Беспроводные камеры в системах электронного сбора новостей
Быстроменяющийся мир с пестрым калейдоскопом происходящих в нем событий требует для их телевизионного освещения создания гибкой электронной системы сбора новостей (ENG), которая должна обладать такими свойствами:
- сохранять в постоянной готовности ресурсы спутниковых систем сбора новостей (Satellite News Gathering – SNG);
- обеспечивать техническую возможность проникновения в труднодоступные места, где возможно появление важных новостей;
- поддерживать высококачественное HD видео с малой задержкой (<50 мсек);
- обеспечивать «бесшовный» роуминг в пределах делового центра города.
Гибкость систем электронного сбора новостей достигается за счет применения т.н. «беспроводных камер», которые представляют собой соединение видеокамеры и радиопередатчика. Беспроводная камера в процессе эксплуатации может либо переноситься оператором, либо быть установлена на каком-либо транспортном средстве, за счет чего обеспечивается ее мобильность. Беспроводная камера или «пункт сбора видеоинформации» и ретранслирующий радиосигнал «пост сбора видеоинформации», который представляет собой специальный приемник, принимающий сигналы беспроводных камер, и передатчик для передачи сигнала в студию по эфиру или кабелю, которые вместе составляют радиолинию, позволяющую вести живой репортаж с места событий. Причем чаще всего условия распространения радиоволн для беспроводной камеры таковы, что только применение современных цифровых технологий позволяет достигнуть устойчивого приема.
1. Вклад цифровых технологий в построение современной системы сбора электронных новостей
Внедрение в электронную журналистику Систем Цифровых Беспроводных Камер (Digital Wireless Camera Systems) вызвало революционные изменения в практике электронного сбора новостей (ENG), главным содержанием которой стало «живое» освещение событий. Работа в городской среде с плотной застройкой диктует условия передачи в режиме «без прямой видимости» (NLOS) и заставляет команды репортеров и операторов использовать приемы, которые ранее не применялись. Создание приемной сети, действующей в пределах деловых центров городов (City Centre Receive Networks), было первым шагом в этом направлении, и теперь эти сети стали основой новостного вещания во всем мире.
Наблюдается постоянное уменьшение стоимости «живого» вещания. Это в первую очередь объясняется тем, что производители контента постоянно снижают объемы дорогостоящих трансляций посредством спутниковых систем сбора новостей (SNG) в пользу наземных систем ENG, используя фиксированные сети приема. Эти сети располагаются в определенных местах, которым свойственна большая насыщенность требующих освещения событий, таких как деловые центры городов. При этом использование SNG для доставки контента может в некоторых случаях оказаться затруднительным, а для создания законченного информационного продукта может потребоваться прокладка кабелей в публичных местах или производственных помещениях, что также может вызвать затруднения. В таких случаях часто прибегают к передаче контента по сетям сотовой связи. Однако сети сотовой связи имеют ограниченную пропускную способность, поэтому единственно возможной технологией передачи контента по таким сетям становится адаптация модемов сотовой сети к кодерам H.264, которые обеспечивают более эффективное сжатие. Но и эта мера не дает окончательного решения проблемы. Во время важных событий трафик местных операторов сотовой сети резко возрастает, поскольку все абоненты начинают обсуждать случившееся. Операторы сотовых сетей отдают в это время приоритет голосовому трафику, поскольку он приносит больший доход, а трафик для передачи видео от этого страдает. В критических ситуациях, таких как возникновение опасности террористического акта, сотовая сеть должна быть взята под контроль или выключена, чтобы не дать возможности террористам использовать ее для связи друг с другом или управления взрывными устройствами. В этом случае возрастает значение частных, жестко регламентированных сетей, которые будут осуществлять покрытие в продолжение периода времени, пока сотовая сеть общего пользования будет выключена.
