田晨光

（寧夏廣播電視臺(tái)，寧夏 銀川 750002）

0 引 言

近年來(lái)，伴隨廣播電視行業(yè)的快速發(fā)展，4K超高清轉(zhuǎn)播車技術(shù)逐步發(fā)展為新的行業(yè)熱點(diǎn)，在電視和多媒體多層次直播渠道建設(shè)方面起到了巨大的推動(dòng)作用。傳統(tǒng)電視轉(zhuǎn)播行業(yè)具有單一性、局限性等缺點(diǎn)。目前，4K超高清轉(zhuǎn)播車已經(jīng)成為各大電視臺(tái)的標(biāo)配設(shè)備。作為信息采集、加工及宣傳的載體設(shè)備，其具有較強(qiáng)的流動(dòng)性與靈活性，在空間上不受廣電中心的制約，可以靈活、獨(dú)立、高效地執(zhí)行錄制轉(zhuǎn)播任務(wù)。

隨著4K時(shí)代的到來(lái)，搭建4K超高清轉(zhuǎn)播車是4K超高清節(jié)目生產(chǎn)不可或缺的系統(tǒng)環(huán)節(jié)，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)電視臺(tái)從高清到超高清、融媒化制作的技術(shù)發(fā)展，將電視臺(tái)內(nèi)生產(chǎn)方式向外延伸，實(shí)現(xiàn)同時(shí)面向電視播出和新媒體的實(shí)時(shí)播出。

1 寧夏廣播電視臺(tái)高清化現(xiàn)狀及系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

作為廣電行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，超高清技術(shù)是廣電行業(yè)優(yōu)化升級(jí)的首要任務(wù)。寧夏廣播電視臺(tái)始終將超高清技術(shù)發(fā)展作為提升服務(wù)水平、創(chuàng)新發(fā)展影響力、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的核心目標(biāo)，積極推進(jìn)超高清產(chǎn)業(yè)和技術(shù)布局。但就目前整體發(fā)展情況來(lái)看，寧夏廣播電視臺(tái)的超高清技術(shù)發(fā)展仍存有一定局限性，如高清轉(zhuǎn)播車車體老化、設(shè)備故障頻發(fā)、靈活性較差，不能滿足廣播電視新媒體業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)播需求。因此，建設(shè)4K超高清轉(zhuǎn)播車，實(shí)現(xiàn)超高清業(yè)務(wù)的發(fā)展與突破迫在眉睫。

現(xiàn)階段，寧夏廣播電視臺(tái)4K超高清轉(zhuǎn)播車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以打造全方位、多平臺(tái)的綜合性轉(zhuǎn)播技術(shù)為目標(biāo)，全面提升轉(zhuǎn)播技術(shù)的系統(tǒng)化、平臺(tái)化、信息化水平，從整體系統(tǒng)架構(gòu)入手，不斷滿足新媒體節(jié)目的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)播需求。根據(jù)電視臺(tái)自身的實(shí)際情況并結(jié)合多年來(lái)的節(jié)目制作經(jīng)驗(yàn)和節(jié)目轉(zhuǎn)播需求，寧夏廣播電視臺(tái)設(shè)計(jì)的4K超高清轉(zhuǎn)播車方案可支持12訊道，并預(yù)留4個(gè)擴(kuò)展訊道，系統(tǒng)采用全I(xiàn)P架構(gòu)，留有部分12 Gb·s-1數(shù)字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）的輸入輸出接口，并向下兼容4×3 Gb·s-1SDI，3 Gb·s-1SDI，HD SDI等信號(hào)路由，兼容性更強(qiáng)。作為廣電行業(yè)發(fā)展的新的增長(zhǎng)點(diǎn)，超高清電視轉(zhuǎn)播技術(shù)需確保先進(jìn)性，緊跟行業(yè)發(fā)展潮流與產(chǎn)業(yè)需求，致力于建設(shè)數(shù)字化、信息化、多層次的轉(zhuǎn)播行業(yè)平臺(tái)。基于IP網(wǎng)絡(luò)建立交互、多數(shù)據(jù)流、多層次的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)其信息交互樞紐的作用；同時(shí)，致力于創(chuàng)新發(fā)展，不斷突破技術(shù)瓶頸，推動(dòng)直播轉(zhuǎn)播產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案及實(shí)施

