十堰電視臺新聞數字直播系統

趙 虎，孫 飛，嚴禮明，丁 毅，楊超峰，胡 甜

(湖北十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000)

十堰電視臺新聞數字直播系統

趙 虎，孫 飛，嚴禮明，丁 毅，楊超峰，胡 甜

(湖北十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000)

描述了十堰電視臺新聞直播系統的組成及功能，分享了Blackmagic Design數字切換臺、數字矩陣、大洋科技的圖文在線包裝系統、迪樂普的虛擬演播室系統和極速studio播出視頻服務器等關鍵技術。分析了直播系統的視音頻信號流程，介紹了視音頻信號的調度、分配、應急措施。運用音頻混嵌技術，簡化了信號流程，節省了設備資源。

數字切換臺；視頻服務器；虛擬演播室系統；在線包裝；音頻混嵌

十堰電視臺原新聞直播系統是模擬播出系統，該系統建于2007年，它是以松下70切換臺和DVCAM錄像機播出為主的手動播出系統。系統運行多年，已嚴重老化，影響安全播出。2014年3月十堰電視臺對該系統進行了升級改造，實現了以ATEM數字切換臺為核心的全數字新聞直播系統。

1 系統設計的原則和要求

技術先進：隨著電視技術的快速發展，電視節目的數字化是基本要求，必須采用先進的技術、成熟的產品、標準的SDI數字視頻接口。要求系統提供在節目制作和直播上具有創意的設備配置和應用。系統能為我臺數字制播網、媒資服務器、素材和資料的管理及共享提供可發展空間。

系統的安全性、可靠性：在系統的設計和設備選型時，要把穩定性、可靠性和安全性放在第一位，建立完善的冗余備份和安全防范體系，保證系統的高可靠性和端到端的可靠性，具有多重防護措施，應急手段豐富[1]。

系統功能完備：系統平時既要完成錄播工作、虛擬采集工作，也要能勝任新聞直播需要。要求對新聞、訪談、少兒、文藝等電視節目有針對性地設計和預案。系統信號調配靈活，檢測便利，維護方便，應急操作安全、快捷。

系統的可擴展性高：直播系統投資較大，電視節目的發展日新月異，節目內容不斷創新，系統的技術功能也要隨之發生變化，設計和實踐中也要考慮到節目變化后系統的可擴展性。

2 直播系統視頻結構和流程

視頻部分采用數字主備切換臺熱備份加數字視頻矩陣應急播出。重要分系統主備播服務器為熱備份。處理環節視頻分配器、加嵌器冗余備份[2]。主要設備和重要節點配有雙電源，確保播出安全、可靠，如圖1所示。

圖1 直播系統視頻結構和流程(截圖)

2.1 信源部分

1)攝像機

Sony公司的PVW-EX330K有3個“Exmor coms”全高清成像器，54 dB信噪比，高水平分辨率，畫質優秀，色彩表現良好，操控方便。HD/SD-SDI,HDMI兩大數字高清接口。

2)視頻服務器

主備服務器采用極速studio視頻服務器，它具有如下特點：

(1)采用先進的“CPU+GPU+多通道I0卡”技術。

(2)采用超線程軟件codec，多線程并發協同工作，輕松實現MPEG2 I，MPEG2 IBP，DV25，DV50等多種流媒體格式混合播出。

(3)采用內存仿真軟件cache，在節目上載或播出時，系統會自動對節目數據流進行高速緩沖，有效克服了I/O瓶頸和網絡阻塞。

(4)對節目文件具有容錯和糾錯能力。

(5)支持RAID0、1、0+1、3、5、50、透明后臺故障盤重建，熱備用盤支持。

(6)雙熱插拔風扇和雙冗余電源，確保在高速訪問數據信息時存儲系統的可靠性。

(7)大容量及可擴展性；標配6個3.5 in(1 in=2.54 cm)SAS/SATA熱拔插硬盤驅動器，單陣列的最大存儲能力可達6 Tbyte。

3)非線編輯機

視頻板卡采用Matrox Mxo2，廣播級質量高/標清輸入/輸出。支持業內流行的文件格式和各種工作流程，可以使用所有Adobe Premiere Pro支持的編解碼格式。EDIUS編輯軟件。

4)硬盤錄像機

Blackmagic Design公司的HYPERDECK Studio機架式固態硬盤錄像機10 bit 4:2:2無壓縮視頻，雙硬盤插槽，支持SDI和HDMI的記錄和播放。

