统内的交调干扰和互调干扰，信号电平也可以通过调制器进行有效控制。因此，传送质量优于一般的有线电视。我们设计的电视直播与网络现场互动系统就是基于射频传输的有线电视直播方式。本系统将有线电视直播技术与计算机网络传输技术有机结合，只有现场互动的微博短信文字信息运用了互联网，而这些文字信息的传递对网速要求不高。该系统中的主要设备都是高校常用的基本实验教学设备，对于操作人员也没有特别高的技术要求。

4 实现过程

校园文艺晚会电视直播与网络现场互动系统框图如图2 所示。场内信号采用视音频传输方式。4 台摄像机输出的视频信号由4 根50 m 长的75-5 实芯电缆(依据视频传输领域的3 dB 带宽原则，在确保不超过3 dB 失真度的前提下，75-5 实芯电缆可传输的距离为135 m，因此，采用50 m 75-5 实芯电缆传送摄像机信号完全能保证信号电平的质量要求。)分别送入数字视频切换台的4 个输入端，并由4 联监视器TVA、TVB、TVC、TVD 进行分别监控，通过数字视频切换台实现多机位摄像机的现场编辑与切换(另外可以额外放置1根较长的备份摄像机电缆，并准备好备份摄像机，在电缆或摄像机发生故障时可及时更换［8］)。与此同时，来自礼堂调音台的音频信号也送人数字视频切换台的辅助音频输入端。切换台输出信号由节目端输出，并由切换台的S 端子和音频输出1 端口输出信号到电视机TVo 进行监控。另外数字视频切换台通过1394 连接线与装有数字视频采集卡的电脑PC3 相连，用于录制直播的节目(由于1394 端口中已嵌入了音频，因此，录制的节目是声画同步的)。

图2 多机位电视直播与网络现场互动系统组成框图

各种前期制作的视频花絮、多媒体素材分别由2台电脑PC1、PC2 送出，并通过VGA2 选1 开关进行选择。同时，PC1、PC2 也承担网络微博发布的任务，它们都接入互联网，并登陆新浪微博大屏幕系统指定的不同网址，分别负责链接大屏幕和信息内容审核。当需要播出视频花絮和多媒体素材时，PC1、PC2 只充当2 个视频源，通过VGA2 选1 开关进行选择输出;当要输出参与者发送的短信和微博信号时，PC1、PC2 都工作在上网模式，互动的微博短信首先经PC2 进行信息内容审核，然后由PC1 链接到大屏幕。因此，此时VGA2 选1 开关只能置于PC1 一边。为了保证信号切换流畅，2 台电脑应由2 人分别控制。由于数字视频切换台输出为复合视频信号，而电脑输出的是VGA 信号，为了用视音频切换器进行统一切换，因此，加入了1 个VGA/V 转换器。视音频切换器用于切换来自数字视频切换台的摄像机信号和来自电脑的视频花絮、多媒体素材或网络互动信号。节目正常演出时，切换播出摄像机信号;演出换场时，切换成电脑播出的视频花絮、多媒体素材节目或网络互动信号，从而保证场里、场外的大屏幕上始终都有精彩的节目播出，确保不会出现换场时的杂乱场面。

视音频切换器输出的节目信号送入视频分配器进行分配。如果礼堂已有大屏幕液晶系统，可将一路视频信号送到舞台总控室，并通过舞台总控计算机在礼堂大屏幕液晶屏上重现直播的电视节目;若礼堂没有大屏幕液晶屏，可在礼堂两边的适当位置安放两台投影仪，分别利用两根视频电缆(如图2 中的虚线连接)将投影仪与视频分配器相连，通过投影仪把电视节目投影到舞台两端的大屏幕上。

场外实况直播射频传输系统如图3 所示。礼堂外的电视信号通过射频方式进行有线传送，传输距离在200 m 以内。由于距离不长，电缆传输很方便，中间可以不加放大器，射频电平的调试也就变得比较简单［9］。射频有线传输的关键就是要保证终端电平为70 dB±5%的技术要求，因此，调制器是直播的关键设备。考虑到射频电缆的衰减特性，随着频率的升高，总损耗将增大［10］，选择300 MHz 以下的VHF 波段，并选用75-5 的物理发泡射频电缆进行传输。在VHF 波段，该电缆的衰减特性为12 dB/100 m 左右，200 m 衰减24 dB 左右，另外2 分配器要衰减4 dB，因此，射频传输系统将衰减28 dB 左右。为确保终端电平要求，选用带射频输出电平调节的VHF 波段调制器，其输出电平在80 dB 到110 dB 范围内连续可调。来自视频分配器的视频信号与来自数字视频切换台音频输出2端口的音频信号分别输入到调制器，调制后的射频信号经200 m 的射频电缆连接到室外的射频2 分配器。分配器将射频信号分成2 路，分别输入到2 个电视机的射频输入端进行解调和监控。电视机的复合视频输出端通过视频电缆与投影仪的视频输入端相连，由投影仪投影出电视画面;电视机的音频输出端通过音频电缆与有源音箱相连，由有源音箱播放现场声音。电视机在这里主要起到解调的作用，以还原出音视频信号，因为投影仪不能接收射频信号，只能接收复合视频信号，而有源音箱需要音频信号。系统连接好后，要对系统进行测量和调整［11］。