新建4K超高清轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)采用IP技術(shù)鏈路為核心的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視頻、音頻、同步和控制等系統(tǒng)的IP化傳輸和信號(hào)交換，核心設(shè)備具有冗余備份。系統(tǒng)利用COTS通用交換機(jī)作為信號(hào)調(diào)度中心，交換機(jī)及光纖接口滿足SMPTE ST 2110標(biāo)準(zhǔn)。IP系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合SMPTE ST2110、ST 2022-7、ST 2059等標(biāo)準(zhǔn)，IP設(shè)備具備高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）節(jié)目制作能力，采用高精度時(shí)間同步協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP）進(jìn)行精準(zhǔn)鎖相。系統(tǒng)內(nèi)畫(huà)面分割器和音頻加嵌也全部采用IP方式實(shí)現(xiàn)。

2.1 車體布局

4K超高清轉(zhuǎn)播車整車總長(zhǎng)20 m，有效載重量滿足安裝設(shè)備的整體要求，車體改造嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并滿足國(guó)家頒發(fā)的有關(guān)車輛管理法規(guī)和規(guī)定要求，具有中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心頒布的CCC強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書(shū)。改裝后的電視轉(zhuǎn)播車應(yīng)符合國(guó)家工信部頒布的《國(guó)家車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》，能適應(yīng)-25～+45 ℃的環(huán)境溫度和南北方各種氣候條件，可滿足遠(yuǎn)距離長(zhǎng)途行駛、滾裝船運(yùn)輸以及國(guó)內(nèi)大型體育場(chǎng)館和演藝舞臺(tái)廳的停車環(huán)境。

4K超高清轉(zhuǎn)播車為半掛式車體結(jié)構(gòu)，車體配置了雙側(cè)拉式的內(nèi)嵌箱體，滿足結(jié)構(gòu)的不同分區(qū)需求。轉(zhuǎn)播車的結(jié)構(gòu)布局充分考慮了目前轉(zhuǎn)播應(yīng)用場(chǎng)景的需求及未來(lái)可能新增的場(chǎng)景需求，進(jìn)行了車體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，保證能夠滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)播產(chǎn)業(yè)需求。車體結(jié)構(gòu)分區(qū)包括融媒工作區(qū)、音頻區(qū)、慢動(dòng)作制作區(qū)、技術(shù)區(qū)、核心設(shè)備區(qū)、虛擬包裝區(qū)、主導(dǎo)演區(qū)及第二制作區(qū)等[2]，在布局上盡可能做到合理，充分利用車體空間。

2.2 配電系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車的配電系統(tǒng)是整個(gè)轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)的供電來(lái)源，需要具備持續(xù)穩(wěn)定的供電特性，滿足直播轉(zhuǎn)播的用電需求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括了供電二選一開(kāi)關(guān)，分別支持接入主電源及備用電源。車體供電負(fù)荷約35 kVA，為滿足車體用電需求，預(yù)留30%余量。配電系統(tǒng)配置了50 kW變壓器，且具備旁通功能。整車電源管理系統(tǒng)中，用電端包括技術(shù)電系統(tǒng)及非技術(shù)電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)按分區(qū)設(shè)計(jì)預(yù)留分成了3個(gè)10 kW模塊，非供電系統(tǒng)包括了整車控制系統(tǒng)和照明、空調(diào)用電等模塊[3]。

圖1 供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

空調(diào)系統(tǒng)包括四個(gè)分區(qū)設(shè)計(jì)，并配置新風(fēng)系統(tǒng)，總制冷量為40 kW。綜合考慮車體結(jié)構(gòu)及分區(qū)布局的設(shè)計(jì)，按需配置空調(diào)系統(tǒng)的分區(qū)，并實(shí)現(xiàn)各分區(qū)獨(dú)立調(diào)控溫濕度的功能。

3 融媒制作系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車在整體系統(tǒng)布局及架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了融媒工作區(qū)。融媒區(qū)采用高集成設(shè)計(jì)，具備現(xiàn)場(chǎng)多訊道4K超高清一體化制播、融媒采編分發(fā)、視頻云連接賦能、5G網(wǎng)絡(luò)傳輸以及移動(dòng)車載支撐等功能。

