江蘇廣電融媒體演播室設(shè)計與建設(shè)

陶 越

（江蘇省廣播電視總臺，江蘇 南京 210008）

導(dǎo)語

為適應(yīng)江蘇省廣播電視總臺媒體融合建設(shè)發(fā)展思路，就電視總控與廣播總控之間信號的互通、與荔枝云的融合，以及統(tǒng)一的調(diào)度指揮等方面開展技術(shù)研發(fā)。節(jié)目制作結(jié)合了虛擬演播室及虛擬植入技術(shù)，這兩種技術(shù)是現(xiàn)階段傳媒行業(yè)運用較為普遍的技術(shù)。[1]隨著實時虛擬圖文包裝技術(shù)的日趨成熟，越來越多行業(yè)用戶、媒體機構(gòu)采用實時虛擬技術(shù)對節(jié)目進行整體創(chuàng)意包裝，以極具視覺沖擊力的畫面效果贏得觀眾的認可。針對高清播控平臺關(guān)鍵技術(shù)以及質(zhì)量保障策略深入分析研究[2]，構(gòu)建融媒體傳播技術(shù)平臺，將融媒體直播與互動系統(tǒng)的有機結(jié)合。[3]虛擬演播室通過實時虛擬圖文技術(shù)進行節(jié)目創(chuàng)作正成為一種主流的趨勢。為順應(yīng)這一趨勢，針對融媒體演播室的建設(shè)，對系統(tǒng)使用對象進行了需求調(diào)研和可行性分析。

1.項目建設(shè)技術(shù)方案

1.1 項目建設(shè)需求

項目建設(shè)要滿足傳統(tǒng)廣播總控系統(tǒng)各塊功能，實現(xiàn)16個臺內(nèi)直播室、3個異地直播室的音頻信號，及3個融媒體直播室、6路臺外轉(zhuǎn)播視音頻信號的分配、調(diào)度、監(jiān)控等要求；實現(xiàn)網(wǎng)上廣播信號、視頻節(jié)目的分發(fā)、調(diào)度等；與電視總控、荔枝云“直播云”互聯(lián)互通，實現(xiàn)音視頻信號的調(diào)用、共享；整合廣播技術(shù)系統(tǒng)資源，制播網(wǎng)平臺全鏈路閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、廣播全省覆蓋情況實時監(jiān)控等系統(tǒng)都可在融媒體播控中心調(diào)用。

1.2 項目建設(shè)

融媒體演播室建設(shè)主要包括導(dǎo)播系統(tǒng)、虛擬高清錄制系統(tǒng)、監(jiān)看系統(tǒng)、燈光舞美系統(tǒng)。主要分為實體和虛擬兩個區(qū)域，實體區(qū)滿足訪談和互動類節(jié)目的需求，虛擬區(qū)采用真三維立體顯示技術(shù)。系統(tǒng)建設(shè)：

視頻信號輸入主要包括攝像機、錄像機、虛擬系統(tǒng)，以及外來信號等。

切換臺兩路PGM信號進入加嵌器，最終經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)播出服務(wù)器傳輸，視頻信號輸出可以和總控系統(tǒng)互聯(lián)互傳，可由總控統(tǒng)一調(diào)度。

演播室視頻切換臺配置的AV-HS60U2MC切換臺主機、 2M/E控制面板、GUI控制面板，可實現(xiàn)提供32路SDI輸入、2路DVI輸入，其中16路輸入自帶幀同步功能。實現(xiàn)了演播室和融媒體播控中心，視頻信號穩(wěn)定靈活高效傳輸。

真三維高清虛擬演播室系統(tǒng)帶有字幕功能，并能夠同時完成虛擬背景、虛擬植入和在線包裝功能，可提供錄（直）播節(jié)目、可實現(xiàn)實景與虛擬場景共用。

圖1 系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)

1.3 演播室視頻建設(shè)

圖2 演播室視頻建設(shè)架構(gòu)

