劉俊雄

（中山廣播電視臺，廣東 中山 528403）

0 引 言

從當(dāng)前電視臺發(fā)展趨勢來看，國家廣播電視總局提出了關(guān)于4K電視發(fā)展的相關(guān)要求，這對傳統(tǒng)的視音頻系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。為了更好地適應(yīng)未來發(fā)展趨勢，中山廣播電視臺立足于技術(shù)現(xiàn)狀和資金籌備等情況，在經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠的基礎(chǔ)上開展了融媒體演播室視音頻系統(tǒng)的改造升級，以滿足未來一段時間內(nèi)4K超高清電視節(jié)目的制作需求，值得關(guān)注。

1 項目簡介

中山廣播電視臺擬建設(shè)一套6+1訊道4K超高清演播室系統(tǒng)，該系統(tǒng)為12G-SDI基帶制作系統(tǒng)，建成后可滿足4K超高清電視節(jié)目虛擬制作需求。從項目建設(shè)的目標(biāo)來看，改進(jìn)后的電視臺要能夠滿足當(dāng)前超高清制作的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即分辨率 3 840×2 160、幀率50P（兼容60P制作）、BT.2020色域、動態(tài)范圍符合HLG格式等。

2 關(guān)鍵設(shè)計方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本需求

2.1.1 系統(tǒng)的基本定位

該項目中所設(shè)計的電視臺超高清4K融媒體演播室視音頻系統(tǒng)及集成部分包含視頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、TALLY系統(tǒng)、遠(yuǎn)程制作系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等若干功能模塊，整個系統(tǒng)為12G-SDI架構(gòu)模式，能夠適應(yīng)全流程下4K HDR視頻制作的功能需求，并具有良好的應(yīng)急反應(yīng)與控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行中，根據(jù)需求設(shè)定為4K HDR與HD SDR兩種模式。

2.1.2 系統(tǒng)基本架構(gòu)

以12G-SDI為主視頻鏈路架構(gòu)構(gòu)建雙切換臺核心，采用了4K工業(yè)級大屏加4K多畫面分割器為導(dǎo)播監(jiān)視模塊，系統(tǒng)中的4×3G基帶信號可經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后連接到系統(tǒng)中。整個系統(tǒng)架構(gòu)兼顧了安全性、靈活性以及可拓展性的設(shè)定要求，采用了主備冗余鏈路的結(jié)構(gòu)模式，并借助一體化控制系統(tǒng)優(yōu)化完善信號狀態(tài)檢測與調(diào)度控制[1]。為全面提升整個系統(tǒng)架構(gòu)的安全性，本次系統(tǒng)設(shè)計選擇無單一崩潰點(diǎn)的主備鏈路設(shè)計模式，并通過應(yīng)急預(yù)案確保單一設(shè)備發(fā)生故障的情況不會影響系統(tǒng)正常的信號輸出過程，可以滿足電視臺實時直播與節(jié)目錄制的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 視頻系統(tǒng)設(shè)計方案

本次設(shè)計方案設(shè)置了6套4K超高清演播室攝像機(jī)、1套廣播級一體化4K云臺攝像機(jī)、3套有軌跟蹤混合現(xiàn)實演播系統(tǒng)、1套4K無軌虛擬演播合成系統(tǒng)、1套12G-4K圖文包裝字幕系統(tǒng)以及 4臺硬盤錄/放像機(jī)等。考慮到系統(tǒng)未來功能拓展的需求，設(shè)置了2套機(jī)動攝像機(jī)訊道，可以有效支持其他品牌或其他信號源的接入。除此之外，配置2M/E4K超高清切換臺為主切換，2臺1M/E4K超高清切換臺中的1臺作為備切換?；趯ο到y(tǒng)功能的考慮，設(shè)計方案中的視頻接入系統(tǒng)可以快速接入不同格式的信號，并且全程支持超高清HDR視頻制作，能完成超高清直播與錄播。

