戶外轉播系統擴展技術研究

徐維凡，周潔冰

(廣東廣播電視臺，廣東 廣州510066)

訊道數量是衡量戶外轉播系統規模和制作能力的主要指標，攝像機訊道在整個系統投資中也占很大的比例，因此戶外轉播系統集成完成后，訊道數就基本固定下來，無法隨意增加。然而廣東廣播電視臺在戶外轉播工作中，常常需要增加攝像機。原因有兩點:1)節目需要的攝像機太多;2)場地太大。這就涉及到轉播系統擴展的問題。系統擴展的目標，是為制作人員提供盡可能多的功能，使導播感覺不到擴展設備與既有設備的差異，給予節目制作人員充分的舒適感和便利性。本文就系統擴展時的視頻、音頻、通話和切換指示的接入技術進行討論。

1 視頻系統級聯與擴展

系統擴展可以用圖1 所示的分層結構來描述，攝像機信號接入屬于最基本的要求，通聯、返送、切換指示、返送、光圈控制和源名更改屬于較高層次的功能。在底層功能滿足的情況下會有更高層次的需求，而底層功能的缺失會導致上層功能實現毫無意義，越上層的功能實現起來越復雜。訊道級擴展一般實現低層次的功能，通過ENG 或EFP 攝像機接入系統實現高層次的功能，常通過2 套或2 套以上的系統級聯擴展實現。為方便敘述，本文將導播所操作的系統稱為主系統，接入主系統的系統稱為從系統。

圖1 系統擴展功能分層示意圖

視頻系統的擴展包括視頻信號(本機、返送)、切換指示和與監看系統有關的源名等方面。攝像機本機信號的接入很早就已實現，ENG 攝像機的SDI 輸出用同軸電纜接入系統幀同步機(卡)，有些簡單的系統切換臺自帶幀同步功能，幀同步機都可省去，返送一般在系統級擴展中實現，也比較簡單。視頻系統擴展的主要難點是切換指示的傳輸和源名的自動切換。

1.1 切換指示和源名的原理

切換指示，用于提示導播、攝像等工種當前的PGM 切換狀態，又稱TALLY。攝像機的切換指示由多個LED 燈實現，在攝像機身和尋像器上的多個位置有TALLY 燈，用于給攝像和主持人提供切換信息。以索尼的HDC2580 高清攝像機為例［1］，其TALLY 信號是三極管集電極輸出的直流通斷信號，TTL 電平，電壓為5 V，如圖2 所示，切換臺切中某臺攝像機時，從對應的端口輸出一個直流電平進入攝像機基站，基站通過光纜傳至攝像機機頭，經攝像機放大后驅動對應的TALLY燈。切換指示是非常重要的狀態信息，沒有切換指示會導致攝像長期高度緊張，導播混淆PGM 信號，主持人視線漂移等問題，影響節目質量。

圖2 SONY 攝像機TALLY 燈原理圖

源名是指是監看系統的信號源名稱。目前的戶外轉播系統多采用源名跟隨機制，“跟隨”是相對于“靜態”而言，即源名會隨著信號源的改變而改變［2］。圖3 是本臺10 訊道高清轉播車的源名系統結構圖，切換臺和矩陣將交叉點和源名信息通過串行總線提供給TALLY 服務器，服務器通過檢索交叉點－源名映射表中獲取源名，將源名信息通過RS－485 總線發送至分割器及UMD 顯示器，實現源名的動態顯示。其中分割器和UMD 顯示器都使用TSL 協議進行通信。

圖3 轉播車TALLY 系統結構

TSL 協議是TALLY 設備之間的通信協議，現在已有5.0版本，常用的有TSL3.0，TSL4.0 協議。TSL 協議的物理層采用RS－422/RS－485 串行總線結構，所有的設備串聯在一起，分配不同的地址。一條電纜可連接最多127 個設備。了解TSL 報文的結構對理解切換指示和源名有重要意義，TSL 報文結構如圖4 所示［3］。

每個TSL 數據包由地址、控制字、數據字段等部分組成。其中地址字段用于區分不同的設備，控制字段用于設置顯示

圖4 TSL4.0 協議包結構

設備的亮度，而源名信息被包含在16 byte 的數據字段內，可顯示8 個中文字符或16 個英文字符(由于源名顯示要求簡潔易懂，實際使用控制在5 ～8 個字符)，切換狀態信息在顏色字段顯示，所以使用TSL 協議通信的設備(切換臺、分割器)無須另接GPIO 就可實現切換指示。

1.2 系統級聯時切換指示和源名的實現

1.2.1 切換指示的實現

GPIO 設備和TSL 協議設備的GPIO 實現方式不同。攝像機、監視器為GPIO 設備，切換指示通過并行接口傳遞，務必按照接口定義進行接線。級聯時的切換指示大多通過GPIO 予以實現(通過協議實現也可，但需修改原有TALLY 服務器程序，需集成商提供編程接口)，有時會涉及到多重接口和設備，每條接線都必須正確，否則信號就無法傳遞過去。以我臺10 訊道高清轉播車為例，切換臺有6 組TALLY 信號輸出到車尾接口板，再從接口板通過級聯箱將信號傳輸至EFP系統。其TALLY 系統接線圖如圖5 所示。