非線編輯機和硬盤錄像機既可以作為視頻服務器的備份，也可插播一些高時效性的新聞以及片花、墊片或已錄制好的成品節目。

2.2 數字切換臺

Blackmagic Design公司的ATEM 2 M/E Production Studio 4K數字切換臺。

1)采用全數字10 bit設計，確保視頻信號達到廣播級畫面質量。

2)利用輸入的數字信號源可以實現高質量的色鍵摳像和無縫的畫面合成。

3)具有多種轉場、媒體池、下游鍵控、多畫面分割等強大功能。

4)內建多通道調音臺，可以把模擬音頻與輸入端的HDMI或SDI直接進行輸入混合，或使用音頻跟隨視頻功能，實現音頻自動均勻轉場。

5)采用了人們熟知的M/E操作方式，讓操作人員可以快速掌握。

2.3 虛擬演播室系統

虛擬部分采用迪樂普公司的TOP3D-SET系列三維虛擬演播室系統。它提供了優異的圖像質量和強大的處理功能。硬件部分選用了業內頂級的品牌，增強了系統的穩定性和可靠性，虛擬演播室的使用給制作人員帶來了創意和想象的空間，縮短了節目制作周期，提高了演播室的利用率，如圖2所示。

圖2 虛擬系統結構框圖

從演播室藍箱過來的3路攝像機信號，經過切換器選擇后，進入色鍵器與渲染服務器一起完成摳像、合成、場景處理功能。經渲染處理后的合成SDI數字信號送入加嵌模塊與從調音臺輸出經延時器處理后的聲音信號加嵌。加嵌后的SDI數字信號一路去主切換臺，一路去備切換臺，一路去視頻矩陣，一路給虛擬采集。

從色鍵輸出的一路模擬視頻信號經模擬分配模塊后，一路作為虛擬監視用，一路給主持人回視用。

攝像機跟蹤服務器，受渲染服務器控制，渲染服務器控制攝像機的推拉、搖移。

2.4 在線包裝機、字幕機

在線包裝機選用大洋DAURIC型號，主要用于節目中三維圖文制作，預覽，實時渲染播出，提供質感亮麗自然的三維空間效果。

字幕機選用大洋D3-CG Live型號，為用戶提供了快捷、方便的模板制作工具以及專門針對直播節目設計的播出控制界面，既可以播字幕Logo等，也可以作為在線包裝機的備份，如圖3所示。

圖3 在線包裝機和字幕機結構框圖

在線包裝機和字幕機的key信號和Fill信號經數字視頻分配器后分別送入主備切換臺，通過主備切換臺的下游鍵可以將渲染信號和字幕信號疊加在主備臺的PGM信號上。

在線包裝機的輸入端接入一路演播室信號，一路外場信號。通過在線包裝機的連線對話模塊，實現主持人和現場記者及當事人之間的對話，完成視頻連線功能。以便于實時播出外場信息。

2.5 視頻信號流程

各路信源信號，經過數字分配器或數字加嵌器后，分成3路分別送入主備切換臺和數字矩陣，接入主備切換臺和數字矩陣的信源信號，輸入單口序列號保持一致。以保證播出、錄制、調度和應急時操作的方便性。

演播室場景分為藍箱部分(配合虛擬服務器)和實景部分，共配備有5臺攝像機，各分成3路分別送入主備切換臺和視頻矩陣，其中1、2、3號攝像機輸出的信號，分別多分出一路進入虛擬服務器，經渲染合成，再經加嵌后送入主備切換臺、視頻矩陣和虛擬采集。

切換臺輸出的2路PGM信號和矩陣輸出的1路PGM信號，依次經過3×1切換器，SDI數字延時器，數字光纖發射機傳輸至播控中心。3×1選擇開關，SDI數字延時器均具有掉電直通功能。

3 應急輸出和信號調度

數字矩陣采用Blackmagic Design公司的32×32矩陣，在矩陣兩端接入幀同步器，實現對外來信號的鎖相。以數字矩陣為核心，信源資源和設備資源共享，從而實現了直播時各路信號和外部信號的調度和應急輸出。

