随着工业自动化程度的不断提高，物联网及无线通信技术的快速发展，媒体行业对设备轻量化和低功耗的需求日益迫切，对于使用灵活性的诉求日益提高。经过技术团队对中央广播电视总台多个频道使用需求的调研，轻量化采集和无线传输控制系统应运而生。系统具备安装部署便捷、环境适应性强、易维护管理、易复制扩展、灵活性高、实时性好等特点。目前该系统在总台节目生产中逐步开始落地应用。
一 采集传输编解码技术的优化
为保证该系统采集、传输的视频信号能够满足总台直播要求，技术团队在当前众多视频信号深压缩编码协议中优选具备编码压缩效率高、适配性广、编解码延时低等特点的传输协议。在编码方面，通过对HEVC压缩算法进行优化，改变帧结构，高效压缩帧间冗余量，提高了编码时压缩码率颗粒度的均匀性，实现更优质的编码结构和速率；通过Slice进Slice出的方式实现快进快出的编码逻辑，进一步降低编码延时。在码率方面，进行码流整形，使得编码后的码流可以尽快地通过传输网络输出，同时保证码率波动平缓，避免给传输网络带来更大压力。通过压缩、删减编码数据，实现在同等码率条件下呈现更高的视频质量。最终实现在提升网络探测能力的情况下，对音视频信号进行高效编码传输，将视频信号编解码环节时延压缩至4帧以内。
二 5G远程控制技术的优化
无线远程控制技术是现代信息技术领域的重要突破，它改变了控制设备的方式。这项技术通过无线通信手段，实现了用户对远端设备的实时操控，突破了空间限制，为生活和工作带来了极大便利。从智能家居到工业自动化，从医疗设备到航空航天，无线远程控制技术的应用已经渗透到社会的各个领域。
5G技术的出现为远程控制领域带来了革命性变革。作为新一代移动通信技术，5G以其超高速率、超低时延的特性，为远程控制应用提供了前所未有的技术支持。5G网络的端到端时延理论上可低至1ms，在现网环境经过核心网等交换流程后，端到端时延仍可以保持在10ms~20ms，比4G网络降低了90%以上。这种近乎实时的响应能力，配合总台的私有传输纠错协议，使得大量数据能够快速、准确地传输，确保控制指令的及时送达和执行。
技术团队针对不同终端的控制方式，制定出多种远程控制方案，力求系统部署最便捷、传输最稳定、控制延时最低。总体分为无线隧道、串口转IP及私有协议透传转换方案。日常节目中，微型摄像机大多采用单向控制模式，即由控制台通过串口发送单向控制指令数据来实现对微型摄像机的远程控制，技术团队通过测试优化，使用串口转IP信号加无线连接方式，将控制台串口信号打成数据包，同时加入前向纠错FEC及高效重传方式，通过接收服务器和5G背包建立基于公共网络的无线传输通道，5G背包收到控制台数据后重新转成串口数据信令实现对微型摄像机的控制；在传输协议方面，优化重传效率，通过多数据通道传输方式，争取在1/2 RTT时延内将遥控台数据完整传输到前端微型摄像机。
三 基于公网传输的轻量化采集系统在马拉松赛事中的实践
近些年来，马拉松掀起了全民健身的热潮，参赛人数、社会关注度不断增加，总台参与的马拉松赛事转播场次逐年增加，马拉松赛事的转播技术也在不断进步。马拉松赛事的转播一般采用摩托车、直升机或无人机跟随选手的方式拍摄，除起终点外所有机位均在运动中完成拍摄，因此对信号传输的稳定性要求极高。基于5G公共网络的传输、接收技术，在近两年的马拉松赛事制作中已被广泛使用，传输、接收系统已实现模块化部署，开箱即用，为马拉松转播提供了强有力的技术支持。
为了将赛事的精彩内容实时传递给观众，技术团队将基于无线的轻量化采集传输系统实际应用于部分马拉松赛事节目制作中，力求播出画面清晰、信号稳定、角度新颖。自2024年天津马拉松起，技术团队开始尝试在摩托车有限的空间内部署轻量化采集和无线传输系统，利用轻量、小型拍摄及传输设备，通过5G传输技术完成视频传输和远程控制功能，实现单车多机位的应用落地部署，丰富摩托车拍摄角度。整套方案易复制、易扩展。技术团队在原有编解码、传输协议基础上持续优化，尽可能缩小端到端传输时延，尽可能达到“所动即所得”的效果，提升导演的切换体验。
该系统分为轻量化采集传输和轻量化远程控制两部分。
1.轻量化采集传输部分
技术团队在设备选型时着重考虑轻量化、低功耗、易组装、易拆卸的拍摄终端和相适配的连接与固定配件。轻量化拍摄终端选择具有防抖功能的微型摄像机，搭配减震臂进行固定，实现行进中稳定的拍摄效果。微型摄像机拍摄的视频信号，通过控制转换设备转换为HDMI或SDI标准接口后，通过5G背包进行编码传输，经综合区接收服务器接收、解码器解码后接入转播车视频矩阵参与节目制作。