系統(tǒng)采用多機位、單通道的配置，采用純網(wǎng)格跟蹤方式。系統(tǒng)配置包含虛擬場景創(chuàng)作兼播控系統(tǒng)、虛擬圖形渲染引擎、攝像機跟蹤系統(tǒng)（網(wǎng)格跟蹤）及色鍵器等多個子系統(tǒng)模塊。各子模塊構(gòu)建成一套完整的高清虛擬演播系統(tǒng)，用于在藍箱中完成虛擬演播室節(jié)目錄制。

1.3.1 創(chuàng)作兼播控系統(tǒng)

系統(tǒng)配置1臺HP Z6 G4工作站作為虛擬場景創(chuàng)作兼播控系統(tǒng)的硬件平臺，部署了系統(tǒng)配套的三維場景設(shè)計軟件3Designer、三維模板編輯軟件3DEdit、三維圖文播控軟件3DControl以及虛擬控制軟件ProSet。

1.3.2 場景設(shè)計軟件3Designer

場景設(shè)計軟件3Designer是AVID/ORAD具有創(chuàng)新性的高端虛擬圖文創(chuàng)作系統(tǒng)軟件，用于制作專業(yè)的實時二維/三維圖形。3Designer安裝在創(chuàng)作兼播控工作站，賦予播控系統(tǒng)對物體屬性實時修改的權(quán)限。它適用于新聞、體育、氣象、財經(jīng)、綜藝等所有節(jié)目類型的各種三維場景和模板的制作，支持標清、高清、16K分辨率乃至三維立體等格式的圖形創(chuàng)作。

1.3.3 模板編輯軟件3DEdit

模板編輯軟件3DEdit對3Designer制作的場景進行內(nèi)容包裝，使得播出人員可以利用3DControl進行播出前的各種屬性修改，實現(xiàn)方便靈活的播出控制。3DEdit是實現(xiàn)美工人員與播出控制人員工作的完美結(jié)合。

1.3.4 播控軟件3DControl

播控軟件3DControl支持編輯和控制兩種模式，用于串聯(lián)單的導(dǎo)入、播出列表的編輯以及播出控制等工作。同時，作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，可導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)源或鏈接動態(tài)數(shù)據(jù)庫。

1.3.5 虛擬控制軟件ProSet

虛擬控制軟件ProSet包含了TrackingSet GUI 跟蹤數(shù)據(jù)界面、Walkthrough 虛擬攝像機界面、Start/Stop Tracking 跟蹤啟動、停止界面、Camera Switcher 跟蹤方式切換界面等功能子模塊，主要用于完成虛擬跟蹤機位的定位操作和鏡頭校正工作。

1.3.6 圖形渲染引擎

系統(tǒng)的核心渲染設(shè)備采用專業(yè)的高性能數(shù)字視頻實時圖形渲染平臺GBOX。GBOX具有服務(wù)器級別的硬件架構(gòu)，包含Linux 渲染引擎、Tracking Set跟蹤軟件、HDVG卡、內(nèi)置線性鍵和視頻延時控制等配置或功能。它采用64位Linux操作系統(tǒng)，擁有強大的計算和渲染能力，支持多種視頻輸入輸出配置方式，可用于虛擬演播室節(jié)目制作，對復(fù)雜的2D/3D虛擬場景進行實時流暢渲染。

1.3.7 攝像機跟蹤系統(tǒng)（網(wǎng)格跟蹤）

包含數(shù)字視頻處理器HDVP、網(wǎng)格（藍色5米）、視頻數(shù)字插入器（攝像機身份標識器）VDI-40；該系統(tǒng)對攝像機的型號及鏡頭種類沒有限制，可以容納對4個攝像機虛擬跟蹤拍攝。

純網(wǎng)格單通道系統(tǒng)，只有一路獨立的輸出通道，可以單獨輸出一路合成信號到切換臺。

1.3.8 色鍵系統(tǒng)

Ultimatte 12色鍵器用于前景信號與渲染輸出的背景信號進行實時合成。系統(tǒng)所選設(shè)備在國內(nèi)外多家電視臺都有成功應(yīng)用案例。

