800㎡演播室4K系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

閆妍

摘 要：演播室4K系統(tǒng)在IP化視頻、音頻、通話、同步與控制系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文以800m2演播室4K系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，對(duì)與之相關(guān)的項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)可擴(kuò)展性與集成要求等內(nèi)容進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：演播室；4K系統(tǒng)；可擴(kuò)展性；集成要求

中圖分類號(hào)：TN948.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0134（2018）09-079-02 DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2018.09.031

1.項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

建立以IP設(shè)備為信號(hào)傳輸、信號(hào)交換和調(diào)度核心的超高清直播演播室系統(tǒng)，充分發(fā)揮IP網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視頻、通話和控制等系統(tǒng)的IP化傳輸和信號(hào)交換，搭建一個(gè)對(duì)未來超高清直播演播室系統(tǒng)，具有示范性和指導(dǎo)意義。項(xiàng)目建設(shè)完成后，應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)目標(biāo)：一是，為超高清電視制作提供完整的技術(shù)平臺(tái)；二是建設(shè)高可靠性的以IP交換機(jī)為核心進(jìn)行信號(hào)交換的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)IP化的視頻、音頻、通話、同步和控制等系統(tǒng)的傳輸、信號(hào)交換和調(diào)度；三是使用IP領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，使系統(tǒng)能夠使用SDN的設(shè)計(jì)理念，通過軟件來規(guī)劃和定義制作規(guī)模和形態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度和配置等功能；四是應(yīng)對(duì)未來技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)規(guī)模不斷增長(zhǎng)的需求。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案描述

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)由如下系統(tǒng)組成：視頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、監(jiān)看監(jiān)聽系統(tǒng)等。

2.1視頻系統(tǒng)

演播室設(shè)計(jì)常規(guī)規(guī)模為4K標(biāo)準(zhǔn)訊道超高清攝像機(jī)8臺(tái)，另外考慮系統(tǒng)可以兼容更多的接口標(biāo)準(zhǔn)，外來信號(hào)的預(yù)留數(shù)為10路，包括基于3G-SDI的符合SMPTE ST 425-5標(biāo)準(zhǔn)的超高清視頻信號(hào)；基于SMPTE 2110-20的高清和超高清IP視頻數(shù)據(jù)；基于SMPTE 2022-6的使用TICO壓縮的超高清IP數(shù)據(jù)；使用TICO壓縮的超高清3G-SDI信號(hào)；基于HD-SDI的符合GY/T157-2000標(biāo)準(zhǔn)的高清視頻信號(hào)；基于SMPTE ST 2082-1的12G-SDI超高清視頻信號(hào)等。

2.2視頻制作流程

鑒于上述演播室上采用的設(shè)備，靈活的多區(qū)域制作需求，基于IP的視頻流信號(hào)交換，當(dāng)前多種UHDTV格式的兼容性，以及同時(shí)兼顧4K和HD信號(hào)的同時(shí)制作基本要求，簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)的視頻制作流程，在視頻系統(tǒng)的整體設(shè)備數(shù)量及配置方面，視頻部分采用IP矩陣核心交換機(jī)（COTS）數(shù)量為4臺(tái)，主核心交換機(jī)采用兩臺(tái)64口100G級(jí)聯(lián)方式使用。40路輸入和12路輸出4K信號(hào)的處理能力切換臺(tái)，同時(shí)配置36路直切主面板和28路直切衛(wèi)星面板，與之相關(guān)的核心視頻矩陣為64×64，輸入為滿足攝像機(jī)信號(hào)的HDR和SDR接入，外來信號(hào)進(jìn)入HDRC前后的監(jiān)看信號(hào)、字幕機(jī)的V＼K信號(hào)、超高速攝像機(jī)的Replay信號(hào)、切換臺(tái)的各級(jí)輸出信號(hào)以及系統(tǒng)4個(gè)TX輸出和CLN輸出的UHD 4K信號(hào)和HD信號(hào)。系統(tǒng)配置超高清在線包裝系統(tǒng)2套；同時(shí)預(yù)留2套超高清在線包裝系統(tǒng)的擴(kuò)展能力[1]。

2.3應(yīng)急

采用核心矩陣的IP系統(tǒng)與傳統(tǒng)演播室的應(yīng)急處理已經(jīng)有了質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)高清系統(tǒng)應(yīng)急主要由矩陣來完成切換臺(tái)的應(yīng)急備份，由兩路或者更多路二選一板卡實(shí)現(xiàn)，通過切換臺(tái)和矩陣的信號(hào)間切換實(shí)現(xiàn)的應(yīng)急備份，或者由切換臺(tái)輸出一路信號(hào)加嵌，矩陣輸出一路信號(hào)加嵌，由切換臺(tái)和矩陣的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)同切應(yīng)急。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，信號(hào)經(jīng)IP核心矩陣切換輸出，經(jīng)IPG轉(zhuǎn)換為4*3G UHD信號(hào)后接入音頻加嵌，通過4*3G視分將UHD信號(hào)經(jīng)視頻纜分別送往3GSDI矩陣輸入；應(yīng)急 UHD輸出；經(jīng)HDRC作應(yīng)急的4K下變換，應(yīng)急 HD信號(hào)也同時(shí)送回SDI矩陣；同時(shí)，應(yīng)急 UHD經(jīng)IPG轉(zhuǎn)換送回IP矩陣完成IP視頻流調(diào)度；另外，應(yīng)急 UHD信號(hào)送往TICO IPG板卡，將TICO IP視頻流由25G光纖送給外接口交換機(jī)。

