新聞演播室大屏幕熱備份系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

蔡小薇

（天津海河傳媒中心，天津 300202）

0 引 言

天津海河傳媒中心新聞演播室位于天津數(shù)字電視大廈4樓，占地面積約750 m2，承擔(dān)了《天津新聞》《12點(diǎn)報(bào)道》《晚間新聞》等多檔新聞節(jié)目的全年直播和天津市重大活動(dòng)的新聞直播任務(wù)，是天津新聞宣傳報(bào)道的重要直播平臺(tái)。由于該演播室內(nèi)原大屏幕系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，安全性、穩(wěn)定性有所下降，因此，天津海河傳媒中心在2022年啟動(dòng)大屏幕系統(tǒng)更新項(xiàng)目。此次新聞演播室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)為L(zhǎng)ED小間距超高清大屏，具體系統(tǒng)項(xiàng)目改造方案如下。演播室大屏實(shí)景如圖1所示。

圖1 演播室大屏實(shí)景

1 LED顯示大屏幕系統(tǒng)概況

發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）可以直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光。LED大屏是由三原色燈珠組成單元板，通過(guò)芯片控制發(fā)光[1]。隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，LED屏幕點(diǎn)距越來(lái)越小，刷新頻率不斷提高，大屏顯示畫(huà)面更加清晰、細(xì)膩，色彩還原度高，越來(lái)越多地應(yīng)用于電視節(jié)目的制作。

大屏幕在新聞演播室節(jié)目制作中一般作為主播背景呈現(xiàn)在鏡頭中，需要根據(jù)節(jié)目實(shí)時(shí)變換顯示內(nèi)容，是節(jié)目制作的重要環(huán)節(jié)。演播室大屏幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足《廣播電視安全播出管理規(guī)定》的相關(guān)管理規(guī)定，需要考慮整體系統(tǒng)雙鏈路設(shè)計(jì)，通過(guò)完善的熱備份機(jī)制保證整體系統(tǒng)安全性，并制定直播應(yīng)急操作預(yù)案，保障節(jié)目播出安全。下面具體介紹系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。

2 大屏幕系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

新聞演播室大屏幕系統(tǒng)主要由LED顯示屏、大屏控制器、視頻處理器、切換臺(tái)、控制計(jì)算機(jī)以及配電系統(tǒng)組成[2]。

大屏幕系統(tǒng)采用三級(jí)主、備雙鏈路架構(gòu)，熱備份機(jī)制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 新聞演播室大屏幕系統(tǒng)圖

2.1 大屏顯示信號(hào)熱備份

大屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主、備兩臺(tái)大屏控制器。每臺(tái)大屏控制器輸入3路信號(hào)，分別是1路串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）基帶信號(hào)和2路不同路由的高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）信號(hào)，輸出為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)線發(fā)送至LED顯示屏。每塊LED箱體配置雙接收卡，接收主、備大屏信號(hào)后環(huán)出至另一塊箱體，信號(hào)首尾串接，實(shí)現(xiàn)大屏顯示。

主大屏控制器發(fā)送主路大屏信號(hào)至屏體左一箱體主接收卡，依次串接所有箱體主接收卡，形成大屏信號(hào)左環(huán)路。備大屏控制器發(fā)送備路大屏信號(hào)至屏體右一箱體備接收卡，依次串接所有箱體備接收卡，形成大屏信號(hào)右環(huán)路。

大屏每個(gè)箱體均為雙信號(hào)鏈路。當(dāng)主路大屏控制器發(fā)生故障，無(wú)信號(hào)輸出時(shí)，屏體會(huì)自動(dòng)切換至備路接收信號(hào)顯示。當(dāng)某一塊LED接收卡或網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生故障，不會(huì)影響與其串接的其他箱體信號(hào)顯示，避免出現(xiàn)部分屏體黑屏情況，保障節(jié)目播出安全。

2.2 大屏拼接處理信號(hào)熱備份

系統(tǒng)配置了主、備兩臺(tái)邁普視通LED-W4000視頻處理器，其主要功能是完成視頻信號(hào)拼接、切換和多畫(huà)面顯示等，保障輸出至大屏控制器的視頻信號(hào)正常。W4000視頻處理器背板如圖3所示。

圖3 LED-W4000視頻處理器背板示意圖

視頻處理器標(biāo)準(zhǔn)輸入共12路，分為4組，每組內(nèi)3路信號(hào)，三選一使用；包括SDI×1、HDMI×3、DVI×4、DP×4；分辨率規(guī)格為SDI（3GSDI：1 080p/i及以下）；HDMI、數(shù)字視頻接口（Digital Visual Interface，DVI）、DP（Display Port）均支持4K×1K/60 Hz范圍擴(kuò)展顯示標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)（Extended Display Identification Data，EDID）管理。