1.4 虛擬演播室的工作流程

1.四個機位攝像機從不同角度拍攝前景信號（主持人+藍色背景），四路視頻信號傳輸?shù)絍DI-40，給攝像機打上標識后傳輸?shù)角袚Q臺；

2.切換臺選擇其中一路攝像機信號輸出給GBOX，經(jīng)由GBOX延時處理的視頻信號輸出作為前景信號；

3.四個攝像機由HDVP處理跟蹤數(shù)據(jù)，并將定位結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送給GBOX；

4.GBOX根據(jù)獲取的跟蹤數(shù)據(jù)對三維虛擬場景進行渲染輸出，作為背景信號；

5.與此同時，GBOX還會輸出一路鍵信號；

6.前景信號、背景信號、鍵信號三路信號送入色鍵器，色鍵器將前景信號中藍色部分去掉，填充背景信號，合成最終信號，送給切換臺，輸出逼真豐富的電視畫面。

1.5 硬件構(gòu)架

圖3 融媒體演播室虛擬系統(tǒng)架構(gòu)

1.高清數(shù)字視頻切換臺；2.液晶監(jiān)視器；3.液晶屏；4.板卡機箱；5.高清音頻加嵌；6.高清數(shù)字視頻分配放大器；7.模擬視頻分配放大器；8.多媒體高清視頻轉(zhuǎn)換器；9.迷你HD SDI-HDMI轉(zhuǎn)換器；10.自立式提詞器；11.TALLY系統(tǒng)；12.真三維高清虛擬演播室系統(tǒng)硬件構(gòu)架；13.網(wǎng)絡(luò)直播編碼器；14.機柜控制臺附件及其系統(tǒng)集成。

1.6 播出控制軟件

3Dcontrol 系統(tǒng)的主要工作有兩個，一個是編輯生成播放列表；另一個是根據(jù)播放列表進行播出控制。3Dcontrol 系統(tǒng)使得播出人員可以便捷地在播出前進行各種屬性修改，同時實現(xiàn)方便靈活的播出控制。

使用 3Dcontrol 系統(tǒng)的前提條件是已經(jīng)利用3DEdit 制作好了需要的模板，并將它們保存為模板文件（*.plt 文件）。在 3Dcontrol 中，用戶首先可以根據(jù)模板文件中存在的模板來編輯播放列表，一個播放列表中可以包含多個模板，同時同一個模板也可以多次出現(xiàn)，每次所包含的動畫和屬性值可以不同。之后就可以根據(jù)生成播放列表進行播放了。

圖4 3Dcontrol 系統(tǒng)界面

1.7 虛擬圖文創(chuàng)作系統(tǒng)軟件

3Designer是傲威公司具有創(chuàng)新性的高端虛擬圖文創(chuàng)作系統(tǒng)軟件。3Designer運行在傳統(tǒng)的PC平臺上，界面設(shè)計簡潔合理，操作簡單可視化，完全采用了拖拽的操控方式，設(shè)計者能夠在很短的時間內(nèi)掌握制作技巧，并運用本地預(yù)覽功能生成和效驗設(shè)計作品。

3Designer的智能操作還表現(xiàn)在可將引出項和屬性參數(shù)進行關(guān)聯(lián)。比如柱狀圖的高度和顏色可受同一數(shù)值的控制，數(shù)值變化，柱子的高度和顏色會隨之變化。整個柱狀圖的大組也可相應(yīng)進行縮放。為了減少計算百分比，并實現(xiàn)在實時圖像中所需要的許多其他功能 （在自動完成時節(jié)省改變控制空間的時間），數(shù)學(xué)函數(shù)是很完美的工具。數(shù)學(xué)函數(shù)可完成繁重和高速的變換統(tǒng)計，將結(jié)果以一種吸引人的圖形的方式顯示出來。設(shè)計者可以給“引出項”添加數(shù)學(xué)運算功能，用于處理大量的數(shù)據(jù)信息，如應(yīng)用在財經(jīng)類節(jié)目中，股票的顏色和箭頭可根據(jù)漲跌值自動變化。

