李 競

（青島市廣播電視臺，山東 青島 266071）

1 概 述

在目前廣電4K/8K超高清化的發(fā)展趨勢下，建設(shè)4K演播室已經(jīng)成為多數(shù)電視臺近幾年的目標。對于近期有新建或改造需求的高清演播室來說，在新建或改造前，將4K改造、升級的因素考慮在內(nèi)，有利于演播室建設(shè)的經(jīng)濟型和先進性。青島市廣播電視臺在2021年對臺內(nèi)800 m2演播室進行了改造升級，建設(shè)了全新的高清視頻系統(tǒng)。在建設(shè)該套系統(tǒng)前，筆者對未來的4K升級、改造方案進行了充分的預(yù)評估。本文針對青島市廣播電視臺800 m2演播室新建高清系統(tǒng)時選用的方案，從設(shè)備選型方面，闡述如何在兼顧未來4K改造的前提下，對現(xiàn)有新建高清演播室進行建設(shè)規(guī)劃。

2 系統(tǒng)架構(gòu)的選擇

從高清系統(tǒng)升級至4K系統(tǒng)，主要有以下幾種選擇。

2.1 Quad-link 3G-SDI

自2015年開始，我國便有了早期的4K直播制作域系統(tǒng)。當時超高清技術(shù)標準尚未完善，部分4K系統(tǒng)采用了國外推廣私有協(xié)議IP技術(shù)架構(gòu)（如NMI、TICO、ASPEN），部分系統(tǒng)采用Quad-link 3G-SDI架構(gòu)。以上兩種架構(gòu)均可以完成4K超高清節(jié)目的制作。然而，在目前ST-2110、12G-SDI架構(gòu)完備的情況下，Quad-link 3G-SDI的方案只適用于系統(tǒng)中個別設(shè)備的I/O，而在整體的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方面，該方案在先進性及可擴展性方面則不是最佳選擇。

2.2 ST-2110

在2017年底，電影和電視工程師協(xié)會（The Society of Motion Picture and Television Engineers，SMPTE）組織完善了ST-2110標準及其子集的協(xié)議，如圖1所示。2018年底，主流廠家便均已支持ST-2110標準。截至目前，國內(nèi)已有大量的制作域系統(tǒng)采用了ST-2110架構(gòu)作為系統(tǒng)的根基。對于高清演播室系統(tǒng)而言，也可以進行純高清的ST-2110系統(tǒng)建設(shè)。IP系統(tǒng)是依托核心交換機及軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）軟件搭建的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，其架構(gòu)如圖2所示。相比基帶系統(tǒng)的點對點連接，IP系統(tǒng)的概念則是“All in All out”，依托虛擬邏輯矩陣和資源池打造了一個高效的制作系統(tǒng)，視頻、音頻、通話、同步、Tally、控制等系統(tǒng)融為一體而又可以互相分離。同時，交換機的高帶寬特性將輕松突破傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)“物理端口數(shù)量”和“交叉點數(shù)量”限制，使得建立高效率的演播室集群從技術(shù)角度來說變得更加容易。然而，大集群化制作的IP系統(tǒng)在小系統(tǒng)中將變得非常尷尬：如建設(shè)一個3～4訊道的演播室，將SDN軟件的成本平攤到訊道后，每個訊道的成本將格外高昂[1]。

圖1 ST-2110協(xié)議示意圖

圖2 IP系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.3 ST-2082（12G-SDI）

2018年初，部分12G-SDI產(chǎn)品在平昌冬奧會得到了廣泛應(yīng)用。之后，各大主流廣電廠商便陸續(xù)宣布支持12G-SDI接口。目前，部分小型超高清轉(zhuǎn)播車、演播室采用了12G-SDI構(gòu)架的系統(tǒng)進行建設(shè)，也取得了良好的效果。還有部分演播室、轉(zhuǎn)播車，采用了ST-2110和12G-SDI的混合架構(gòu)來進行系統(tǒng)設(shè)計，以保障超高清系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。12G-SDI系統(tǒng)與原有高清基帶系統(tǒng)架構(gòu)相同。系統(tǒng)采用全基帶連接，直播系統(tǒng)構(gòu)架仍為切換臺+矩陣架構(gòu)，或是主切換臺+備切換臺+矩陣變體架構(gòu)。周邊、監(jiān)看等設(shè)備也均為12G-SDI的周邊。整體系統(tǒng)的架構(gòu)、流程與高清時代幾乎沒有什么改變，如圖3所示，造價上也相對具有較高性價比。對于高清演播室的擴容及升級，HD-SDI系統(tǒng)升級至12G-SDI系統(tǒng)，是一個可靠的方案之一。

