氣象影視新聞演播室系統高清化文件化升級建設

摘 要：中國氣象頻道的新聞演播室業務系統的高清化、文件化改造建設完成了視音頻系統高清升級，也將節目錄制從磁帶記錄模式升級轉換為文件記錄模式，完善了虛擬植入功能。實現了氣象新聞節目向高標清兼容同播的平穩過渡，演播室設備先進性和安全性也得到了大幅提升，為演播室系統的進一步融媒體改造奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：中國氣象頻道；高清化升級；文件化錄制；光學跟蹤虛擬技術

中圖分類號：TN948.12；TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）11-0029-04

Upgrading Construction of Meteorological Television News Studio System Based on

High Definition and Documenting Record

MENG Jing，XIANG Zilun

（Huafeng Meteorological Media Group of CMA，Beijing 100081，China）

Abstract：The renovation of the news studio business system of China Meteorological Channel has completed the HD upgrade of the video and audio system. The program recording mode has also been upgraded from tape recording mode to file recording mode，and the function of virtual implantation has been improved.The stable transition from meteorological news programs to high-definition compatible simultaneous broadcasting has been realized，and the advanced equipment and safety of the studio have been greatly improved，which lays a solid foundation for the further reform of the studio system.

Keywords：China meteorological channel；high definition upgrading；document recording；optical tracking virtual technology

0 引 言

中國氣象頻道是一個全天候提供權威、實用、細分的各類氣象信息和其他相關生活服務信息的專業化電視頻道。新聞演播室承擔了每日氣象新聞、預警信息發布、災害現場直播和大部分節目制作等任務。演播室的高清化、文件化和虛擬化改造升級，可以滿足廣播電影電視總局的廣播級安全制作、安全播出水平要求。

1 需求分析

原有演播室系統功能較為單一，只能滿足切換、摳像、上字幕等一般圖像加工功能，攝像機為標清四訊道。近年來，氣象節目包裝形式逐漸向著以虛擬動畫為對象，主持人與之互動并講解的方向發展，場景動畫也越來越精細逼真。本項目以節目需求為導向，旨在有效提升氣象頻道防災減災節目制作能力和制作質量，提高電視氣象預報節目的聲音畫面質量，滿足高清廣電音視頻質量標準，豐富節目形式。改造建設完成后，將大幅提升攝像機拍攝高清質量指標，大幅度增加節目高清信號質量。在災害現場直播時，增強上字幕、開特級窗口的功能，提升直播中災害信息實時滾動和多路現場信號播放能力。增加虛擬定位和虛擬渲染功能，將虛擬植入直播中，大幅提升直播觀賞性。增加音頻雙路熱切換，提升系統可靠性和穩定性。

2 改造方案設計

氣象頻道新聞演播室業務系統，主要承擔天氣預報信息，全國氣象新聞，以及直擊災害現場的實況報道。該演播室工作量是日播12小時，包括日直播節目9檔，直播總時長達到100分鐘，錄播節目為圖文節目和定點氣象信息播報。因此中國氣象頻道高清演播室的建設，嚴格執行國家廣播電視行業標準，保證系統建設和升級的質量，以滿足大體量連續性直播節目的要求。所有專業設備和系統方案設計和設備規格按照GY/T 313-2017《高清晰度電視節目錄制規范》和GY/T 157-2000《演播室高清晰度電視數字視頻信號接口》等國家標準執行。

2.1 系統總體設計

為了實現新聞演播室的節目形式升級，系統升級技術路線圖如圖1所示，設計目標如下：

（1）系統高清化升級。將視頻系統從前端攝像機拍攝、視頻切換合成調度、視頻末端分發和收錄等全流程的各個環節均從標清格式升級到高清格式。升級為高清后的視頻系統在圖像清晰度、色彩還原度等主觀體驗上要大幅提升。

（2）增強虛擬前景植入功能。增強定位系統的精度、渲染機的性能和虛擬場景的精細化。裝配高效能的渲染機和色鍵器，并使用行業中先進光學虛擬跟蹤定位系統。系統將具有高質量的前景、背景及鍵信號的合成能力，以及高標清兼容的高質量虛擬場景渲染能力。