圖形設(shè)計者可以創(chuàng)建一個布景并且運用本地渲染引擎預(yù)覽窗口來測試它。通過把3Designer與HDVG結(jié)合在一起，圖形設(shè)計者就可以以視頻反饋的形式來預(yù)覽作品，因而就能像在真正的生產(chǎn)環(huán)境中那樣測試自己的創(chuàng)作成果。

圖5 3Designer系統(tǒng)界面

1.8 演播室音頻建設(shè)

1.8.1 設(shè)計要求

新建的音頻播出系統(tǒng)須基于融媒體演播室視頻播出系統(tǒng)，要充分考慮到與本臺新總控系統(tǒng)的對接，包括與各頻率信號的接入，多種監(jiān)聽監(jiān)測手段等;同時，要考慮個性化的定制需求與媒體融合的發(fā)展前景。

1.8.2 技術(shù)方案

圖6 融媒體演播室音頻系統(tǒng)框圖

1.8.3 調(diào)音臺配置

（1）模擬輸入主要包括了無線話筒、預(yù)留有線話筒接口、熱線、硬盤錄像機、MP3以及大屏等一些模擬源；

（2）模擬輸出主要給了導(dǎo)播監(jiān)聽、直播室監(jiān)聽、硬盤錄像機、CLEARCOM通話系統(tǒng)等；

（3）數(shù)字輸入主要包括主備工作站及其他一些外來信號等；

（4）數(shù)字輸出一路無延時信號給外置延時器，然后輸出至總控，作為直播室主路信號，一路內(nèi)置延時信號直接輸出至總控，作為直播室備路信號。數(shù)字輸出另有一路無延時信號給加嵌板，用于視音頻信號的加嵌；

（5）演播室調(diào)音臺配置的AoIP卡和MADI卡，直播室調(diào)音臺配置的AoIP卡和MADI卡，升級集線器，通過光纖和IP雙網(wǎng)，實現(xiàn)了演播室和融媒體播控中心、各頻率信號的互通，并可靈活調(diào)用外轉(zhuǎn)信號。

1.8.4 周邊配置

（1）配置無線接收機，用于無線話筒信號的接收；

（2）配置兩塊無線接收機板狀天線，架設(shè)于演播區(qū)對角，用于無線話筒信號的放大；

（3）配置無線腰包和咪頭，用于主持人的無線收聲；

（4）配置樂器話筒，用于現(xiàn)場弦樂的收聲；

（5）配置兩臺子鐘，分別架設(shè)于導(dǎo)控間和演播區(qū)，并與播控中心母鐘同步，方便主持人和技術(shù)人員更換地把控現(xiàn)場播出時間。

（6）由于導(dǎo)控間和演播區(qū)不在一個區(qū)域，導(dǎo)控間配置監(jiān)聽音量調(diào)節(jié)器，可實時調(diào)節(jié)演播區(qū)的監(jiān)聽音量。

1.8.5 根據(jù)系統(tǒng)框圖設(shè)計詳細的音頻系統(tǒng)施工圖

圖7 融媒體演播室音頻系統(tǒng)施工圖

1.8.6 融媒體演播室調(diào)音臺硬件構(gòu)架

圖8 融媒體演播室調(diào)音臺硬件構(gòu)架

1.8.7 軟件配置

主顯示屏始終顯示上邊框、左邊框和右邊框的內(nèi)容。它們包括：用戶跑表；推子跑表；兩個立體聲電平表頭，各帶有一個相位指示表頭，一個標簽，表示電平的指示點；時鐘；菜單按鈕。主屏的中央?yún)^(qū)域顯示當前登錄的用戶，以及最近載入的快照名字和擁有者。一旦有內(nèi)部錯誤發(fā)生，主頁上會顯示一個錯誤信息窗口。