圖3 12G-SDI系統(tǒng)架構(gòu)的示意圖

2.4 Jpeg-XS

早在2019年春，工業(yè)和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺便在《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃》中明確提出“4K先行、兼顧8K”的總體技術(shù)路線。截至2022年，國內(nèi)已有數(shù)個8K制作域系統(tǒng)，數(shù)個8K頻道也準備陸續(xù)開播。對于8K制作，如采用ST2110-20的無壓縮架構(gòu)，帶寬壓力較大；而8K Jpeg-XS標準的淺壓縮、高質(zhì)量、低延時則是一種比較好的選擇。JPEG-XS標準的特性[2]如圖4所示。目前，有越來越多的超高清系統(tǒng)選擇Jpeg-XS標準。然而對于高清演播室的升級而言，由傳統(tǒng)HD-SDI升級至Jpeg-XS難度較高，設(shè)備更換要求較大，從經(jīng)濟性上來講，不算一個可靠的方案。

圖4 JPEG-XS標準的特性示意圖

綜合以上分析，針對此次項目，考慮在搭建一套完整高清系統(tǒng)的前提下保持4K可擴展性，以便未來可以用最低的成本以及最小的硬件改動，將這套高清系統(tǒng)分批次升級為支持4K-HDR制作的系統(tǒng)。為此，筆者研究了行業(yè)內(nèi)設(shè)備現(xiàn)狀，在青島市廣播電視臺800 m2演播室新建高清視頻系統(tǒng)時，采用了部分未來可擴展為支持4K制作的高清制作域設(shè)備。

3 高清系統(tǒng)兼容升級12G-SDI系統(tǒng)時的設(shè)備選型

3.1 訊道攝像機及鏡頭

本次新建系統(tǒng)配置了8臺Sony訊道攝像機，同時在系統(tǒng)建設(shè)中預(yù)留接口，能與青島市廣播電視臺高清轉(zhuǎn)播車的訊道攝像機組成8+N的高清系統(tǒng)，既擴展節(jié)目使用需求，又不浪費資源。如青島市廣播電視臺的重點節(jié)目《問政青島》就應(yīng)用了11個訊道。在訊道機型號選擇上，主要考慮以下兩款設(shè)備。

（1）HDC-3500訊道機。該訊道機標配為高清輸出，未來可通過軟件升級，以支持2160 50P的4K HDR輸出，并可通過增加硬件輸出板卡的方式，使其支持輸出12G-SDI及ST-2110。

（2）HDC-3100訊道機。該訊道機為之前高清訊道機的升級型號，通用性強、性價比高，與目前超高清訊道機的機頭功能類似，均支持全域快門。

如考慮未來支持超高清升級，第一選擇是HDC-3500訊道機。但HDC-3100相比HDC-3500訊道機而言，性價比將高出不少?？紤]到800 m2演播室百廢待興，本次先選購HDC-3100訊道機。未來在升級超高清系統(tǒng)時，即使重新采購4K訊道，HDC-3100訊道機也可挪至其他演播室使用。

另外，在訊道攝像機的鏡頭方面，經(jīng)過調(diào)研，超高清4K鏡頭與高清HD鏡頭的成本差距并不大。因此在本項目中，青島市廣播電視臺直接采購了兩套14倍4K廣角鏡頭及6只24倍4K標準鏡頭，以滿足未來超高清改造的需求。

3.2 切換臺

在800 m2高清演播室系統(tǒng)切換臺的選型上，青島市廣播電視臺的要求是首先采購滿足現(xiàn)有高清制作需求的高清切換臺，在未來進行演播室4K升級時，可在不更換硬件的情況下將高清切換臺升級至超高清切換臺。經(jīng)過調(diào)研，項目最終選用了Sony XVS-6000切換臺作為演播室視頻系統(tǒng)的主切換臺。該切換臺配備了32路3G-SDI輸入、16路3G-SDI輸出、4級高清M/E，在未來，可在不更換任何硬件的前提下，通過升級軟件來支持2級4K M/E。當然，一旦工作在4K模式下，現(xiàn)有切換臺的輸入輸出規(guī)模將稍顯捉襟見肘，但目前演播室XVS-6000的機箱還有部分空余槽位，可通過增加I/O板卡的方式來增加切換臺的輸入規(guī)模，最多可增加至16路12G-SDI輸入、8路12G-SDI輸出。