（3）在收錄端實現硬盤文件化錄制，從磁帶記錄模式升級轉換為文件記錄模式。設計演播室錄制端開創文件化錄制和編輯模式。文件化錄制節目后利用網絡上傳到服務器，在服務器端進行技術審核、內容審核、轉碼、傳輸和歸檔。

（4）提升系統功能完備性。在切換合成環節對亮度鍵、色度鍵、線性鍵數量進行擴充，以滿足更復雜節目切換的需要；增加視頻幀存儲，支持更多的數字視頻特技效果和視頻窗數量，并可以快速調用切換場景。

（5）系統可靠性設計，音視頻系統和同步系統架構均為雙路熱備結構。前端任何信號都有2條路由，能夠在其中一條通路發生重大故障時任意切換到另外一路，并最終完成制作和播出。

2.2 音視頻系統設計

視頻系統的信號源包括4臺攝像機、4臺錄像機等總計27路，考慮到內部的幀存、黑場、彩底等信號以及未來的信號的擴展，總計設計40路視頻信號源接入。核心切換設備為一個切換臺和一個切換矩陣，都需采用32路輸入，剩下8路使用較少的信號接入跳線盤以便隨時接入系統。音頻信號源包括4路無線話筒、4路有線話筒、硬盤錄像機回放通道3路、新聞播出服務器2路等，總計信號源為24路，如表1所示。虛擬圖形植入實現將天氣預報節目背景圖形中展示的部分氣象信息遷移至前景圖形中。虛擬植入系統安裝到了機動性好的搖臂攝像機上，通過主持人和場景的互動來提升天氣預報節目的圖像表現力。在天氣節目中可以構建三維立體模型的天氣現象、景物等，使得節目更加真實，提升公眾對天氣預報的理解。

2.3 系統安全設計

在系統設計時，采用音頻系統、視頻系統、同步系統的雙路熱備份結構，若切換臺、主調音臺和主同步機出現突發問題，可以迅速平穩地切換到備路系統。同時字幕機，新聞文稿系統和硬盤錄像機等，都采用兩臺以上的主機作為備份單元，如圖2所示。節目常用的模板、素材，也已經提前在備機中做了備份。同時本套系統的關鍵設備均具備主備冗余電源，極大地提升了設備的運行穩定性，保證了日常業務的安全開展。并且所有設備均通過了168小時加電穩定性壓力測試，確保了主備冗余電源的穩定正常。進一步為日常使用提供了充足的安全保障。

3 系統改造實施

3.1 視頻系統改造

高質量的節目離不開出色的信號源，攝像機作為前期信號的采集設備，是整個節目制作流程的第一個環節，其性能好壞直接影響到最后的圖像質量。原有標清攝像機數量為4臺（含1個搖臂），研究決定更換為4臺松下AK-HC2500MC型號。該款攝像機達到F11靈敏度、220萬像素，使用16位A/D轉換器進行數字信號處理，擁有DRS動態范圍擴展和色彩矩陣校正等功能。改造后2臺普通機位的攝像機選用25倍箱式鏡頭，1臺普通機位的攝像機選用18倍數字變焦鏡頭，搖臂攝像機選用廣角便攜式高清鏡頭。切換臺選擇的是松下AV-HS6000型號的設備。該設備具有雙層ME并支持豐富的數字視頻（DVE）特技效果、視頻窗數量，且自帶摳像功能，接口均具備10bit幀同步器，支持抓取動態幀存儲，同時兼容高清和標清SDI信號。更多的亮度鍵、色度鍵、線性鍵以滿足更復雜節目切換需求。PGM信號后端增加二選一切換器，通過二選一切換可切換到應急矩陣的第一路備PGM輸出。改造中在矩陣第一路輸出端增加鍵控器1個，可以作為應急上字幕使用，如圖3所示。

3.2 音頻系統改造

改造加入音頻二選一切換器，使音頻系統具有了雙路熱備功能。主數字調音臺設計采用雅馬哈DM-2000作為信號通路。備數字調音臺作為備份音頻信號通路，根據經濟適用原則，采用16路直推的DM-1000數字調音臺。主備調音臺獨立工作，互不干擾。使系統更加穩定，保證信號傳輸質量。