圖9 融媒體演播室調(diào)音臺主界面

1.9 燈光舞美系統(tǒng)建設(shè)

該演播室主要用于廣播電臺節(jié)目制作，包括訪談類節(jié)目、主持人串聯(lián)節(jié)目及其他類型的電視節(jié)目。主要要求有：為了實現(xiàn)全媒體制作對燈光的新要求、提高節(jié)目的畫面質(zhì)量，以及高質(zhì)量完成節(jié)目制作的各項技術(shù)保障工作?，F(xiàn)需對該演播室進行燈光系統(tǒng)設(shè)計改造，投標方需提供相應(yīng)的燈光設(shè)計方案并承擔系統(tǒng)改造施工、舊系統(tǒng)及設(shè)備拆除利舊、燈具的安裝、調(diào)試等工作。設(shè)計要求如下：

（1）平均白光照度：≥800LUX；

（2）顯色指數(shù)：Ra≥90；

（3）燈具色溫：5600K（5600K±250K），要求提供的所有基本LED燈具的色溫基本保持一致;

（4）噪聲應(yīng)滿足新聞演播室環(huán)境噪聲要求；所有設(shè)備的電磁波不能對視音頻設(shè)備產(chǎn)生干擾。

（5）系統(tǒng)應(yīng)滿足新聞、訪談和展示類節(jié)目的直播和制作要求；

（6）應(yīng)標的LED燈的光衰、光譜曲線等指標應(yīng)能保持五年或以上時間；

1.9.1 燈光控制臺硬件架構(gòu)

圖10 燈光控制臺前面板

燈光控制臺前面板：

（1）執(zhí)行區(qū)（Fader&Button Executors）

執(zhí)行區(qū)分推桿執(zhí)行區(qū)和按鈕執(zhí)行區(qū)，用于存放和調(diào)用程序，效果，宏，組總控。功能都能自定義。（最大自帶30個，最小10個。）

（2）翻頁區(qū)（Page+-）

按Up（+），Down（-）按鍵能進行前后翻頁。

（3）主執(zhí)行推桿（Main Executors）

AB場推桿由2根推桿組成，還有Pause Go- Go+三個按鍵。

（4）編碼器區(qū)（Encoder bar）

由2個屏幕編碼器和4個屬性編碼器組成，屏幕編碼器用于滾動翻閱屏幕信息，屬性編碼器用于調(diào)節(jié)屬性數(shù)值，可以用來調(diào)節(jié)亮度，顏色，圖案等參數(shù)。