矩陣的視頻輸入信號包括切換臺的全部輸入信號，外部信號以及切換臺的PGM信號、AUX信號、三選一監視信號、SDI延時器環通信號、主備光纖發射機環通信號等。

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數字矩陣的輸出分配有下述幾個方面的要求：

1)提供主備切換臺同時故障時的應急切換。

2)為監視器和監視大屏靈活提供所需信號的畫面。

3)選擇各視音頻信號技術檢測源。

4)審片時對信號源的選擇。

5)為臨時性錄像和其他特殊需求提供靈活的信號調度[3]。

4 視頻監視

1)ATEM主備切換臺內置多畫面分割功能、所有進入ATEM切換臺的視頻信源信號可以通過PVW視頻預監大屏幕電視和二級分頻6 in液晶顯示屏全部顯示。

2)所有視頻信源信號進入視頻矩陣后，通過矩陣選擇后顯示在液晶顯示屏上。

4)主備服務器、非編機、虛擬采集、直播采集、在線包裝、字幕機等視頻設備均自帶有獨立顯示器。

全方位、多環節、相互備份的視頻監視設計，實現了全面、動態的顯示。確保在某一部分故障時安全的播出。

5 直播系統音頻結構和功能

音頻系統采用主備調音臺熱備份，主調音臺采用Yamaha 01v96數字調音臺，它采用24 bit/96 kh采樣標準，提供了優異通透的音質，可以同時實現模擬和數字兩種輸入。備調音臺采用Soundcraft GB2-16，每個輸入通道都使用了前置放大器和均衡器，同時還具有輔助母線輸出，為系統提供了靈活豐富的備份輸出信號[4]，如圖4所示。

圖4 直播系統音頻結構和功能

5.1 音頻通道

主備調音臺的音頻信源由多路有線傳聲器和無線傳聲器，外加一路電話耦合器組成。每個音源信號經無源線分或無源話分分配后，分別送入兩個調音臺進行通道備份。接入調音臺的音源信號的序列號保持一致，以方便操作。當某一個調音臺故障時，通過二選一開關，可以由另一個調音臺快速替代。

二選一出來的信號經過音頻延時器后，通過音頻分配器分配，其中兩路分別送入ATEM主備切換臺混嵌，一路與虛擬服務器過來的SDI數字視頻信號加嵌，一路現場監聽，一路給導播監聽。

直播平臺從安全性考慮，除調音臺采用主備外，每個欄目主持人傳聲器都有備份。主持人選用的傳聲器為舒爾傳聲器，此傳聲器音質好、音域寬。

5.2 內部通話系統

調音臺輔助輸出經過2×1開關后，一路與電話耦合器相連接，一路與內部通信系統相連接。

通話系統是直播中各個崗位之間聯絡協調的重要通信工具。在節目直播時，導播需與主持人、攝像人員等崗位協調，統一調度。主持人受話只能通過耳機接收，主持人語音通過傳聲器傳到調音臺，再由調音臺輔助輸出送到通信主站，完成主持人的雙向通話。通話系統選用CLEAR COM(Ms-232)。

5.3 外場通話和播出

音頻系統中配置了電話耦合器，與調音臺和內部通話系統配合，實現導播、主持人和現場記者或場外受眾的信息溝通。主持人聲音經過傳聲器/話分/調音臺/輔助輸出/2×1開關/電話耦合器/電話/到達現場受眾。外場聲音通過電話/電話耦合器/線分/調音臺/輔助輸出/2×1開關/內部通話/無線耳機到達主持人。語音播出時通過調音臺/主輸出/2×1開關/音頻延時器/音分/切換臺。

調音臺的輔助輸出通過調音臺的編組功能設定。兩個調音臺主輸出和輔助輸出后的2×1選擇開關聯動控制，且 2×1 開關具有掉電直通功能。

5.4 音頻混嵌

調音臺的信源來自于演播室主持人和嘉賓的現場聲以及電話耦合器的聲音信號。

ATEM切換臺具有模擬聲音輸入混嵌功能。主備服務器、硬盤放像機、非編機等信源信號輸出的包含視頻和聲音的SDI數字信號經數分后，直接送入主備切換臺和視頻矩陣。無需將音頻信號解嵌出來，減少了處理環節，節省了部分設備。