图1 基于5G公网部署的轻量化采集和无线传输控制系统原理图
图2 视频转换及控制终端
2.轻量化远程控制部分
技术团队在控制设备的选型中充分考虑设备极简化需求，选取了可自定义微型机位编码的连接终端。该设备可定义最多15个微型机位，在接收端同步识别前方各机位，实现接收端与前方终端一对多的控制场景，实现多终端协同工作的场景，节约了后方的设备投入。
图3 远程无线控系统原理图
控制面板部署在综合区，与接收服务器通过RS485标准信号进行控制信令传输，在远程控制时，需要将RS485信号转为IP包在5G网络中传输。RS485信号转IP包的技术实现，主要包括硬件接口设计和软件协议转换两个部分。在硬件接口设计方面，需要使用RS485转以太网模块，该模块通常包含RS485收发器、微处理器和以太网控制器。其中，RS485收发器负责与RS485总线的通信，微处理器处理数据转换，以太网控制器实现IP包的发送和接收。软件协议转换是实现RS485信号转IP包的关键。首先，需要将RS485传输的原始数据按照Modbus协议进行解析。然后，将解析后的数据封装成TCP/IP 或UDP/IP协议包。在封装过程中，需要将RS485 设备地址映射为IP地址，并设置适当的端口号。最后，通过以太网控制器将IP包发送到5G网络中。数据封装与传输过程中，还需要考虑数据完整性校验、错误重传机制、数据压缩等问题，以确保数据传输的可靠性和效率。此外，为了实现双向通信，还需要设计IP包到RS485信号的转换机制，使远程控制指令能够通过IP网络传输到摩托车上的5G背包，从而控制微型摄像机。
操作人员在赛事直播中根据导演指令，遥控微型摄像机进行构图，丰富摩托车拍摄角度。该方案在天津马拉松、北京马拉松、广州马拉松等赛事直播中成功应用。
图4 轻量化采集和无线传输控制系统在马拉松直播中的应用
四 轻量化采集传输系统适用场景探索
技术团队在与多个节目部门交流中了解到，节目制作团队在演播室类节目制作中希望在更深入舞台的区域架设特殊视角机位，但这种机位多数不便布设线缆，在直播中面临摄像师在画面中穿帮等问题。为解决节目制作中的痛点，技术团队开始设计基于无线局域网传输、控制的轻量化采集和传输系统方案，以超低时延的传输和控制，满足节目制作团队的技术需求。
该方案适用于固定或小范围移动的节目应用场景。相较公网传输、控制的方案，该方案通过图传实现低时延的视频传输和RS485协议透传，使其视频传输及信令控制时延更低。方案中所有终端均可使用电池供电，可小型化、模块化部署，且无需布线，打破了设备部署的空间束缚，使得机位可以深入舞台，拍摄到更加丰富的内容。
技术团队在2025年“竖屏看春晚”彩排中，实验性部署轻量化采集和无线传输控制系统，拍摄终端部署在圆桌区、上场口、下场口等，拍摄终端旋转90度实现9:16竖屏拍摄。现场机位无人值守，拍摄终端通过线缆连接控制转换设备，控制转换设备通过图传设备实现多台微型拍摄终端的图像采集和远程遥控。负责画面接收及远程控制的切换控制面板部署在1号厅3层，最终通过编码设备将基带信号编码为NDI信号进入主切换台参与“竖屏看春晚”的节目制作，以最低成本投入、最少的搭建时间、最小空间占用的方案弥补了以前竖屏春晚嘉宾反打、舞台反打的机位，为导演提供了更多的画面选择。该方案在竖屏春晚多次彩排中使用，这些实验为今后演播室类或小范围移动类节目制作的落地应用提供了宝贵的实践经验。
图5 基于局域网部署的轻量化采集和无线传输系统图
五 总结和展望
轻量化采集和无线传输控制系统的多次成功应用，充分验证了基于5G网络和局域网络轻量化采集传输和控制系统的可行性，为节目制作提供了更多新颖的机位选择。技术团队在未来将继续推动微型拍摄终端向更高画质、更低功耗演进；丰富控制转换设备的分辨率及帧率选择以普遍适配各种分辨率、帧率的制作系统；研究9:16采集编码方案，以实现竖拍竖编的应用效果；优化5G传输背包的编码算法、解码器的解码算法，降低编解码环节产生的传输时延，提升节目导演的调机感受，解决个别机位摄像师穿帮的痛点；研究通过5G网络实现更多方式的远程控制模式，从而达到快捷部署、降本增效的目的，使其更好地服务于总台的节目制作。