（5）1號主屏（Screen1）

顯示的內(nèi)容由用戶自定義，可直接觸摸操作。

（6）多功能用戶鍵區(qū)（X-Keys）

在某些菜單中為物理快捷鍵，也可以存儲程序，視圖，效果，宏等。

（7）菜單鍵區(qū)（Menu Keys）

用于保存調(diào)用節(jié)目，修改控臺的設(shè)置。

（8）命令鍵區(qū)（Command Area）

主要在編程中使用，詳見關(guān)鍵字文檔。

（9）軌跡球區(qū)（Trackball）

用于控制鼠標，Pan（X軸） /Tilt（Y軸），也可以當調(diào)光輪。

（10）總控推桿（Grand Master）

默認控制所有燈的亮度輸出。

調(diào)光輪（Level Wheel-Dimmer）：調(diào)節(jié)燈具的亮度。

（12）電源按鈕（Power Key）：開啟或關(guān)閉控臺。

（13）USB接口（USB）：

用于存儲燈庫或者節(jié)目，也可以外接鍵盤鼠標。

圖11 燈光控制臺后面板

燈光控制臺后面板：

（1）鵝頸燈接口（DeskLampOutputs）

用于連接工作燈。

（2）無線DMX（WirelessDMX）

由一個天線，一個指示燈，兩個按鈕組成，天線用于接收燈具的無線DMX信號，按鈕用來設(shè)置無線。

（3）DMX接口（DMX In&DMX Out A-F）

由一個DMX 輸入和六個DMX輸出組成，用于連接燈具。

（4）USB接口（USB）

用于存儲燈庫或者節(jié)目，也可以外接鍵盤鼠標。

（5）電源開關(guān)&接口（Mains Switch&Input）

由一個開關(guān)和一個接口組成，用于連接市電。

（6）MIDI接口（MIDI IN+Out）

由MIDI輸入和輸出組成，主要用來接收時間碼。

（7）以太網(wǎng)接口（Ethernet 1+2）

以太網(wǎng)接口，用于連接擴展器，多媒體服務(wù)器等設(shè)備。

（8）音頻輸入接口+時間碼輸入接口（Audio In+LTC/SMPTE In）

用于音頻輸入和LTC/SMPTE輸入。

（9）領(lǐng)焰擴展器接口（LDS Link）

用于連接領(lǐng)焰的側(cè)翼推桿（FaderWing）。每個側(cè)翼推桿可以擴展15個推桿。

1.9.2 燈光控制臺軟件配置

圖12 燈光舞美系統(tǒng)軟件

1.10 電路系統(tǒng)建設(shè)

音視頻系統(tǒng)核心設(shè)備功率為4KW，必備燈光系統(tǒng)功率2KW。外電為兩路不同路由市電，分別通過兩路10KVA UPS并線后給系統(tǒng)核心設(shè)備供電，2臺ups 具有自動倒換功能，電池組后備待機時間為30分鐘。

圖13 配電系統(tǒng)

2.運行報告

2.1 視頻系統(tǒng)運行情況

項目針對融媒體演播室視頻系統(tǒng)進行了建設(shè)。綜合省級電臺以上播控系統(tǒng)的優(yōu)點，根據(jù)臺內(nèi)對節(jié)目播出的具體技術(shù)要求，獨立定制系統(tǒng)，具備一定的獨創(chuàng)性。融媒體演播室面向未來五年都是可用的，融媒體演播室建設(shè)分為實體和虛擬兩個區(qū)域，可以滿足訪談和互動類節(jié)目的需求。

圖14 融媒體演播室視頻系統(tǒng)

2.2 音頻系統(tǒng)運行情況

豐富多元的系統(tǒng)功能使得日常播出的操作更加快捷簡便。對于節(jié)目中出現(xiàn)反相、單聲道、停播等問題，系統(tǒng)也能給予聲光報警，提醒技術(shù)人員及時處理，杜絕安全隱患，減少了安全播出事故的發(fā)生，保證了系統(tǒng)安全高效地運行。

圖15 融媒體演播室音頻系統(tǒng)

2.3 燈光舞美系統(tǒng)運行情況

根據(jù)臺內(nèi)臺對燈光的具體技術(shù)要求，采用了領(lǐng)焰科技H2i的燈光控制臺。豐富多元的系統(tǒng)功能，使得日常燈光的調(diào)節(jié)工作更加快捷簡便。

圖16 融媒體演播室燈光舞美系統(tǒng)

3.總結(jié)

本文為適應(yīng)廣電媒體融合建設(shè)發(fā)展思路，對國內(nèi)新建的虛擬演播室調(diào)研，掌握了演播室對該系統(tǒng)預(yù)期需求。通過對需求的分析、歸納和總結(jié)，經(jīng)過反復(fù)論證分析，結(jié)合江蘇廣電廣播融媒體演播室設(shè)計建設(shè)方案，根據(jù)實際建成已投入在線使用的融媒體演播室現(xiàn)場設(shè)備使用情況，詳細講述了虛擬演播室的建設(shè)標準、設(shè)計架構(gòu)、基本功能、系統(tǒng)集成和應(yīng)用方向，對虛擬演播室的設(shè)計與建設(shè)提出詳細見解和具體技術(shù)指標，以滿足大多數(shù)廣播電視臺融媒體演播室接下來幾年的建設(shè)目標，并提供技術(shù)參考。為演播室設(shè)計與建設(shè)提供寶貴經(jīng)驗，具有實際應(yīng)用價值。