3.3 同步系統改造

同步系統亦采用主備同步信號發生器并行工作，由總控送來的BB基準信號鎖定。主、備同步機各送1路黑場（BB）信號、2路數字同步信號、1路字時鐘（WORD CLOCK）信號給一臺422自動倒換開關。兩臺同步機中任意一臺因故障停機時，倒換器立即切斷故障信號鏈路，同時切換至正常的信號進行輸出，經過視頻分配設備，將同步信號發送至各個設備終端進行鎖相，使所有信號在時間和相位上一致。

3.4 虛擬植入系統升級

虛擬植入系統率先使用一款行業內最新的光學實時跟蹤系統，并配備兩臺高清虛擬渲染機。一臺渲染機負責渲染虛擬植入的場景并接收定位數據，輸出亮鍵信號和虛擬信號給色鍵器。色鍵器將虛擬植入和攝像機高清信號疊加，直接輸出給切換臺。另一臺渲染機負責渲染另一路動畫，用于部分節目的開窗。導播間內同時配備了高性能的創作機和控制機，可在節目前臨時編輯場景，編輯完成立即播出，保證數據的實時性。

光學跟蹤系統采用Solid Track設備，其工作原理是通過固定在攝像機上方的魚眼灰度攝像頭識別鏡頭前景物的移動，從而反向計算出攝像機的移動以實現跟蹤定位功能。系統需要兩個灰度魚眼攝像頭，一個用于查看目前測繪場景，識別特征點；另一個固定在攝像機上方與攝像機合為一體，跟蹤場景特征點，計算攝像機移動；特征點的位置變化由魚眼鏡頭發回工作站，從而反向計算出攝像機與場景距離、角度的實時變化，如圖4所示。工作站計算出攝像機實時定位數據，發送給高清虛擬工作站。此定位系統計算鏡頭移動的參照物是演播室實景而不是攝像機本身，這就給了攝像機隨意移動的可能，定位用的魚眼攝像頭和鏡頭數據盒子很輕便，甚至可以安裝在肩扛攝像機上。

3.5 文件化錄制系統

原演播室系統主要采用磁帶介質作為信號記錄和播放的方式。由于磁帶本身的特性導致節目進行記錄和播放時均只能采取線性方式，而且磁帶錄制的演播室成片和素材導入到播出和后期非線的速度依舊不夠快。演播室節目按錄制計劃直接錄制、快速導出合成視頻文件并上傳服務器到存儲中心。業務流程均在服務器端進行，通過MBS總線架構，節目網絡遷移至后期制作網或遷移至傳輸系統傳輸，并可發送至媒資系統，實現對成片素材快速歸檔，實現全媒體全流程網絡文件化錄制。節目直播前的記者外場信號、合作媒體提供的素材也可以收錄在演播室文件化錄制系統中。日常節目中使用的開場視頻、結束視頻及節目當中穿插的宣傳片、新聞等素材均可以提前錄制在文件化系統中，生成節目模板，每次使用時可直接打開。使得節目制作速度大大提升，省去了磁帶的傳遞和上載過程，整體制作流程時間縮短近一半，如圖5所示。

建設完成后的演播室文件化應用系統，主要由以下模塊組成：

（1）演播室采編終端：使用非編軟件及文件化錄制工作站進行各演播室節目錄制、剪輯、錄音、合成；

（2）節目代碼管理應用：提供節目代碼規則定義、代碼申請、代碼查詢服務，需使用瀏覽器登錄；

（3）文件化管理平臺：提供演播室錄制任務管理、過程監控、流程控制服務；

（4）分布式轉碼集群：提供播出、分發多格式轉碼、傳輸分發服務；

（5）分發目標系統：多目標系統的緩存存儲，包括：播出系統緩存、網站緩存等。

4 結 論

改造完成后的新聞演播室，實現了高標清兼容、虛擬包裝渲染能力強大、高效高質量文件化錄制的設計目標。提升系統設備穩定可靠性，提升清晰度和高保真的視音頻信號質量。系統投入使用穩定運行，實現《天氣直播間》《風云進行時》《環球氣象周刊》《國家氣象播報》節目改版。隨著媒體節目制作需求的不斷發展變化，演播室會進一步進行融媒體演播室功能升級，詳情請關注中國氣象頻道。

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作者簡介：孟京（1979-），男，漢族，遼寧營口人，部門主任，副高，碩士。主要研究方向：計算機技術，融媒體技術；項梓倫（1993-），男，漢族，內蒙赤峰人，工程師，學士。主要研究方向：廣播電視工程。