3.同步系統(tǒng)

系統(tǒng)的同步是視頻環(huán)境中最基本也是最嚴(yán)格的一項(xiàng)要求。系統(tǒng)中的每一設(shè)備必須處于同步狀態(tài)，這樣才能保證制作和傳輸?shù)靡哉＿M(jìn)行，才能正確再現(xiàn)視頻圖像和音頻信息。將模擬和數(shù)字環(huán)境中的所有視頻基準(zhǔn)信號(hào)均與一個(gè)共用的、由主同步發(fā)生器提供的基準(zhǔn)信號(hào)鎖定，這樣即可獲取整體同步。在由各種視頻信號(hào)源相混合的視頻環(huán)境中，所有的信號(hào)均必須同步，否則會(huì)引起圖象的滾動(dòng)、抖動(dòng)、撕裂，或者會(huì)產(chǎn)生不正確的彩色。

4K IP系統(tǒng)的同步系統(tǒng)應(yīng)支持模擬BB信號(hào)、三電平信號(hào)、Word Clock信號(hào)、PTP網(wǎng)絡(luò)精確同步信號(hào)。B.B同步信號(hào)由主、備同步機(jī)和同步自動(dòng)倒換器組成，倒換器輸出經(jīng)分配后，為各設(shè)備提供同步信號(hào)。與傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)不同，基于IP的系統(tǒng)在視頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)加入PTP同步。PTP網(wǎng)絡(luò)精確同步信號(hào)是一種對(duì)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)終端設(shè)備進(jìn)行時(shí)間和頻率同步的協(xié)議，應(yīng)用了PTP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)稱為PTP域。網(wǎng)絡(luò)中可能含有多個(gè)PTP域，PTP域是獨(dú)立PTP時(shí)鐘同步系統(tǒng)，一個(gè)PTP域內(nèi)有且只有一個(gè)時(shí)鐘源，域內(nèi)的所有設(shè)備都與該時(shí)鐘源保持同步，基于網(wǎng)絡(luò)的主-從模式定時(shí)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有設(shè)備均可被PTP同步。PTP域的節(jié)點(diǎn)設(shè)備按照一定的主從關(guān)系（Master-Slave）進(jìn)行時(shí)鐘同步。主從關(guān)系是相對(duì)而言的，同步時(shí)鐘的節(jié)點(diǎn)設(shè)備稱為從節(jié)點(diǎn)，發(fā)布時(shí)鐘的節(jié)點(diǎn)設(shè)備稱為主節(jié)點(diǎn)，一臺(tái)設(shè)備可能同時(shí)從上層節(jié)點(diǎn)設(shè)備同步時(shí)鐘，然后向下層節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)布時(shí)鐘[2]。

同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括同步信號(hào)的發(fā)生器，以及到各子系統(tǒng)的分配，要求子系統(tǒng)內(nèi)部同步統(tǒng)一設(shè)計(jì)。除基于PTP網(wǎng)絡(luò)的PTP同步設(shè)備外，其余設(shè)備主要采用模擬BB作為同步信號(hào)源，如果子系統(tǒng)中個(gè)別設(shè)備需要模擬BB以外的同步信號(hào)（數(shù)字BB、三電平、數(shù)字音頻字等），則在各子系統(tǒng)上配置生成。為保證同步系統(tǒng)的安全，同步系統(tǒng)所有設(shè)備和鏈路采用主備方式。模擬BB同步信號(hào)傳輸全部使用視頻線纜。

4.時(shí)鐘系統(tǒng)

4.1概述

本方案的時(shí)鐘系統(tǒng)主要提供統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信息是全臺(tái)各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)統(tǒng)一工作的唯一時(shí)間基準(zhǔn)，該系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性。核心設(shè)備具有必要的冗余設(shè)計(jì)，具備安全性、可靠性。整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)便捷調(diào)整和擴(kuò)展等功能，需要時(shí)可靈活增加接口數(shù)量。系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)滿足EBU國(guó)際時(shí)碼標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還可輸出RS-232/RS-422信號(hào)。

4.2設(shè)計(jì)方案

本方案配置了1臺(tái)GPS衛(wèi)星自動(dòng)校時(shí)母鐘，1臺(tái)EBU（LTC） 自動(dòng)時(shí)碼倒換器，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星時(shí)鐘和同步系統(tǒng)時(shí)鐘輸出的時(shí)鐘倒換，輸出的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)分配后為監(jiān)看系統(tǒng)和記錄設(shè)備提供時(shí)碼。制作區(qū)域時(shí)鐘分別滿足導(dǎo)演區(qū)、第二制作區(qū)、技術(shù)區(qū)、音頻區(qū)的顯示。