5 参数计算、测试与调整

本系统需要测试与调整的主要包括微博大屏幕和射频传输部分。微博大屏幕的测试与调整方法在新浪微博大屏幕相关网站有详细介绍，此处从略。至于射频传输部分，可依据以下终端电平SM的计算公式进行计算［12］:

因该系统为单线单频道方式传输，且无放大器、分支器和衰减器，因此，式中放大器增益GF、衰减器损耗LS、分支器的分支损耗LF和插入损耗LC均为零，调制器输出电平ST只与终端电平SM、电缆损耗LX和分配器损耗LP有关，即:

由于SM、LP和LX都是已知的，因此很容易计算出调制器输出电平值ST，并依据该参数对系统进行测量与调整。

测试时，首先调整调制器的射频控制旋钮，用电视场强仪测量其射频输出，使之等于ST值;随后，再将系统连上，用电视场强仪监测分配器的输出电平，并微调调制器的射频控制旋钮，使之达到70 dB ±5%的终端电平标准即可(另外，由于2 分配器到2 个解调电视机的距离较短，故其电缆损耗忽略)。

6 打造团队，制定转播方案

综艺节目的电视直播是一项系统工程，需要一个团队的支持，团队成员综合素质的高低往往会决定直播的成败。由于参与直播的工作人员都是教育技术专业的学生，他们的专业技能有限，在平时的实验教学中也缺少贴近现实的综合性实验锻炼条件和机会，因此，在制定直播方案前，应组织学生进行培训，并选出优秀的同学组成团队。在培训期间，老师要绘出详细的系统组成原理框图，指导学生了解系统组成及信号流程，熟悉系统设备的操作要领，明确直播主题和现场编辑要求及注意事项，使他们对直播系统有一个整体的概念。直播任务接受以后，除了要准备好相应的设备、器材，培训参加人员外，还要与相关的职能部门充分沟通，了解影响直播的一些外部因素，并制定出详细的直播方案。首先，了解直播的时间与场地，以便掌握现场情况:确定摄像机、数字视频切换台等设备的安放位置、电源插座距离是否合适、灯光效果是否理想;其次，尽早获取组织方提供的晚会次序表，了解整个晚会流程和节目内容，使摄像人员明确自己的职责和大致的取景范围;再者，由于不是专业的现场直播系统，系统内没有内部通话功能，因此，还要组织专人负责协调多机位与现场编辑切换台间的联系(如:通过微信、电话等方式)，以避免直播出现无序状态。另外，必须把握住晚会开始前的最后一次彩排机会，到现场演练一次，以便调整好摄像机机位、白平衡，选择好合理的取景范围和镜头效果，以及现场切换的关键点，并对射频电平指标和节目输出效果进行监控，发现问题，即时处理。

7 结语

从技术上讲，实现文艺晚会电视直播与网络现场互动有多种方式，对于一般高校而言，关键是要找到最适合自己需要，性价比最高，最能实现和驾驭的一种方式。本系统经济实用，操作简便，所用设备都是各高校教育技术专业常用的实验教学设备，只要将它们优化组合，合理搭配，就能搭建起一套简单实用的电视直播与网络现场互动系统，实现各种文艺晚会的现场直播，既满足了校园文化建设的需要，又使实验教学设备得到充分的利用。

另外，我们知道，教育技术是一个交叉性的、跨学科的综合性应用型学科，要求学生掌握多方面的理论知识和技术手段，从这方面来说，教育技术学科更需要开设培养学生多种能力的综合性实验［13］。所谓综合性实验，是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上，运用某一课程或多种课程的综合知识，对学生实验技能和实验方法进行综合性训练的一种复合性实验［14］。然而，受条件的限制，学校开设综合性实验的数量和质量都远远不够，学生参加社会实践的机会也十分有限，从而直接影响了教学质量。本系统的搭建，为教学技术专业的学生提供了一个贴近现实的综合实验平台。在这个平台中，学生将多方面的知识进行融会贯通，充分发挥想象力，解决了一个又一个的实际问题，圆满地完成了直播任务，感觉很有成就感，综合能力得到了全面的提升。近年来，我们因地制宜，探索将校园文化建设的社会实践与实验教学有机结合的教学模式，合理利用电视直播与网络现场互动系统平台进行实验教学，效果很好。极大地激发了学生的学习热情，报名参加转播团队的同学十分踊跃，真正实现学生在实验活动中变被动为主动，由“要我做实验”变为“我要做实验”［15］。这种实践既拓展了实习教学的深度，又提高了实习教学效果［16］。实践证明，我们设计的这套既有社会效益又有教学功效的电视直播与网络现场互动系统在高校的校园文化建设和实验教学中应用效果很好，具有一定的推广价值。

［1］新浪微博大屏幕5 分钟教学 http://www. docin. com/p-634395075.html

［2］新浪微博大屏幕—公关活动策划http://wenku.baidu.com/link?

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［3］微博墙http://baike.baidu.com/view/4665982.htm?fr=aladdin

［4］余跃.微直播的形式与应用探析—以新浪微博为例［J］. 中国传媒科技，2013(2):117-118.

［5］新浪微博大屏幕http://screen.weibo.com/

［6］童强.动态IP 条件下用流媒体技术实现网络实况转播［J］.中国电化教育，2006(3):103-105.

［7］刘艳丽，张峻. 基于流媒体技术的校园网络直播系统的构建［J］中国现代教育装备，2010(3):19-21.

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