視頻處理器的擴(kuò)展輸入支持同時(shí)擴(kuò)展2組4K模塊。單個(gè)模塊包含DP1.2×1，HDMI2.0×1（含一路環(huán)出），單個(gè)模塊內(nèi)輸入端口二選一使用。

大屏系統(tǒng)中，視頻處理器共有三路輸入，如表1所示。

表1 視頻處理器輸入列表

視頻處理器輸出共12路，分為2組，每組包含4路DVI（A、B復(fù)制，例如1A=1B、2A=2B）及2路HDMI（A、B復(fù)制）DV1、HDMI兩種端口，二選一使用。兩臺(tái)視頻處理器各輸出1路HDMI（1A）信號(hào)，分別送至主、備大屏控制器輸入端。

主、備W4000視頻處理器通過(guò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，可實(shí)現(xiàn)同步切換操作。正常狀態(tài)時(shí)，主、備視頻處理器默認(rèn)選擇大屏控臺(tái)信號(hào)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)該信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，手動(dòng)切換主處理器至其他輸入源，備處理器同步切換，保障送至下級(jí)的主、備路信號(hào)保持一致。當(dāng)主或備視頻處理器發(fā)生故障，可直接將故障設(shè)備斷電，僅使用另一臺(tái)處理器工作，避免故障處理器輸出錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致大屏出現(xiàn)閃爍、靜幀、花屏等情況發(fā)生。

2.3 視頻信源切換熱備份

在新聞節(jié)目制作中，尤其是直播節(jié)目，要求大屏幕素材切換靈活、快捷，且在新聞連線環(huán)節(jié)還需要屏幕開(kāi)窗等，切換操作主要使用大屏控臺(tái)完成。系統(tǒng)配置邁普視通MIG-EC80切換臺(tái)，支持4K輸入/輸出，是多圖層處理與控制一體化的視頻控臺(tái)，內(nèi)部采用4K/60 Hz 4∶4∶4圖像處理技術(shù)，內(nèi)置4K矩陣，支持多路4K輸入之間淡入淡出切換。切換臺(tái)面板設(shè)計(jì)如圖4所示，切換臺(tái)背板設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖4 MIG-EC80切換臺(tái)面板

圖5 MIG-EC80切換臺(tái)背板

系統(tǒng)中，大屏控臺(tái)共有六路輸入，如表2所示。

表2 大屏控臺(tái)輸入列表

切換臺(tái)主輸出2路，1A路和1B路HDMI主輸出信號(hào)分別送至主、備視頻處理器。

正常工作狀態(tài)時(shí)，節(jié)目制作使用大屏控臺(tái)可以快速完成多路信源淡入淡出切換、圖層疊加、圖像zoom變換、圖像截取等操作，畫(huà)面效果可通過(guò)預(yù)監(jiān)端口實(shí)時(shí)監(jiān)看。同時(shí)，備背景服務(wù)器輸出1路信號(hào)作為大屏熱備份信號(hào)。當(dāng)控臺(tái)發(fā)生故障，手動(dòng)切換下一級(jí)視頻處理器至備路HDMI信號(hào)（即輸入2），保障節(jié)目正常進(jìn)行。

2.4 供電系統(tǒng)雙備份設(shè)計(jì)

按照廣播電視安全播出要求，大屏系統(tǒng)的配電系統(tǒng)采用雙供電及雙電源設(shè)計(jì)。配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 配電系統(tǒng)示意圖

配電箱設(shè)置了主、備動(dòng)力電的自動(dòng)倒換裝置，同時(shí)輸出兩路市電提供給大屏系統(tǒng)主、備電源供電。為了防止LED箱體整體啟動(dòng)電流過(guò)大，大屏配電箱設(shè)置了手動(dòng)分批啟動(dòng)功能[3]。每個(gè)箱體均為雙電源供電，主路與備路電源分別串接。當(dāng)主路電源或者某個(gè)箱體主電源模塊發(fā)生故障，串接的箱體自動(dòng)切換至備路電源模塊供電，避免出現(xiàn)部分屏體黑屏情況，保障節(jié)目播出安全。

3 系統(tǒng)安全及應(yīng)急操作

正常狀態(tài)下，大屏系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為大屏控臺(tái)信號(hào)輸出，主路工作，備路處于熱備份狀態(tài)。

3.1 大屏信號(hào)顯示異常處理

如果大屏信號(hào)顯示異常，可采用如下步驟進(jìn)行故障定位、處理。

（1）切換控臺(tái)其他信源，查看控臺(tái)預(yù)監(jiān)信號(hào)是否正常，判斷控臺(tái)是否故障。

（2）如視頻控臺(tái)發(fā)生故障，手動(dòng)切換主視頻處理器信號(hào)，主、備路系統(tǒng)后端一級(jí)正常。

（3）視頻控臺(tái)狀態(tài)正常時(shí)，繼續(xù)判斷下一級(jí)故障點(diǎn)。斷開(kāi)主視頻處理器電源，備路視頻處理器工作，若備路系統(tǒng)后端一級(jí)正常，可判斷為主視頻處理器故障。