5.通話系統(tǒng)

5.1概述

通話系統(tǒng)是用于調(diào)度系統(tǒng)與各工位、攝像、級(jí)聯(lián)之間的對(duì)接信號(hào)通話，充分考慮設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全、可靠。

設(shè)計(jì)規(guī)模及配置考慮IP網(wǎng)絡(luò)化，系統(tǒng)架構(gòu)使用通話矩陣+交換機(jī)+IP通話面板的方式。在制作節(jié)目時(shí)可以調(diào)配，工位功能可以變化，且任何工位上都可以比較方便地接入適合該工位功能的通話面板或其他類型通話節(jié)點(diǎn)；所有擴(kuò)展通話面板和無線中繼臺(tái)，可以通過光纖及網(wǎng)絡(luò)電纜外延至現(xiàn)場(chǎng)使用；通過符合AES67標(biāo)準(zhǔn)的IP音頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)與音頻系統(tǒng)的互聯(lián)互通配，具有備份設(shè)計(jì)，在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演與所有攝像的應(yīng)急通話倒換。

5.2設(shè)計(jì)方案

結(jié)合通話系統(tǒng)要求及IP化趨勢(shì)，通話系統(tǒng)內(nèi)所有通話面板均采用IP連接方式，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離擴(kuò)展通話面板IP連接，實(shí)現(xiàn)同品牌系統(tǒng)間IP方式級(jí)聯(lián)并保證至少具有≥32路級(jí)聯(lián)通路，實(shí)現(xiàn)主、第二制作區(qū)、技術(shù)區(qū)、音頻區(qū)、多媒體區(qū)各工位之間的通話，以及各工作區(qū)與攝像師、現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演、燈光、音響、主持人的通話，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到面的自由通話方式，設(shè)計(jì)可擴(kuò)展設(shè)備的GPIO功能及包括IP、兩線、四線、電話、無線等外部通話接入方式和輸出接口；可接入無線中繼臺(tái)及手持對(duì)講機(jī)，以滿足視頻、音頻、現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演、無線攝像等現(xiàn)場(chǎng)制作通話需求[3]。

系統(tǒng)采用160*160規(guī)模通話矩陣，配備36個(gè)IP通話面板，系統(tǒng)內(nèi)的所有面板通信基于IP交換，所有面板根據(jù)節(jié)目形式可自由設(shè)置與其他區(qū)域的通信定義；通話系統(tǒng)與音頻系統(tǒng)的信號(hào)連接全部通過基于AES67網(wǎng)絡(luò)路由實(shí)現(xiàn)，所有攝像機(jī)通話通過AIO板卡的四線通信完成，28路攝像機(jī)的ENG和PROD同時(shí)接入矩陣四線，并設(shè)置不同群組完成雙系統(tǒng)切換時(shí)的通話需求；系統(tǒng)內(nèi)配備電話?cǎi)詈掀鲗?shí)現(xiàn)通話與電話路由的通訊，配備對(duì)講機(jī)站與手持對(duì)講機(jī)，并將其通過四線連入系統(tǒng)，通過GPI功能實(shí)現(xiàn)對(duì)講基站PTT觸發(fā)的信號(hào)傳送。對(duì)講機(jī)的靈活使用方式同時(shí)也是通話系統(tǒng)的備份之一。

5.3系統(tǒng)可擴(kuò)展性

系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。如在矩陣方面，最大是288X288，現(xiàn)仍然有多路輸入輸出可供分配；在監(jiān)視器方面，技術(shù)區(qū)和導(dǎo)演區(qū)還可以有多路信號(hào)進(jìn)入；控制系統(tǒng)采用集中的系統(tǒng)控制，將IP矩陣調(diào)度、SDI矩陣調(diào)度、TALLY顯示及源名跟隨綜合控制，使得系統(tǒng)跟靈活及發(fā)揮自由和擴(kuò)展；

6.系統(tǒng)集成要求

系統(tǒng)集成中主要使用視/音頻跳線器，視音頻電纜和視/音頻接頭、光纖及光模塊等設(shè)備。由于該系統(tǒng)為4K IP UHD與HD兼容系統(tǒng)，所以嚴(yán)格按照系統(tǒng)集成規(guī)范來完成，以達(dá)最佳信號(hào)傳輸質(zhì)量和最低的信號(hào)損耗。做到必要的設(shè)備保護(hù)以保證系統(tǒng)施工的質(zhì)量，保證產(chǎn)品外型完整美觀，工藝考究。

結(jié)語(yǔ)

以IP設(shè)備為信號(hào)傳輸、信號(hào)交換和調(diào)度核心的超高清直播演播室系統(tǒng)，可以讓演播室系統(tǒng)更好地滿足未來發(fā)展需求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成等多個(gè)領(lǐng)域，相關(guān)人員需要系統(tǒng)的可擴(kuò)展性提供保障。

參考文獻(xiàn)

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