5G直播車系統設計

全東寧

（新疆廣播電視臺，新疆 烏魯木齊 830044）

1 方案概述

融媒體時代的直播車設計既要符合新疆本地實際需求，又要充分融合新技術發展。整車設計方案基于依維柯高頂長軸加長貨車進行技術改造，按6+4=10個訊道設計。其中，標準演播室攝像機訊道6個，無線訊道為4路可擴展訊道。整車的有效載重量可以滿足6+4訊道的整體要求，長、寬、高適合中國道路要求，符合國家頒布的有關車輛管理法規和規定要求。

2 視音頻系統設計

2.1 視頻系統

轉播車系統設計為6+4訊道系統。電子現場制作（Electronic Field Production，EFP）系統傳輸采用光纖和無線的方式。無線訊道信號采用支持2K的IP網絡設備接口協議（Network Device Interface，NDI）編碼方式通過無線或有線的方式傳輸。系統設計12×12矩陣，含數字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）幀同步器，支持所有SD和HD視頻格式。

EFP攝像系統采用6套演播室高清攝像機。攝像機信號光纜長度100 m。配備5支廣播級18倍便攜式全伺服高清標準鏡頭，1支廣播級14倍便攜式全伺服高清廣角鏡頭[1-2]。

2.2 切換系統

2.2.1 信號矩陣及應急切換系統

為提高直播系統的的安播等級，采用主、備雙系統作為節目的傳輸通道。系統的信號調度選用12×12幀同步SDI切換矩陣。12路輸入都已內置同步器，可以作為同步器使用。SDI輸入信號可以自動重新定時，可以同步切換格式相同的視頻。切換矩陣支持多格式視頻同時輸入，若能匹配同步幀率，還可以實現多格式間的無縫切換。矩陣可以快速靈活地切換遙控面板，既是系統的切換臺應急備份系統，又是信號調度系統。

2.2.2 主切換系統

主切換臺選用IP構架的TriCaster TC1制作系統。一體化導播切換臺具有實時制作系統的全新功能，如多步驟宏命令實時輸出監控、監視器處理放大器、多畫面范圍、多畫面傳輸控制、擴展播放、按鈕鎖扣、潔凈的M/E輸出、多帳戶發布、場次錄制文件夾、自動標簽、外部輸入配置、切換器庫、邊緣羽化、網絡虛擬輸入IP指示燈以及縱向時間碼（Longitudinal Time Code，LTC）等。一體化導播切換平臺如圖1所示。

圖1 一體化導播切換平臺

導播平臺支持16路同步外部視頻輸入，兼容視頻源任意組合，最高分辨率可達4K UHD，幀率最高為60 f·s-1；還可以提供16路NDI編碼格式的網絡視頻輸入，獨立分辨率，支持摳像和填充功能；12個可配置的視頻錄制通道，通過IsoCorder技術，儲存在2×3 TB硬盤上。IsoCorder是多軌視頻錄制技術，可實現同時視頻多軌、多格式錄制，切片存儲且節約所需空間。錄像由切換臺和存儲卡錄像機完成，輸入信號由切換臺和視頻矩陣選擇提供[3]。

2.3 監視（監測）系統

2.3.1 技術區監視器和應急監視系統

在技術區配置機架式廣播級監視器4套，每套監視器具有2塊獨立的7寸高清雙聯LCD監視器。該顯示器可以顯示波形和矢量圖，可全屏也可單行顯示視頻波形，可顯示16通道音頻表，且具有綜合監測與診斷（Integrated Monitoring and Diagnostics，IMD）及三色TALLY顯示等功能。

在工作時，技術區操作人員按照該顯示器顯示的單行視頻波形調整6路EFP攝像機和兩路外來信號的黑電平和白電平幅度。若主切換臺出現故障，畫面分割器不能正常工作，該組顯示器還可作為應急顯示器使用。