2.3 系統(tǒng)信號源設(shè)計

根據(jù)電視臺節(jié)目播出的要求，系統(tǒng)信號源設(shè)計應(yīng)考慮到系統(tǒng)節(jié)目的穩(wěn)定性與功能拓展。

（1）訊道規(guī)模設(shè)計采用“6＋1”模式，即4K超高清EFP攝像機(jī)匹配（6套）＋4K超高清云臺一體化攝像機(jī)（1套）。該設(shè)計方案下，4K云臺攝像機(jī)可以實時發(fā)送Free-D協(xié)議，根據(jù)虛擬系統(tǒng)的反饋結(jié)果運(yùn)行。

（2）設(shè)置在線包裝圖文字幕系統(tǒng)，可以提供在線包裝與制作字幕的功能。

（3）設(shè)置有軌跟蹤混合式演播系統(tǒng)，能夠支持3個訊道有軌跟蹤混合合成制作要求。

（4）配置1套無軌虛擬演播合成系統(tǒng)，可以與云臺攝像機(jī)配合來制作營造虛擬化的節(jié)目展示 效果[2]。

（5）在視頻制作系統(tǒng)中設(shè)置8通道多格式處理器，其中有6個通道可以接入外來處理信號，符合4K高清處理格式與色彩校正的要求。另外兩個通道用于轉(zhuǎn)換輸出節(jié)目信號，能夠滿足從4K至D格式轉(zhuǎn)換的一般要求和從HDR至SDR的功能轉(zhuǎn)換設(shè)定要求。

2.4 切換設(shè)備設(shè)計

（1）在切換系統(tǒng)設(shè)備中，配置1臺4K超高清切換臺用于節(jié)目制作與切換。該切換臺有30路以上的SDI輸入接口，符合系統(tǒng)日常運(yùn)行的功能設(shè)定 要求。

（2）配置2臺4K超高清切換臺，有不少于16路的12G-SDI輸入接口。其中一臺設(shè)備安裝在飛行箱外側(cè)，用于戶外節(jié)目錄制；另一臺放置在演播室，作為節(jié)目制作的備切換。

（3）由于4K主切換臺的功能要求標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于2M/E，因此配置高于2M/E的全功能切換面板。在4K模式下，切換臺每級都配置了4個以上的鍵，并且對應(yīng)系統(tǒng)中至少設(shè)置了8通道動態(tài)畫面存儲器，可以支持8通道靜止畫面數(shù)據(jù)存儲需求。此外，該設(shè)計方案支持4通道多畫面輸出，可以作為導(dǎo)播監(jiān)看的備份通道。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

（1）配置3臺16通道4K多畫面分割器，每臺分割器同時支持4通道視頻資料輸出的要求。在3臺分割器的支持下，能夠同時滿足12塊大屏觀看與監(jiān)控的要求。

（2）現(xiàn)場配置12臺工業(yè)級4K監(jiān)視器，滿足全天候無縫監(jiān)控的要求。其中2臺監(jiān)視器用于導(dǎo)播主監(jiān)與預(yù)監(jiān)信號監(jiān)控，另外10臺用于多畫面同步 監(jiān)控[3]。

（3）在技監(jiān)工位設(shè)置一臺4K HDR廣播級監(jiān)視器，該監(jiān)視器可以隨時顯示系統(tǒng)信號質(zhì)量信息。

（4）在工位監(jiān)看位置設(shè)置4臺4K監(jiān)視器，用于監(jiān)看延時信號與外來信號。除此之外，增設(shè)解嵌監(jiān)聽功能。

2.6 通道設(shè)計要求

根據(jù)4K超高清電視制作的相關(guān)要求，通道設(shè)計應(yīng)綜合考慮整個系統(tǒng)功能拓展與技術(shù)可行性的要求。主備切換臺在輸出信號期間，可經(jīng)倒換器處理后以12G基帶形式完成輸出。此時為避免輸出過程受到限制，在設(shè)計中同時準(zhǔn)備兩臺倒換器，在輸出信號時可采用“二選一”的方法輸出信號，即使單個設(shè)備出現(xiàn)故障也不會影響通信效果。音頻PGM信號由基帶嵌入器處理后完成輸出，整個系統(tǒng)通道具有對加嵌的信號進(jìn)行監(jiān)視與監(jiān)聽的功能[4]。此外，設(shè)置故障應(yīng)急控制系統(tǒng)，當(dāng)主鏈路發(fā)生系統(tǒng)故障時可以快速切換至備用鏈路。