（4）如主、備路視頻處理器或線路發(fā)生故障，手動(dòng)切換主、備大屏控制器至HDMI2信號(hào)，大屏顯示為備路背景服務(wù)器信號(hào)。

3.2 大屏單塊箱體顯示異常處理

如果大屏單塊箱體顯示異常，一般為大屏模組顯示器件故障或箱體接收卡、電源模塊故障，需要及時(shí)檢查線路，更換配件。

4 LED顯示屏體主要技術(shù)參數(shù)

4.1 點(diǎn) 距

LED顯示大屏由三原色燈珠組成，兩個(gè)燈珠的中心點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為點(diǎn)間距。點(diǎn)間距的大小決定屏幕的顯示分辨率。分辨率越高，屏幕在顯示畫(huà)面時(shí)就越清晰。在點(diǎn)陣圖像中，最佳的顯示效果是顯示分辨率與信號(hào)分辨率一樣，即點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

新聞演播室大屏幕設(shè)計(jì)為L(zhǎng)ED小間距超高清大屏，采用平面屏設(shè)計(jì)，屏幕寬4.72 m，高3.6 m，總面積為17 m2。大屏系統(tǒng)的主輸出信號(hào)為4K信號(hào)，信號(hào)分辨率為3 840×2 160，按照點(diǎn)對(duì)點(diǎn)全屏顯示計(jì)算，可推算出最佳點(diǎn)距。按屏體寬度計(jì)算點(diǎn)距為4720 mm÷3 840≈1.22 mm。按屏體高度計(jì)算點(diǎn)距為3 600 mm÷2 160≈1.66 mm。

在電視節(jié)目制作中，大屏點(diǎn)距的選擇還與節(jié)目?jī)?nèi)容直接相關(guān)。由于該新聞演播室大屏應(yīng)用于新聞?lì)l道多檔節(jié)目制作，節(jié)目形式各不相同，大屏不僅承擔(dān)背景渲染的功能，還需要準(zhǔn)確顯示文字、圖表和連線視頻等內(nèi)容信息，要求屏幕有較高的清晰度。綜合評(píng)估，屏體選擇了點(diǎn)距為1.25 mm的LED顯示屏。

4.2 低亮度、高灰度

LED顯示屏是自發(fā)光電子設(shè)備，本身具有高亮度。在演播室節(jié)目制作中，屏幕與現(xiàn)場(chǎng)燈光和舞美環(huán)境相配合，亮度一般會(huì)調(diào)至較低，這樣才能拍攝出最佳的畫(huà)面效果。當(dāng)顯示屏降低亮度時(shí)，畫(huà)面就會(huì)出現(xiàn)較為明顯的灰度損失現(xiàn)象，所以在電視演播室的大屏選型中，要求屏幕需要在低亮度的情況下保持很好的灰度表現(xiàn)，即“低亮高灰”[4]。一般要求大屏亮度0%～100%無(wú)極可調(diào)，P1.25屏灰階不低于16 bits，支持分段校正，提升各個(gè)灰階的顯示均勻性。

4.3 高刷新率

電子束對(duì)屏幕上的圖像重復(fù)掃描的次數(shù)越高，刷新率越高，所顯示的圖像穩(wěn)定性就越好。LED小間距屏在高刷新率下，攝取畫(huà)面穩(wěn)定，無(wú)波紋黑屏，圖像邊緣清晰，準(zhǔn)確還原圖像真實(shí)信息[5]。

4.4 前維護(hù)設(shè)計(jì)

LED顯示箱體采用雙卡雙電源備份控制，箱體可正反面拆卸；模組、控制盒正面維護(hù)，便于快速維修更換，系統(tǒng)安全性更高[6]。

5 結(jié) 語(yǔ)

高清晰度的屏幕顯示、準(zhǔn)確的色彩還原以及安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是電視制作領(lǐng)域?qū)Υ笃聊幌到y(tǒng)的基本要求。隨著LED大屏幕技術(shù)的不斷發(fā)展，異形屏、開(kāi)合屏、弧形屏、地屏等設(shè)計(jì)越來(lái)越多，加之虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的興起和應(yīng)用，大屏幕在電視節(jié)目的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，形式更加豐富。對(duì)此，需在節(jié)目錄制工作中不斷探索大屏幕的系統(tǒng)流程和備份應(yīng)急機(jī)制，為節(jié)目創(chuàng)作、創(chuàng)新提供技術(shù)保障。