I samband med lanseringen av de digitala kodningssystemen har användandet av "trådlösa" kameror blivit en vanlig företeelse i de flesta showprogram och sportevenemang i våra TV-kanaler. För fotografen att kunna röra sig fritt med en bärbar kamera, utan att behöva trassla in sig i kablar, har skapat möjligheter för helt nya "åkningar" och bildvinklar. Inte minst till glädje för alla producenter som nu ser möjligheter att skapa helt nya bildförutsättningar i sina produktioner. Vi i Sverige har varit med från början och det finns idag närmare ett 30-tal digitala kameralänkar i landet. Gedigna kunskaper om tekniken gör att vi ligger i Europatopp när det gäller olika typer av produktionstillämpningar.

Kort historik

Trådlösa kameror, eller "Wireless Camera Systems" är i sig inget nytt. Tekniken har funnits i ett antal år i analog tappning men har stått på en relativt bräcklig teknisk grund. Mottagarsidan har krävt en "riktkarl" som med en parabolantenn följt kamerans rörelse. Systemen har varit känsliga för störningar i form av reflexer (ger skuggbilder) och även dippar i signalstyrkan som orsakat brusiga bilder. Fördelen med de analoga systemen har varit att det inte förekommit någon fördröjning i signalprocessingen, något som till viss del ligger de digitala systemen i fatet.

Grunderna i den nya tekniken

Dagens digitala trådlösa kamerasystem använder sig av MPEG-2 kodning med GOP=12. Alltså s.k. "Long Group Of Pictures". Som alla säkert vet består en "GOP"-ström av tre olika komponenter, I-frames, (Intra-frame) som bygger på hela bildens (hel frame) information. B-Frame (Bi-directional frame), som jämför bildinformation före och efter en given tidpunkt och P-frame (Predictable frame) som kalkylerar fram (antagande) hur nästa frame kommer att se ut. Varje "GOP" börjar med en I-frame som följs av ett antal B- och P-frames upp till, i detta fall, 12 frames.

"Long GOP" MPEG-kodning har en stor fördel i att "bit-rate" kan hållas nere, men har den stora nackdelen att kodnings- och dekodningsprocessen tar lång tid. För att bibehålla någorlunda läppsynkronitet, i en studioproduktion, där trådlösa kameror jobbar tillsammans med kabelbundna kameror, bör fördröjningen inte vara längre än 40ms (1 TV-frame). Här har, som nämnts, den analoga tekniken sin enda stora fördel.

Den längsta koderings- och dekoderingstiden upptas av alla B-frames, som jämför bilder före och efter en viss tidpunkt. Link Research, som är en av de stora spelarna på marknaden, skapade därför tidigt en egen variant som helt enkelt gör en "bypass" av alla B-frames i processingen, vilket gör att signal-fördröjningen håller sig runt 40ms (1 frame). Denna utveckling innebar, i sin tur, det stora genombrottet för användandet av de digitala systemen i studioproduktioner. I dagsläget uppfyller i stort sett alla leverantörer produktionskravet på fördröjning när det gäller utrustning för "Standard Definition" TV.

DVB-T, QPSK, COFDM??

Alla leverantörer av "Wireless Camera Systems" sänder den digitala signalen DVB-T kodad. "T" står för "Terrestrial" och innebär exakt den teknik som används för utsändning av våra nya digitala marksändningar för TV.

Låt oss snabbt titta på vad som händer med signalen efter MPEG-2 kodningen i sändaren. Vi kan nu välja på tre olika modulationsalternativ: QPSK, 16QAM eller 64QAM. Vi tar här steget in i RF-teknologin som är, för många av oss som jobbat med videoteknik genom åren, ett helt nytt och spännande område. Emellertid, att välja rätt modulationsalternativ vid respektive tillfälle är mycket viktigt för hur bra utrustningen kommer att fungera i ett givet sammanhang.

Det mest robusta formatet kallas QPSK (Quadratur Phase Shift Key). Ger bra bildstabilitet med hög felkorrigering, något lägre bit-rate och därmed något lägre bildkvalitet. QPSK har använts under lång tid för modulation av signaler i satellitöverföringar. Nästa steg kallas 16QAM (16 state Quadratur Amplitude Modulation). Fungerar som QPSK men med en amplitudmodulering som komplement till fasskiftningen. Högre bit-rate än QPSK, lägre bildstabilitet men högre bildkvalitet. Sist men inte minst 64QAM. Fungerar som 16QAM men med fler "bitar" att hantera. Högsta bit-rate, det minst bildstabila läget men ger den bästa bildkvaliteten. QAM-modulationen påminner en hel del om kodningsprincipen för gamla hederliga PAL-signalen, med en förändring av signalens fasläge och amplitud som modulationsfaktorer.

Som framgår av ovannämnda är det hela tiden en balansgång mellan bildstabilitet och bildkvalitet. För nyhetsreportage, när utrustningen används under tuffa förhållanden, är QPSK den givna modulationstekniken. I studiosammanhang, under kontrollerade former, är 16QAM att rekommendera och under riktigt bra förhållanden i studio, 64QAM.

Signalen skickas sedan ut från sändaren på ett bärfrekvenssystem som kallas COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Består av ca 2000 bärfrekevenser, som var och en "bär" en liten del av den totala signalen. COFDM bygger på mycket komplexa matematiska principer så låt oss bara konstatera att tekniken ger en stabil överföring där många gånger reflexer i husväggar, berg etc. kan avsevärt förbättra utrustningens prestanda. Tvärtemot de analoga systemen där reflexer är till stor nackdel för funktionaliteten.