3.3 視頻矩陣

對于系統(tǒng)而言，矩陣是僅次于切換臺的第二核心，承擔著應(yīng)急切換制作以及核心信號調(diào)度的功能。一些矩陣廠家也充分考慮到了廣大用戶的需求，已經(jīng)在不少矩陣平臺上開發(fā)了“統(tǒng)一硬件，軟件升級”的選項。表1所示為某個平臺兩款不同規(guī)格的矩陣，標配硬件均支持12G-SDI并向下兼容，但會為用戶標配3G-SDI輸入輸出選件，如果未來想支持12G-SDI，在不改變硬件的情況下購買4K License即可。另外，與切換臺相比，矩陣的功能相對單一，因此價格占比也不高。對于沒有4K License的基帶矩陣，價格成本基本也與原HD-SDI矩陣持平，不會增加太多的項目成本。表1所示的兩款矩陣，其標準版本均只支持3G/HD-SDI信號的路由，通過購買額外的選件，即可支持12G-SDI的路由調(diào)度。

青島市廣播電視臺2021年秋季交付的20訊道4K超高清轉(zhuǎn)播車便選用了表1中的EQXUHD矩陣，可在每張板卡上獨立購買支持超高清的License，以激活12G-SDI輸入輸出的功能。

表1 兩款矩陣選件及功能

3.4 畫面分割器

在目前播出線普遍為高清的情況下，制作節(jié)目時還是要優(yōu)先保證高清的質(zhì)量，因此，高清SDR調(diào)光、高清SDR監(jiān)看便理所當然地被寫進“4K-高清同播”的工作流程。在信號源統(tǒng)一采用高清SDR監(jiān)看時，12G-SDI畫面分割器（以下簡稱畫分）的價格使其無選擇優(yōu)勢。以青島市廣播電視臺的超高清4K轉(zhuǎn)播車為例，轉(zhuǎn)播車采用SR-LIVE的制作流程，全車監(jiān)看均采用高清信號源進行監(jiān)看，部分只支持4K-HDR輸出、不支持HD-SDR輸出的設(shè)備，也需要將其輸出信號通過下變換轉(zhuǎn)換成HD-SDR上屏。青島市廣播電視臺4K轉(zhuǎn)播車上采用的基帶畫分，大部分是采用HD-SDR 3G-SDI輸入，4K-SDR4×3G-SDI輸出[3]。

值得一提的是，青島市廣播電視臺4K轉(zhuǎn)播車上采用的畫面分割器支持與矩陣聯(lián)動，在畫分輸入不占用矩陣輸出的前提下，采用特殊的端口來獲取系統(tǒng)中的信號進行監(jiān)看。而且，該畫分支持代理監(jiān)看。12G-SDI的矩陣以內(nèi)部下變換的方式，將12G的信源做分辨率下變換后路由給3G畫分，并保持動態(tài)范圍和色域不變。這樣一來，在3G畫分上便可以支持監(jiān)看12G-SDI信號。X-LINK畫面分割器原理如圖5所示。

圖5 X-LINK畫面分割器原理示意圖

800 m2高清演播室選用的畫面分割器，與4K轉(zhuǎn)播車的選型相同，均支持高清信號輸入、超高清信號輸出，可完美兼容12G-SDI的超高清制作環(huán)境。在800 m2演播室或轉(zhuǎn)播車有重大節(jié)目、資源緊張時，兩套系統(tǒng)的畫面分割器可形成一個資源池，進行互補調(diào)用，無縫銜接至另一套系統(tǒng)的制作環(huán)境中。

3.5 周邊設(shè)備

這里的周邊設(shè)備指“加解嵌、外來幀同步、視分”等集成設(shè)備。隨著硬件處理水平的提高，市場上的廣播級高清周邊設(shè)備普遍降價，但4K周邊設(shè)備價格居高不下，而且周邊設(shè)備又不像矩陣、切換臺一樣支持“軟硬分離”4K License拓展。在這樣的情況下，是否“一步到4K”是個需要抉擇的問題。在建設(shè)800 m2演播室視頻系統(tǒng)時，經(jīng)過評估，筆者發(fā)現(xiàn)目前購買純高清基帶周邊相比目前購買超高清基帶設(shè)備能節(jié)約很大一筆成本，因此，本次演播室系統(tǒng)均購買了純高清基帶周邊，在未來升級4K系統(tǒng)時，再重新采購4K周邊設(shè)備。