2.3.2 實時監控和多畫面顯示器

導演區應用TriCaster TC1自帶的3路多畫面顯示系統，在3臺TH-49SF12MCB液晶監視器（49英寸）上，通過多畫面設備可以監看全車所有參與制作的視頻內容。

監視器畫面配置可以按個人偏好定制風格。通過靈活的畫面分割器，導播可以在3個多畫面監視器中完成顯示范圍、直播指示器、工作區布局以及窗口等配置，實時查看節目制作期間的動態。多畫面監控畫面效果如圖2所示。

圖2 多畫面監控畫面效果圖

2.3.3 音頻區監看信號

系統選用的集成多通道音頻混音器支持4聲道音頻、數字音場處理（Digital Sound Field Processing，DSP）以及4×4×4音頻輸入和輸出路由；本機支持網絡音頻輸入和輸出；還可以讀入媒體格式文件，使用轉碼導入、存儲并播放多媒體文件。

2.3.4 在線包裝系統

切換臺具有強大的場景制作能力，可以實現虛擬圖文、整體包裝、實時虛擬、高級色鍵、字幕動畫以及總線混合等創意功能，可以單獨或以播放列表形式存儲和顯示幾乎任何格式的圖像、圖片以及全屏或部分屏幕的圖形。系統支持實時編輯和更新字幕內容，或在實時制作時修改當前字幕[4]。

2.4 時鐘與同步系統

2.4.1 時鐘系統

系統選用的衛星時鐘設備可以支持GPS/北斗雙模衛星信號系統，可自動尋星并進行時間校正。在衛星信號不能接收時，由系統自帶的高頻振蕩器作為系統時鐘源，可以支持7天以上的可靠時間精度，并顯示衛星信號丟失標記。

2.4.2 同步系統

同步系統采用雙路同步自動倒換系統，帶外同步功能，行/場/副載波相位鎖定且相位可調，具有8路可倒換模擬同步輸出和OSD菜單功能，供電采用雙電源冗余備份方式。

2.5 音頻系統

音頻部分的設計需要滿足中小型直播活動時的音頻制作和直播高清節目時現場的音頻采集與制作。在本方案中，音頻輸出通道設計采用單通道方式。主備調音臺均采用雅馬哈01V96I 32路數字調音臺，能夠滿足視音頻和后期制作的技術需求，功能強大，可以靈活地安裝進較小的空間。音頻傳輸系統主要解決現場與直播車間的專業話筒拾音、信號返送以及內通等問題，并且需要預留足夠的線纜接口。根據現場經驗，備調音臺的信號源選取主話筒和工作站等常規設備為主要音源，不常用的音源無需考慮，以簡化工作臺布局。

3 應急與保障系統

3.1 通話系統

轉播車內通話系統建立在切換臺TC1自帶的NDI編碼器通話系統基礎之上，以TC1為核心，實現點對點以及單點對多點等通話模式。

3.2 報警系統

根據系統信號流程，報警系統采用系統框圖模塊的方式實現主備通道上各個節點的信號狀態監控，并以不同顏色來警示信號的有無，同時，對于設備使用和維護狀況進行日志記錄和安全警戒提示。

3.3 系統應急措施

主通道采用切換臺切換節目，矩陣作為切換臺的應急節目切換器。當主切換面板出故障時，矩陣操作面板可快速接管，成為主節目通道的切換面板。

輸出通道由切換臺TC1通過視分端口輸出。TC1還提供4路音頻加嵌和視頻上下變換功能，可以主備輸出高標清和模擬PGM，且音頻嵌入可選。

導演區的監視幕墻采用TC1自帶的3路多畫面屏幕分割器顯示。為防止部分監視屏故障影響節目制作，系統采用4套2路7寸監視器，通過合理調度來保證所有信源都能實時切換到監控。