Mottagningsprinciper

Mottagare med "Dual Diversity" är att föredra (jämför med mottagare för trådlösa mikrofoner). Två mottagarantenner används. Mottagare finns även med fyra ingångar där fyra antenner kan riggas upp på lämpligt sätt. De system som finns i Sverige arbetar på 2,4 GHz bandet och behöver en bandbredd på 10MHz. Utrustningen från t.ex. Link Research kan användas på frekvenser från 1,95 till 2,70 GHz. De flesta kamerasändare har en uteffekt på 100mW, vilket är tillåtet att använda på det öppna 2,4GHz bandet. Olika typer av "boosters", från 1W upp till 5W finns också som tillbehör. Normalt säger man att räckvidden för en signal med 100mW uteffekt och QPSK-modulation är ung. 1,8 Km. Gäller vid "Line of sight" alltså visuell kontakt mellan sändar- och mottagarplatserna.

Som nämns ovan är "Diversity"-mottagning att fördra eftersom hela tiden den bästa signalen från respektive antenn används. Normalt sker "diversity" i RF-domänen, men det finns mottagare som detekterar RF-signalen från de olika ingångarna ner till MPEG dataströmmar (ASI), för att sedan tillämpa "Diversity"-principen, s.k. ASI-diversity. Detta är tekniskt sett en helt överlägsen lösning.

Utrustning för HD

Det som hittills beskrivits är relevant för Standard Definition (SD). Motsvarande teknik och principer är användbart även för HD. Det finns dock ett litet aber. I och med att HD kräver en högre bit-rate är man i stort sett hänvisad till att använda 64QAM som modulationsalternativ (se ovan). Detta innebär i sin tur en sämre bildstabilitet (mindre error correction), vilket gör att dessa trådlösa system kan vara svårare att hantera på samma sätt som motsvarande SD-utrustning.

En leverantör (Link) här därför utvecklat ett eget COFDM-format som kallas LMS-T. Har ett mindre antal (512) "carriers" än de 2000 som förekommer i "normala" COFDM. Innebär att 16QAM modulation kan användas, vilket markant ökar bildstabiliteten. Även bildkvaliteten blir bättre med det nya formatet. Valmöjlighet finns även att använda två 10MHz kanaler för att kunna köra 20MHz bandbredd, förutsatt att frekvensutrymme finns. Går på detta sätt att "vässa" HD-kvaliteten.

MPEG-2 används fortfarande men det är ingen tvekan om att utvecklingen går mot MPEG-4 (H.264) att användas i framtida codecar. Detta för att ytterligare dra ner bit-raten med bibehållen och i vissa fall förbättrad bildkvalitet . Här har vi - igen - fördröjningsproblematiken. H.264 kodning och dekodning tar i dagsläget för lång tid för att fungera bra i dessa live-sammanhang.

Kamerakontroll

I produktioner där flera kameror används, t.ex. studio eller OB, finns behov att "BINGA" även den trådlösa kameran. Här finns flera olika lösningar som kräver en artikel för sig. Låt oss därför begränsa oss till konstaterandet att telemetrisignalen i regel är en analog UHF-signal som ligger på frekvenser runt 450-480 MHz. Man strävar också efter att kunna använda leverantörens original-kontrollpanel, med samtliga funktioner tillgängliga, för att underlätta Bildingenjörens jobb. De flesta leverantörer av kameralänkar har utrustning för dessa BING-funktioner som extra tillbehör.

Trådlösa "City Systems"

Drömmen för en nyhetskanal är, för en reporter och fotograf, att kunna åka iväg ut på ett uppdrag någonstans i en större stad, ta fram kamera med sändare, slå på utrustningen och sända live direkt, utan ha upplänkenhet på plats. Dessa "City-systems" finns i ett antal större städer ute i världen, bl.a. i Stockholm. BBC har det mest utbyggda nätet med mottagarstationer på plats i ett antal städer i England. Med flera mottagarstationer kan dessa "länkas ihop" med fiber. I och med "ASI-diversity" tekniken (se förklaring ovan) väljs hela tiden den signal som har den bästa kvaliteten, oavsett på vilken mottagarstation den fångats upp. Kallas också "Cellular Diversity". Switchar med andra ord, helt störningsfritt, om från en mottagarstation till en annan i en speciell "ASI-Diversity Receiver" som sitter i studion.

Ofta finns också ett "repeater-steg" i den reportagebil teamat använder. D.v.s. kameran sänder till bilen (100mW) som skickar signalen vidare till den närmaste mottagarstationen med hjälp av en 5W booster. På biltaket finns alltså två små mottagarantenner och en sändarantenn.

Systemet i Stockholm byggdes för Aftonbladet/TV7 och deras nyhetskanal. Används fortfarande till Aftonbladets Web-TV sändningar. Går alltså att direktsända från de flesta platser innanför tullarna.

Slutligen

Som vanligt gäller den gamla devisen att ingen kedja är starkare än den svagaste länken. Hur bra utrustningen än är rent tekniskt, krävs en solid kunskap om hur det hela fungerar i praktiken, vilka parametrar som är viktiga att ställa in och vad man bör tänka på i varje specifik situation. Detta för att uppnå optimalt resultat. En sak är i alla fall säker, vi har bara sett början på den trådlösa kamera-eran!! Bara fantasin kan sätta gränserna för användningen i framtiden.

© 2015-09-01 Protel

Denna skrift får inte kopieras och mångfaldigas utan skriftligt tillstånd från Protel