Таким образом, сети типа City Centre Receive Networks строятся там, где требуется создание альтернативной сети. Они используют фиксированную инфраструктуру, которая гарантирует покрытие тех зон, в которых это покрытие наиболее часто бывает необходимо. Существующие системы беспроводных камер (Wireless Camera Systems) могут использоваться в пределах зоны приема их собственной ячейки или в пределах более крупной сети. Отдельно правильно установленный приемник, который в зависимости от частоты, высоты окружающих зданий и топологии местности может покрыть ячейку с радиусом от 4-х до 12-ти км, используется во взаимодействии с ретранслятором. Для того чтобы быстро и эффективно небольшие команды репортеров и операторов беспроводных камер могли покрыть зоны главных событий (органы охраны правопорядка, общественные здания и т.д.), главное внимание должно быть сосредоточено на размещении постов приема в этих зонах.
2. Метод COFDM и его развитие
Передатчики, использующие метод COFDM, и приемники, использующие технологию приема с разделением, являются главными составляющими частями радиолиний (см. Рисунки 1 и 2), в которых используются беспроводные камеры. Большинство из подобных систем использует стандарт DVB-T, который был разработан для мощных стационарных UHF передатчиков, получающих сжатое видео от установленных в стойке кодеров или стационарных местных приемников. В настоящее время многие производители предлагают беспроводные «накамерные» передатчики, использующие модуляцию COFDM, в том числе и передающие с HD-качеством (см. Рисунок 3).
Развитие производства этих передатчиков стремительно нарастает. Меры, способствующие повышению эффективности с точки зрения вещателей, включают в себя следующее:
- Способствование уменьшению занимаемой полосы за счет более эффективных методов коррекции ошибок, влекущее за собой более эффективное использование спектра;
- Разработка новых схем модуляции, предназначенных для работы с современными кодерами, которые производят эффективное сжатие, например, H.264, а также обеспечивающих лучший коэффициент Peak-to–Average Power Ratio (PAPR), что позволяет передавать видео на вдвое большее расстояние с тем же качеством;
- Использование полностью цифровых приемников с цифровыми фильтрами на радиочастотном входе, которые лучше, чем обычные тюнеры, ограничивают полосу принимаемого сигнала, подавляя внутриполосную интерференцию с соседними каналами и не допуская потерь полезного сигнала, поскольку, благодаря ограничению полосы канала, схема автоматической регулировки усиления (АРУ) не работает за пределами нужной полосы;
- Использование глубокого перемежения как специальной технологии коррекции ошибок, позволяющей в условиях сильного блокирования трассы распространения физическими препятствиями (деревьями, мостами и т.д.) восстанавливать изображение, избегая при этом ошибок, присущих другим методам перемежения.
3. Разделение. Метод Суммирования МаксимальногоОтношения и коммутация пакетов
Прием с разделением минимизирует воздействие глубоких гладких федингов за счет размещения в месте приема двух или большего количества приемных антенн, которые физически удалены друг от друга так, чтобы в случае, если одна из антенн окажется под воздействием фединга, сигнал мог бы быть нормально принят хотя бы одной из оставшихся антенн. Суммирование Максимального отношения (MRC) используется в приемниках для увеличения эффективного уровня сигнала и снижения эффективного уровня шума. Метод MRC может обеспечить увеличение SNR на 3 дБ для двух входов и на 6 дБ – для четырех входов. Однако дальнейшее увеличение количества антенн малоэффективно, так как рост SNR замедляется. В большинстве случаев используются одна точка приема и единственный приемник с разделением. Простейшая система представляет собой приемник с разделением, имеющий четыре входа, к которым подсоединяются четыре направленных антенны, имеющих ширину луча 90 градусов и коэффициент усиления для каждой 16 дБи (см. Рисунок 4).
С помощью четырех таких антенн достигается покрытие 360 градусов. При этом исключается сложный и сильно влияющий на параметры механический переключатель, поочередно подключающий антенны к входу приемника при перемещении передатчика. Как показано на Рисунке 5, каждая из антенн имеет ширину луча до 150 градусов, производя в зоне перекрытия лучей дополнительное усиление за счет MRC.
Для того чтобы создать эффективную и экономную систему, используют коммутацию пакетов, что позволяет создать развернутую сеть, преодолевающую ограничения, присущие простому методу MRC.