2.7 音頻系統(tǒng)設(shè)計

以調(diào)音臺為核心，按照AES3標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計，確保設(shè)計后的系統(tǒng)能夠滿足16聲道音頻嵌入的功能要求，同時支持單聲道、5.1聲道以及立體聲道的音頻傳播要求。該系統(tǒng)的主調(diào)音臺為16推子數(shù)字調(diào)音臺，話筒＋線路音頻大于等于16路輸入與8路輸出，同時支持16通道數(shù)字音頻輸出。周邊系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)信號分配與信號處理的相關(guān)要求，并兼顧大量信號加嵌業(yè)務(wù)處理對硬件系統(tǒng)的要求，最終確保信號可以均勻分配且不會影響音頻質(zhì)量。在監(jiān)聽系統(tǒng)中設(shè)置了2臺有源監(jiān)聽音箱，2幅專業(yè)監(jiān)聽耳機(jī)與2臺對應(yīng)的音視頻機(jī)架監(jiān)聽裝置。針對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的應(yīng)急狀態(tài)，采用了主備調(diào)音臺混合的設(shè)計方法，通過“二選一”裝置可以實現(xiàn)無縫隙切換。當(dāng)主調(diào)音臺發(fā)生故障時，備用調(diào)音臺依然可以發(fā)出信號。

2.8 周邊設(shè)備

考慮到視音頻系統(tǒng)設(shè)計的基本功能，為確保整個系統(tǒng)功能穩(wěn)定良好，設(shè)計選擇了品質(zhì)高、性能穩(wěn)定的知名品牌周邊設(shè)備。在周邊設(shè)備處理中，嚴(yán)格按照系統(tǒng)設(shè)備的使用要求，采用具有高集成度、可混插的機(jī)箱板卡結(jié)構(gòu)[5]。設(shè)備采用模塊化設(shè)計模式，方便后期檢查與運(yùn)維管理。此外，系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、嵌入/解嵌器以及幀同步器等需要滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 設(shè)計方案創(chuàng)新性分析

根據(jù)對系統(tǒng)性能設(shè)定的相關(guān)要求，在超高清演播平臺設(shè)計中同時配置了多種專業(yè)化設(shè)備。在一平臺多形式設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，兼顧新媒體、新聞、紀(jì)錄片等不同類型節(jié)目播出的要求，電視臺與設(shè)計公司技術(shù)人員進(jìn)行合作之后對超高清演播生產(chǎn)流程進(jìn)行了重構(gòu)與梳理，在整個系統(tǒng)運(yùn)行期間可借助自動化控制系統(tǒng)完成一系列視音頻處理工作，包括圖形渲染引擎、跟蹤設(shè)備以及燈光等的自動化管控[6]。與傳統(tǒng)技術(shù)方案相比，該技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一控制播出、統(tǒng)一制作平臺、統(tǒng)一內(nèi)容管理等方面的要求，技術(shù)人員可按照自動化控制的要求統(tǒng)一控制播出與平臺制作等。

對于當(dāng)前的廣播電視行業(yè)而言，新媒體技術(shù)帶來的沖擊不容忽視。為了順應(yīng)時代發(fā)展潮流，充分考慮到人們參與節(jié)目的可能性，在設(shè)計方案中利用無代碼化節(jié)點(diǎn)編輯的手段實現(xiàn)大數(shù)據(jù)三維可視化和快速交互，可以在外部數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上實現(xiàn)演播平臺與外場觀眾之間的互動，有助于擴(kuò)大電視臺受眾范圍。

4 結(jié) 語

根據(jù)案例分析，該音頻系統(tǒng)及集成部分設(shè)計方案在技術(shù)上具有可行性，能夠支持電視臺超高清節(jié)目制作的基本要求。與傳統(tǒng)的設(shè)計方案相比，所提出的設(shè)計方案在技術(shù)手段與設(shè)計思路上都實現(xiàn)了創(chuàng)新，符合未來社會發(fā)展的基本要求，能夠滿足未來一段時間內(nèi)電視臺業(yè)務(wù)工作的需求，值得類似項目借鑒參考。