3.1 視頻系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)了12套4K超高清EFP攝像機(jī)、1套4K超高清慢動(dòng)作回放系統(tǒng)、2套4K在線包裝系統(tǒng)、8路外來(lái)信號(hào)和2路HDMI信號(hào)的接入能力，預(yù)留4套完整的4K超高清攝像機(jī)訊道及配套接口，預(yù)留2套慢動(dòng)作服務(wù)器以及配套接口，用于將來(lái)的制作擴(kuò)展。系統(tǒng)配備1套4M/E 4K切換臺(tái)，滿足全流程4K超高清HDR以及高清SDR的制作要求。在4K HDR狀態(tài)下，高清輸出將采用下變換方式，外來(lái)高清信號(hào)能夠上變換至4K HDR參與節(jié)目制作，并具備完善的直播功能。視頻系統(tǒng)硬件交互設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]。

圖2 視頻系統(tǒng)硬件交互設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

3.2 音頻系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車音頻系統(tǒng)采用基于IP架構(gòu)與基帶并行的設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮IP架構(gòu)和傳統(tǒng)基帶各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，確保系統(tǒng)的安全可靠和靈活便捷。該系統(tǒng)符合SMPTE 2110、SMPTE 2022-7及AES67標(biāo)準(zhǔn)。音頻系統(tǒng)配置主備交換機(jī)，主備調(diào)音臺(tái)、音頻矩陣、IP接口箱、IP轉(zhuǎn)換器（模擬、AES、MADI等與IP音頻互相轉(zhuǎn)換）、CD播放器、電話?cǎi)詈掀饕约氨O(jiān)聽(tīng)監(jiān)測(cè)等周邊設(shè)備。此外，音頻系統(tǒng)支持256路多通道輸入輸出，滿足多場(chǎng)景制作需求。音頻矩陣具備5.1環(huán)繞聲音頻制作能力，并配置8.0環(huán)繞監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)高效運(yùn)行[5]。同時(shí)，音頻系統(tǒng)具有16CH多軌收錄聲音素材、音頻跟隨視頻切換等制作功能。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備是基于HD FGS畫(huà)面適配技術(shù)建設(shè)的，基于IP基站網(wǎng)絡(luò)交互，實(shí)現(xiàn)不同源信號(hào)的接入和監(jiān)控，滿足多場(chǎng)景的轉(zhuǎn)播需求。設(shè)備分割器配置了GHG系統(tǒng)，基于HLINK通信協(xié)議與融媒體技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行信息交互，支持雙向信號(hào)傳輸，并配置64入8出分板卡，能夠高效完成畫(huà)面的分割。此外，考慮到車體不同功能分區(qū)的布局，結(jié)合應(yīng)用需求，對(duì)于導(dǎo)演區(qū)、技術(shù)區(qū)等也分別配置了不同的監(jiān)視器，實(shí)現(xiàn)高效的HD鏈路信號(hào)波形監(jiān)控監(jiān)測(cè)。

3.4 TALLY系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車配置了高效的TALLY系統(tǒng)，基于HLINK協(xié)議完成信息的交互與處理，由交換機(jī)、切換臺(tái)將信息傳輸至主備TALLY系統(tǒng)處理后，可向攝像機(jī)或畫(huà)分MUH傳輸，實(shí)現(xiàn)信息的共享與顯示。切換臺(tái)的交叉點(diǎn)信息、矩陣的交叉點(diǎn)信息等均可實(shí)現(xiàn)TALLY顯示和源名顯示。該系統(tǒng)提供三色TALLY指示，分別為播出、應(yīng)急、預(yù)監(jiān)等狀態(tài)提供不同顏色的指示，并提供多系統(tǒng)級(jí)聯(lián)時(shí)的TALLY輸入輸出端口。