10 訊道高清轉播車切換臺選用的是索尼MVS8000GSF高清切換臺，其設備控制單元MKS8700 將GPIO 的輸出到車尾的DB25 口，一個接口內共有4 路雙色TALLY 和2 路單色TALLY。通過光傳輸系統傳輸到EFP，索尼攝像機的TALLY/通聯/音頻信號集成在一個接口，為了方便級聯，本臺EFP 系統的攝像機的TALLY 口已單獨引出在飛行箱接口板，使用XLR 接口，方便接線。

1.2.2 系統源名自動更改

系統擴展時，外來信號有時使用主系統幀同步設備的端口，此時要將幀同步設備的源名改為CAM+XX 的形式。如果是系統級擴展，從系統的源名也要相應更改，否則兩個相同的CAM1 會引起混亂。源名更改有兩種方式，一種是手動更改，在需要的時候進入設備控制界面更改;一種是自動更改。自動更改能使級聯更加快捷，減少技術人員的工作量。本臺兩臺高清轉播車級聯時，采用源名自動更改方式，級聯時車的訊道源名從CAM1－6 自動更改為CAM11－16。其實現方式，仍然是通過TSL 協議通信，將從系統TALLY 服務器作為主系統的外設進行編址，當主系統切選從系統設備時，其源名信息通過以太網傳輸至從系統TALLY 服務器，使之檢測到級聯狀態，之后由從系統的TALLY 服務器通過TSL 協議將切換指示和更改的源名信息發送至分割器，從而實現自動源名跟隨和切換指示。

圖5 廣東廣播電視臺10 訊道高清轉播車通過光級聯箱實現4 訊道擴展TALLY 接線圖

2 通話信號的擴展

導演的拍攝意圖必須告訴攝像才能得到實現，沒有通話系統會使攝像和導演之間的溝通十分困難，因此通話系統在當今節目制作中顯得越來越重要。通話系統的擴展目標，是使導播能與所有的攝像和工種通話，通話系統擴展的難點在于不同通話信號之間的接駁。

2.1 常見通話信號與接口

通話信號和接口種類較多，標準不一導致通話系統對接比較復雜。通話信號有模擬四線、數字四線、數字兩線、模擬兩線等類型，接口有RJ－45，DB9，XLR 等。通話雙方話音物理通路分開的稱為四線系統，不分開的稱為兩線系統。四線信號可以拆分為兩線信號，兩線信號比較變成四線信號。同種類型的通話接口必須統一針腳定義后才能對接。常見4 線通話接口與針腳定義如表1 所示。

Riedel 的輸出電平是－4 dBμ，Telex 和Clearcom 是0 dBμ。因此在系統接入時需在軟件中將后者的電平適量調高。不同設備的通話接口針腳定義是通話系統擴展的基礎，根據定義，即可實現信號的接入。

2.2 通話系統擴展實現

系統級擴展時，涉及到兩套通話系統的級聯。為了實現通話矩陣的無縫接入，我臺的兩臺高清轉播車采用了同品牌的通話矩陣，通過光纖將兩個矩陣串在一起，從而整合成一個大矩陣，如圖6 所示，此時所有接入矩陣的端口都可以在控制軟件中進行調配，形同一個矩陣。

對于不同品牌的矩陣，也可以通過電纜連接的方式進行連接，我臺在戶外轉播時，轉播車與衛星車的通話接入就采用了模擬四線接入的方式，用一條CAT－5 雙絞線將兩個矩陣的模擬四線口連接起來，實現話音的通信。此方法通過預先配置好兩系統的矩陣，可以實現任意端口間的通話，但對預先沒有考慮到的通話需求則不便滿足。比如主系統導播已經設置好跟從系統導播通話，在節目制作過程中突然需要與從系統的無線通話主站通話，此時就需要臨時對從系統矩陣進行配置。此外，由于矩陣協議不同，系統的級聯只能做到音頻接入，但矩陣的源名無法共享，一端矩陣無法設置對方的源名。如果要做到不同品牌的兩個矩陣無縫連接，需要增加1 臺服務器，用于不同協議之間的源名格式轉換，具體型號視不同廠家的矩陣而異。因此，臺內的轉播系統統一通話矩陣的品牌對系統擴展有重要意義。

表1 常見4 線通話接口類型和針腳定義

訊道級擴展時，對于ENG 攝像機來說，通常只鋪設1 條視頻電纜傳回信號。通話方式一般采用無線通話腰包的方式予以實現。可以將無線通話主站的模擬四線口與矩陣的模擬四線口對接，從而實現擴展功能。使用EFP 攝像機時，攝像機基站有四線通話接口，用雙絞線將矩陣的模擬四線口與基站的通話口對接起來，就可以實現全雙工通話。

圖6 RIEDEL 通話系統軟件級聯狀態界面(截圖)