3.6 監(jiān)視區(qū)

目前，主流的制作域監(jiān)看方案以導(dǎo)演區(qū)的55英寸大屏為主，各個工位的17/22英寸高清監(jiān)視器為輔，再搭配一臺技術(shù)總監(jiān)的內(nèi)容質(zhì)量級監(jiān)視器來完成整套監(jiān)看流程。在55英寸大屏的選擇上，無論是HDR-OLED電視、高質(zhì)量商用顯示器，甚至是國產(chǎn)電視均可，因為在目前的4K-HDR節(jié)目制作流程中，導(dǎo)演墻的監(jiān)看仍然是HD-SDR，因此對監(jiān)看設(shè)備的要求并不高，以上監(jiān)看設(shè)備的造價也并不高，因此可隨意選擇，保持一致性、硬件質(zhì)量過關(guān)即可。800 m2高清演播室選用了支持3G-SDI的55英寸工業(yè)級監(jiān)視器，可支持1 080/50P的畫分輸出監(jiān)看[4]。

各工位監(jiān)視器也以高清監(jiān)看為主。在技術(shù)總監(jiān)工位，可采購一臺支持4K-HDR的內(nèi)容質(zhì)量級的技術(shù)監(jiān)視器。在本次高清演播室改造中，該演播室原有的BVM監(jiān)視器年限不久，保養(yǎng)良好，本著節(jié)約成本、盡量利舊的原則，青島市廣播電視臺本次采用原有的高清技監(jiān)進行技術(shù)監(jiān)看。

3.7 同步及示波系統(tǒng)

在同步系統(tǒng)的選擇上，由于12G-SDI的基帶系統(tǒng)仍采用模擬BB同步，因此在同步方面不用做過多考慮。在示波器的選擇上，12G-SDI和HD-SDI系統(tǒng)的訊道示波器均可采用1.5GHD-SDI進行訊道信號監(jiān)看（WFM5200/LV5381），只在技術(shù)示波器上有所區(qū)別。目前，不論是Telestream還是Leader，技監(jiān)示波器均支持“軟硬分離”，系統(tǒng)設(shè)計者可先采購硬件以及附帶的標配選項，便可完成大部分高清系統(tǒng)所需的監(jiān)測功能。而且，該部分的造價與之前高清時代的技術(shù)示波器差別不大。待未來系統(tǒng)進行4K改造時，再進行進一步的軟件升級。青島市廣播電視臺目前有不少狀況仍良好的高清技術(shù)示波器，因此，本次800 m2演播室仍采用了原有的高清示波器進行信號監(jiān)看。

3.8 通話系統(tǒng)

早在ST2110標準推出之前，通話系統(tǒng)便有自己的IP化語音（Voice over IP，VoIP）技術(shù)來實現(xiàn)通話信號網(wǎng)絡(luò)傳輸。隨著技術(shù)的發(fā)展，基于Dante、AES67標準的通話產(chǎn)品也逐漸上市。對于通話系統(tǒng)而言，IP化是必然的趨勢。各大通話廠家也將在近幾年逐漸停產(chǎn)自己的純模擬四線通話矩陣主機，取而代之的是混合化的多功能IP通話平臺。對于制作域平臺來說，通話系統(tǒng)主要的問題是與視音頻系統(tǒng)設(shè)備的兼容性，以及通話系統(tǒng)ST2022-7標準的推進。

對于HD-SDI和12G-SDI系統(tǒng)而言，通話系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)沒有任何交集。但通話系統(tǒng)與音頻系統(tǒng)的交互對于演播室來說則尤為重要。考慮到近幾年來廣電音頻的發(fā)展，各大音頻廠家均已采用兼容ST2110-30標準的純IP架構(gòu)進行音頻系統(tǒng)搭建。例如，青島市廣播電視臺的4K超高清轉(zhuǎn)播車，除了音頻信號處理核心之外，還采用了一套主備音頻交換機作為信號的傳輸中樞。通過音頻交換機，音頻信號可以與轉(zhuǎn)播車上的視頻IP信號及通話IP信號進行全交互，形成信號資源池[5]。