3.5 同步系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車同步系統(tǒng)采用主備冗余設(shè)計(jì)，生成的同步信號(hào)可滿足視音頻系統(tǒng)要求。系統(tǒng)中，IP設(shè)備主要采用PTP同步，基帶設(shè)備以BB信號(hào)作為同步源。系統(tǒng)配置主、備兩臺(tái)同步機(jī)同時(shí)生成的PTP與BB信號(hào)，并接入視頻系統(tǒng)。PTP信號(hào)由主備交換機(jī)進(jìn)行分發(fā)，鎖定整個(gè)系統(tǒng)。同時(shí)，兩臺(tái)同步機(jī)發(fā)出的BB信號(hào)經(jīng)同步倒換器輸出后進(jìn)行分配，為在線包裝等設(shè)備提供同步信號(hào)。

3.6 通話系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車通話系統(tǒng)配備IP通話矩陣，能夠接入4K超高清攝像機(jī)、無(wú)線通話基站、有線通話腰包等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演、攝像及其他操作工位之間的群組或私密通話，根據(jù)工位的不同需求配置不同級(jí)別的通話面板，配備全雙工的無(wú)線通話系統(tǒng)，滿足多工種、多層次靈活通話需求。同時(shí)，通話系統(tǒng)配置主持人監(jiān)聽(tīng)I(yíng)FB系統(tǒng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)制作的需求。

3.7 時(shí)鐘系統(tǒng)

4K超高清轉(zhuǎn)播車的時(shí)鐘系統(tǒng)采用主備冗余架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)GPS和北斗雙模方式獲取時(shí)鐘信號(hào)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的時(shí)鐘信息更新和校準(zhǔn)。時(shí)鐘顯示實(shí)現(xiàn)了不同功能分區(qū)的同步顯示。時(shí)鐘系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、倒計(jì)時(shí)顯示功能，可自由設(shè)置正計(jì)時(shí)、倒計(jì)時(shí)、開(kāi)播時(shí)間等功能顯示，同時(shí)，時(shí)間碼可輸出至錄像機(jī)、慢動(dòng)作系統(tǒng)、調(diào)音臺(tái)及對(duì)外接口板等。

3.8 工位調(diào)度管理系統(tǒng)

系統(tǒng)配置了KVM管理系統(tǒng)，結(jié)合車體、人機(jī)交互設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)所有工位信息的交互，并可自主切換授權(quán)，保證工位管理的靈活性、高效性，極大地提升了工作效率和視頻轉(zhuǎn)播的效率。

4 應(yīng)急方案設(shè)計(jì)思路

轉(zhuǎn)播車的應(yīng)急方案對(duì)于直轉(zhuǎn)播工作非常重要，對(duì)此，主要進(jìn)行以下方面的設(shè)計(jì)。

（1）4K切換臺(tái)支持IP和SDI兩種輸出模式。在錄制過(guò)程中，即使IP系統(tǒng)出現(xiàn)故障，SDI基帶應(yīng)急信號(hào)也能正常輸出，為重大會(huì)議和節(jié)目直播提供堅(jiān)強(qiáng)有力的保障。

（2）同步系統(tǒng)配置主備倒換控制器，能實(shí)現(xiàn)同步信號(hào)的自動(dòng)倒換。

（3）TALLY系統(tǒng)應(yīng)急可通過(guò)啟用切換臺(tái)的GPO接入來(lái)作為T(mén)ALLY系統(tǒng)的備份手段。TALLY服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)切換臺(tái)的分割輸出信號(hào)作為臨時(shí)監(jiān)看。

（4）通話系統(tǒng)采用啟動(dòng)導(dǎo)演區(qū)通話面板的聲音輸出和攝像通話鏈路對(duì)接來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急。

5 結(jié) 語(yǔ)

寧夏廣播電視臺(tái)始終將高清化技術(shù)發(fā)展作為提升服務(wù)水平、創(chuàng)新發(fā)展、提升競(jìng)爭(zhēng)力的首要任務(wù)。本次4K超高清轉(zhuǎn)播車的建設(shè)，滿足了寧夏廣播電視臺(tái)戶外各類型慶典、體育、綜藝等4K超高清節(jié)目的直播和錄制需求，進(jìn)一步提升了技術(shù)裝備和技術(shù)保障能力。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)的制作能力和制作質(zhì)量都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，完全滿足最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。