В системе с коммутацией пакетов могут использоваться несколько приемников, которые передают сигналы в коммутатор разделения. Эти сигналы коммутируются на основе метода «от пакета к пакету» для того, чтобы обеспечить наилучший выходной сигнал (см. Рисунок 6).
В более сложных системах коммутаторы пакетов могут каскадироваться, в результате чего система может иметь до 64-х входов (см. Рисунок 8). При создании таких больших систем возникает проблема, состоящая в том, что они требуют взаимодействия приемников, которые могут находиться в разных зданиях и даже в разных частях города, на уровне ASI.
Для решения данной задачи предлагаются самые разные методы взаимодействия на уровне понижающих преобразователей, приемников и коммутаторов пакетов. Понижающие преобразователи могут быть удалены от приемников на расстояние до 150 м, если используются высококачественные кабели для видео, такие как Belden 1694. При использовании вещательного оптоволоконного или триаксиального кабелей это расстояние может быть увеличено до 1 км для стандартного 11 мм Triax или до 20 км для оптоволокна. Это позволяет достичь большей гибкости при использовании системы внутри зданий или при соединении мест производства контента. Линии для ASI могут передавать цифровые сигналы на расстояние в несколько сотен метров по стандартному видеокабелю. Если ВЧ часть приемника находится на крыше здания, то вся инфраструктура приема может соединяться с ней посредством микроволновой линии «точка-точка». Кроме того, имеющиеся оптоволоконные линии, предназначенные для телекоммуникаций, могут использоваться и для соединения устройств между собой.
При планировании сети должны быть определены области, в которых могут происходить события, представляющие интерес для всего мира, и определено местоположение каждого из мест–источников новостей (зданий судов, правительственных зданий и т.д.), т.е. тех мест, где знаковые события происходят достаточно часто. Иногда требуется и покрытие тех областей, где события происходят относительно редко, но которые не доступны для систем SNG, смонтированных на транспортных средствах.
4. Площадь покрытия
Для того чтобы подтвердить сделанные ранее предположения по организации сети сбора видеоинформации, воспользуемся некоторыми результатами испытаний, произведенных фирмой Vislink в центральной части Лондона. Начальные испытания на жизнеспособность для постов приема в центре City оказались весьма обнадеживающими. Большой объем исследований был произведен с использованием в качестве поста приема вышки BT Telecom. Четыре секторных антенны с лучами шириной более 90 градусов и коэффициентами усиления 13 дБи каждая, которые были направлены на север, юг, восток и запад, использовались во взаимодействии со стандартным четырехвходовым приемником с разделением для получения покрытия полных 360 градусов. Приемник тестировался с использованием стандартных передатчиков беспроводных камер с выходной мощностью 100 мВт, дополнительных усилителей с выходной мощностью 1 Вт, которые пристыковывались к задней стенке накамерного передатчика, и дополнительных усилителей с выходной мощностью 5 Вт, которые помещались в небольшой отдельный ящик. Поскольку исследования проводились на большой площади, оборудование было установлено на автомобиле. По ходу испытаний и в составе передающего, и в составе приемного оборудования применялись не требующие настройки всенаправленные антенны.
4.1 Передатчик с выходной мощностью 100 мВт
Испытания показали, что устойчивая работа в условиях отсутствия «прямой видимости (non-line of sight) наблюдается в зоне, заключенной внутри окружности, которая имеет радиус 1 км с центром в точке приема. Как это ни удивительно, но в зоне с более плотной застройкой уровень сигнала оказывается выше, что может быть следствием увеличения количества отраженных лучей. За пределами этой зоны прием не будет гарантирован, но нормальная связь достигалась и с Букингемским Дворцом, и улицей Джеймс Парк, которые находятся на расстоянии 2 км от точки приема.
4.2 Передатчик с выходной мощностью 1 Вт
При использовании передатчика вместе с дополнительным усилителем, позволяющим увеличить его выходную мощность до 1 Вт, радиус зоны обслуживания увеличивалась до 2,5 км, даже если в эту зону включались некоторые высотные здания (например, Euston Station).