3 利用光傳輸系統實現更高層次的級聯功能

如前文所述，PGM 返送信號和光圈遠程控制屬于較高層次的功能，隨著通話和切換指示的實現，這兩項功能就漸漸呼之欲出。攝像通過查看返送信號可以獲悉導演切中機位的景別和拍攝對象，避免同景別重復拍攝，遠程光圈控制可以讓技術人員調整光圈，減輕攝像的負擔，提高節目質量。系統擴展時，主系統要向從系統提供PGM 聲音。有時從系統要另外制作一套立體聲節目，就需要向其提供全套音源信號。

進入高清時代，高層次功能的實現主要是傳輸上的問題。1 920×1 080/50i 的高清視頻信號碼率為1.5 Gbit/s［4－5］，用同軸線纜的傳輸極限大約是200 m，超出此距離，信號眼圖很差，基本無法傳輸，而攝像機控制的多芯電纜長度一般為10 m，只能在訊道附近進行控制。模擬音頻信號雖然傳輸距離較遠，但是音源多時會有較大的線纜鋪設量，降低工作效率和安全性。為了實現更高層次的功能，使用光傳輸系統是一個極好的選擇。本臺的光傳輸系統就是為轉播車擴展而設計的，考慮到擴展時的視頻、音頻、通話、GPIO、網絡等信號的傳輸需求，在一個周邊機箱內的解決方案，板卡配置情況如圖7所示。

其系統框圖如圖8 所示，該系統可實現6 路高清視頻、2路高清返送、16 路AES 音頻、8 路模擬音頻、3 路四線通話、8通道GPIO、以太網等信號的傳輸，基本可以實現兩套系統6訊道從視頻信號接入、通話到源名所有層次功能。該系統常用于本臺大型戶外轉播車節目中的車－現場信號傳輸、備份傳輸通道和系統級聯。

圖7 光發射機箱板卡配置圖

圖8 我臺光級聯設備系統框圖(截圖)

4 實際節目中的系統擴展案例

2014 年9 月，廣州國際登高邀請賽在廣州地標廣州塔舉行，我臺承擔比賽轉播任務。本次登高賽共有6 000 多人報名，分核心筒和蜘蛛俠棧道兩個賽道同時進行，比賽起點在廣州塔2 樓觀景平臺，終點在廣州塔488 平臺，起點有啟動儀式，終點有頒獎儀式。節目組要求在起點用3 ～4 個機位拍攝起跑儀式，在賽道中段的3 個點安排4 ～6 個機位拍攝選手畫面，在終點用4 個機位拍攝選手沖線畫面和頒獎儀式。

本次轉播的難點在于在垂直空間內大間隔分布了數量不等的機位，轉播車系統的訊道雖然很多但是只能提供在距地面100 m 以內的高度內使用。為了全方位報道比賽畫面，我們制定了詳細的技術方案，如圖9 所示。

圖9 2014 廣州塔國際登高賽轉播系統圖

本次轉播采用10 訊道高清轉播車作為主系統和信號調度中心，同時負責提供2 樓觀景平臺的訊道。位于塔身中段的機位，通過單機微波的方式傳輸至高清車，由于無線訊道的特點，這些機位只能實現信號回傳和通話功能。由于塔頂平臺距地面488 m，不可能使用轉播車訊道，經過測試此處微波信號衰減較大。為了如實記錄終點的比賽結果，在塔頂架設一套4 訊道高清EFP 系統，如果使用衛星、微波等無線方式將塔頂信號送回，將無法實現通話、返送等功能，導致塔頂團隊無法看到播出信號，與轉播車的通信無法得到保障，影響節目效果。因此通過光纖接入轉播車系統。通過前文所述的視頻、通話等各層次的擴展技術，將轉播車、EFP 和若干無線訊道無縫地銜接在一起，組成了一個空間維度巨大的系統，順利完成了轉播任務。

5 結束語

隨著電視技術的不斷發展，系統擴展將向多元化和常態化發展，對擴展的功能要求將越來越高。作為技術人員，目標是使擴展工作簡單化，使系統與系統的接入無縫化。擴展的核心問題主要集中在信號傳輸、接口匹配和標準化。在系統集成階段時，應考慮到未來的需求，預留充足的接口，后集成的系統與較早的系統做到接口定義一致，從而簡化擴展時的工作量。本文結合實際工作情況提出了一些系統擴展的解決方案和經驗，希望能起到拋磚引玉的作用。同時也呼吁廣電設備廠商和電視臺，加快通話和控制信號的標準化進程，早日結束接口種類過多的現狀。

［1］SONY Corporation，HDC 1580R maintenance manual［EB/OL］.［2015－04－15］.http://pro.sony.com.cn/pro/.

［2］傅慶健，淺談UMD＆TALLY 系統的設計［J］，電視技術，2014，38(14):82－84.

［3］ Television System Liminted，TALLY Systems training［EB/OL］.［2015－04－16］.http://tslsystems.co.uk/contact/enquiry－form/.

［4］張琦，楊盈昀，數字電視中心技術［M］.北京:北京廣播學院出版社，2004.

［5］俞斯樂.電視原理［M］.北京:國防工業出版社，2007.