考慮到這點，在建設(shè)800 m2高清演播室系統(tǒng)時，項目選用了一套兼容模擬四線的IP通話系統(tǒng)。該通話系統(tǒng)內(nèi)部可支持AES67、Dante及ST2110-30協(xié)議，同時可以采用模擬四線的方式，與之前利舊或其他系統(tǒng)的通話腰包、耳返設(shè)備進行連接，也可與IP化的音頻系統(tǒng)進行無縫對接。

3.9 音頻系統(tǒng)

音頻系統(tǒng)內(nèi)部的架構(gòu)相對成熟。無論是選擇以模擬數(shù)字信號為基礎(chǔ)的基帶音頻，還是選擇以AES67、Dante需要為基礎(chǔ)的IP音頻，都將是音頻內(nèi)部的處理流程。例如，800 m2演播室的音頻系統(tǒng)以Dante架構(gòu)為內(nèi)核，同時采用數(shù)字音頻與視頻系統(tǒng)對接，在建設(shè)視頻系統(tǒng)時，只要預(yù)留出部分視音頻交叉設(shè)備的加、解嵌通路接口即可。

3.10 其他設(shè)備

其他設(shè)備如錄像機、在線包、字幕機、延時器及新媒體設(shè)備等，都屬于設(shè)備中的“硬通貨”。即使現(xiàn)在購買高清版本，在未來4K升級或用于其他高清系統(tǒng)時，也需要根據(jù)預(yù)算情況升級4K版本。

3.11 系統(tǒng)集成

在考慮演播室未來將從1.5G-SDI升級為12G-SDI的前提下，系統(tǒng)布線應(yīng)按照12G-SDI的標準進行，以避免二次集成。下面以佳耐美線纜進行舉例。佳耐美公司針對12G-SDI傳輸特性特別推出的L-5.5CUHD和L-3.3CUHD線纜有各自的特點[6]。

（1）對于12G-SDI設(shè)備而言，大部分國際知名品牌在接口設(shè)計方面選擇了HD-BNC（High-Density）接口，而L-5.5CUHD不支持壓接HDBNC接頭。因此，如果要選擇L-5.5CUHD線纜，還需要經(jīng)過雙通或轉(zhuǎn)接線進行轉(zhuǎn)換才能進行連接。而這一步會增加不必要的風險和壞點。如果不是特別長的距離，不建議采用L-5.5CUHD作為演播室內(nèi)的常規(guī)連接線纜。

（2）L-3.3CUHD的線徑限制了標稱衰減特性，如圖6所示，在100 m標稱的情況下，L-3.3CUHD線纜的衰減不如高清時代常用的L-4.5CHD+。因此，L-3.3CUHD線纜常常會在布線空間有限、對線徑要求高的場景（如轉(zhuǎn)播車）中使用。在演播室中，不推薦采用L-3.3CUHD進行12G-SDI的常規(guī)布線。

圖6 不同型號線纜的傳輸特性

綜上所述，對于演播室內(nèi)的12G-SDI系統(tǒng)，推薦使用大部分的L-4.5CHD+綜合少量L-5.5CUHD進行系統(tǒng)布線。

考慮到800 m2高清演播室中的線纜傳輸距離均不長，本次建設(shè)均采用L-4.5CHD+的線纜進行布線。在視頻端子板的選擇上，也采用了支持12G-SDI的 BCJ-JRUDK。經(jīng)筆者實測，該套布線方案，12G-SDI在經(jīng)過50 m傳輸后，示波器上可保證信號穩(wěn)定連續(xù)，且沒有任何報錯。

4 結(jié) 語

在選擇建設(shè)高清或超高清系統(tǒng)時，建設(shè)者不能只考慮當前的演播室設(shè)計，而要從各個角度進行規(guī)劃和考慮，如與播總控的對接，全臺統(tǒng)一同步系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計，演播室群之間的信號資源共享以及演播室群的中心集控系統(tǒng)建設(shè)等等。有好的規(guī)劃，才能有好的結(jié)果。未來將是融合媒體的時代，如何規(guī)劃、建設(shè)全臺演播室，如何將手中的演播室資源“融”在一起，發(fā)揮出最大的功效，都將是未來系統(tǒng)建設(shè)者們值得深思的問題。