Усилитель на 1 Вт можно смонтировать прямо на задней стенке накамерного передатчика. Его также можно поместить на коротком шесте, расположив рядом с установленной на нем антенной. Шест даст возможность поднять передающую антенну над скоплением людей, а запитав усилитель от нескольких включенных параллельно батарей, можно увеличить продолжительность его непрерывной работы.
4.3 Усилитель на 5 Вт
При использовании дополнительного усилителя с выходной мощностью 5 Вт нормальная работа в режиме “non-line of sight” возможна внутри зоны, ограниченной окружностью с радиусом 6 км и центром в точке приема. Эта зона включала в себя весь City, вместе с Bank of England, Guildhall и Manson House, т.е. все области, которые невозможно покрыть при использовании обычных станций спутниковой связи, т.к. парковка в этой области ограничена, а высокие здания блокируют спутниковый сигнал. Поскольку усилитель на 5 Вт слишком громоздок для того, чтобы его можно было бы установить на накамерный передатчик, он помещался в сумку небольших размеров или даже, при монтаже на мотоцикле – в парную сумку на багажнике мотоцикла. Его можно легко вручную доставить в нужное место. Все, что необходимо для приведения его в действие, – это подсоединить батарею, подключить антенну и включить питание.
Концепция сотового разделения используется при проведении живого репортажа с ежегодных Оксфордской и Кембриджской регат. Пять постов приема, расположенных вдоль трассы следования судов, автоматически принимают сигнал бортового передатчика пункта сбора видеоинформации, помещенного на борту специального судна, находящегося рядом с соревнующимися судами. Каждый из постов соединен с центральной станцией приема с помощью стандартной оптоволоконной сети, а главный декодер производит разделение входящих ASI-потоков, позволяя достичь целостного покрытия всей зоны проведения соревнований.
Заключение
Испытания, проведенные в Лондоне, показали, что система приема в центре City позволяет с гарантированным качеством покрыть зону, охватывающую главные источники новостей, причем именно то, что нужно, и там, где это нужно. Применение системы приема для центра City позволяет снизить затраты за счет того, что для передачи «живого» видео применение систем SNG будет уменьшено. В настоящее время в разных точках земного шара регулярно используется до 100 приемных систем, предназначенных для центра City. Лидируют вещатели, которые повсеместно внедряют такие системы для передачи новостей в форматах SD и HD. Эффективной может быть совместная работа систем SNG и ENG, если места, где происходят важные события, значительно удалены от студии. Как показывает опыт работы в лондонском City и в большом Лондоне в целом, для освещения событий в местах, где они чаще всего происходят, целесообразно покрыть эти места сетью из четырех или более ячеек. При освещении событий в центральной части City в центрах ячеек сети помещались стандартные смонтированные на камерах передатчики с выходной мощностью 100 мВт, снабженные всенаправленными антеннами. Зона покрытия увеличивалась за счет применения дополнительных приемных антенн с большими коэффициентами усиления или за счет использования дополнительных усилителей с выходной мощностью 1 Вт. Тогда сеть покрывала весь City. Данные сети могут также служить в качестве постов приема для беспроводных камер, устанавливаемых на транспортных средствах. Такие пункты сбора новостей будут стоить намного меньше, чем аналогичные им системы спутниковой связи, поскольку не будут требовать тяжелого и громоздкого генератора питания (передатчики наземных пунктов сбора видеоинформации могут иметь в несколько раз меньшую выходную мощность и питаться от батарей). Кроме того, при использовании наземных средств не будет необходимости в открытом небе, что затруднительно обеспечить в условиях узких улиц с высотными зданиями и при ограниченной парковке в центре города.
При небольшой модификации станции спутниковой связи автомобильного базирования могут использоваться как пункты сбора «живых» видеоновостей. Поскольку привести в действие обычную беспроводную камеру очень просто, ее может обслуживать даже неподготовленный в техническом плане персонал.
Опыт работы с описанными здесь системами наглядно демонстрирует, насколько важными они могут быть при применении в центральных частях крупных городов и с точки зрения своего прямого назначения – как система электронного сбора новостей и в качестве системы, дублирующей обычную сеть сотовой связи, позволяя добиться большей информационной безопасности.