利用ATEM數字切換臺的混嵌功能，模擬聲音輸入ATEM切換臺后可以與所選定的通道聲音混嵌后和SDI視頻信號一起輸出。

ATEM切換臺內置了一個調音臺軟件功能，用一根USB電纜與電腦連接，通過這個調音軟件可以對各路聲音信號的電平進行調整，也可以外接一個音量平衡控制臺手動操作。

6 同步與時鐘

視頻同步系統采用大連捷成的BG-100同步信號發生器。它具有雙路同步信號發生及自動倒換功能。當BG-100處于內部同步狀態時，整個演播室系統鎖定在BG-100同步機上，當演播室與主控聯合工作時，主控的黑場信號送入 BG-100 外同步輸入接口，使同步機外鎖相，以實現演播室系統與主控系統同步。

主控機房的衛星校時鐘TVZ3100讀取GPS時鐘信號后，由時鐘服務軟件通過廣播方式發送時鐘信號，以統一校正主控和直播系統的時鐘。

7 環境與管理

良好的機房環境和科學的管理是保證直播系統安全工作的重要條件。

1)在機房的建設和裝修中要按照有關標準和技術規范施工。注意防塵、防蟲、防鼠、防靜電，同時注意散熱通風，保持適宜的溫度、濕度。機房要綜合考慮照明、空調、安防等設備的配置。為保證室內溫度、濕度，安裝了兩臺有除濕功能的空調機。

2)定期對設備檢修、維護、測試指標，定期對計算機、服務器、字幕機等設備除塵、除灰。保證機房清潔、衛生、整齊。

3)制定了設備的操作流程、開關機順序，開機時先開主電源，再按要求順序打開設備電源。關機時，一定讓系統自動關閉后，再關主電源，嚴禁直接切斷電源關機。

4)直播系統采用數字信號傳輸和處理，因此對于信號線和電力線的分隔和屏蔽有較高的要求，電源線和信號線要相距一定的距離。接地電阻小于1 Ω，接地電纜表面積比較大。各接點要確保連接牢固。數字信號電纜線和電纜頭采用佳耐美專用數字線，并使用專用工具加工電纜頭。視頻線、音頻線、電源線、接地線、控制線標識明確，線路清晰，分隔有序，保持各類干擾大大減少，信號傳輸質量穩定，圖像優良。

5)制定了直播機房管理制度，值班制度以及設備的維護、檢修制度。系統電路原理圖、信號流程圖上墻，以方便技術人員維護檢修。操作流程圖上墻，以方便直播人員按要求有序工作。制定了錄播、直播時責任人簽字問責制，制定了安全播出應急預案和應急措施[5]。

8 結束語

該數字直播系統于2014年6月正式投入使用，承擔了《直播十堰》、《午間高鐵》兩檔新聞欄目的直播和部分經濟、文化、少兒節目的錄播任務，大大增加了電視節目的安全性和可靠性，提高了工作效率，提升了圖像質量，促進了十堰電視臺數字技術的發展。

[1] 林觀養.高清新聞演播室系統的構建[J].電視技術，2011，35(16)：92-94.

[2] 張建.黃石電視臺新聞直播演播室的設計[J].電視技術，2013，37(20)：59-61.

[3] 戴羽.寧波電視臺150平米開放式新聞演播室設計[J].現代電視技術，2006(2)：94-98.

[4] 馮毅田.清遠電視臺演播室直播系統技術改造[J].電視技術，2013，37(16)：51-53.

[5] 王蔚.石家莊廣播電視臺新聞節目演播室直播系統[J].廣播電視信息，2011(3)：122-124.

責任編輯：許 盈

Shiyan TV News Digital Broadcast System

ZHAO Hu, SUN Fei, YAN Liming, DING Yi, YANG Chaofeng, HU Tian

(Hubei Shiyan Radio and TV Station，Hubei Shiyan 442000，China)

The composition and function of Shiyan TV newslive broadcast system is described, to share the Blackmagic design digital switching platform, digital matrix, graphic packaging system of Dayang and technology online, the virtual studio system DLP, the key technology of video server speed studio broadcast. The audio signal process broadcast system, video and audio signal, scheduling, allocation of emergency measures are also analyzed. The use of embedded audio mixing technology, simplifies the signalprocess, saving the equipment resources.

digital switching platform; video server; virtual studio system; online packaging; embedded audio mixing

TN948

A

10.16280/j.videoe.2015.20.021

2015-04-09

【本文獻信息】趙虎，孫飛，嚴禮明，等.十堰電視臺新聞數字直播系統[J].電視技術,2015，39(20).