3.4 Tally系統設計

Tally系統在直播節目制作系統中以字符或提示燈的形式，在攝像機尋像器、監控墻及提詞器等設備上顯示，告訴直播人員當前切出的PST和PGM信號，以視覺的形式呈現節目播出狀態。該系統可以提示現場導演切換和應急切換等信息，有獨立顯示設備、畫面分割器以及攝像機尋像器3種顯示模式。

4 5G網絡傳輸系統設計

節目直播時，現場人群大量聚集與移動，會帶來巨量移動熱點應用場景，因此傳輸系統需要超密超帶寬場景的解決方案。由于大量新業務的引入，增強型移動寬帶（Enhance Mobile Broadband，eMBB）業務速率向100 Mb·s-1發展，5G應用場景將遠遠超出傳統移動通信網絡的范圍。對于這些應用場景，無論是相關的傳播特性還是組網規劃方案，都需要超前的規劃和設計。

4.1 無線系統設計

4.1.1 5G基站設計

5G基站是5G無線組網的基礎。本項目設計兩座基站。一座固定在車頂，安裝在倒伏控制器上，使用時天線直立站起，行車時天線倒伏在車頂；另一座基站作為移動使用，通過以太網供電（Power Over Ethernet，POE）延伸至工作現場。

5G基站采用5 GHz收發射機，型號為AF-5XHD。該機采用LTU無線射頻技術，可以提供雙向無線不小于100 MHz的通道帶寬。1對收發射機加上全向天線或定向天線，組成一個5 GHz全向或點對點的無線傳輸系統解決方案。

5G天線選擇AMO-5G10天線，它是具有10 dB增益的全方位雙路收發天線，與AF-5XHD收發射機配對，可用于點到多點網絡的360°覆蓋。無線頻率范圍為4.8～6.2 GHz，最大發射功率為29 dBm，可通過程序設定上行鏈路和下行鏈路占空比，最大吞吐量為1.34 Gb·s-1，延遲為1.5～3.5 ms。

4.1.2 雙頻段無線傳輸系統

5G基站建設完成后，無線攝像機信號收發射機選用雙頻段無線傳輸系統，型號為B-DB-AC-5G。該系統內置2.4 GHz和5 GHz雙射頻，發射功率為22 dBm，帶寬提升至300 Mb·s-1，使用通用N型天線接口。B-DB-AC-5G天線采用5G玻璃鋼防水天線，長度不大于65 cm，增益可以達到12 dB。

4.2 交換設備

4.2.1 POE透傳交換機

POE透傳交換機的設計目的是為無線攝像機提供POE供電和分配網絡信號給信號回傳和信號返送。POE透傳交換機采用視頻透傳專用交換機NanoSwitch N-SW，該機具有4端口POE透傳功能，RJ45端口支持10/100/1 000 Mb·s-1以太網連接，支持被動24 V POE供電（4對）。輸出方面，3個被動24 V PoE端口可提供高達30 W的POE輸出。

4.2.2 光纖到以太網轉換器

光纖到以太網轉換器F-POE-G2用于移動基站距離轉播車超過100 m的情況，可以用光纜無中繼傳輸2 km。光纖到以太網轉換器具有PoE供電，可為設備提供更遠更完整的數據連接及供電。

4.2.3 網管型千兆交換機

網管型千兆交換機采用UniFi Switch US-8-60W，具有8個外形緊湊的千兆以太網端口，其中4個為POE端口。每個自適應POE端口提供的輸出功率高達15.4 W。該交換機可作為所有NDI信號主交換機。

4.3 編解碼系統

本系統信號輸入設計為6路有線+4路無線+2路外來信號，因此需要把視頻信號進行編碼才能進行傳輸。傳輸編碼器采用NDI技術編碼器。NDI為開放式協議，具有延時低、幀精確及數據互通性強等特性。NDI視頻編碼器采用BDSTUM01NDI編碼器。該編碼器可將HD 2K 60P的視頻轉換為全帶寬的I幀（基幀）NDI流，以便在NDI廣播網絡上分發。端口具有3G-SDI輸入、HDMI 2.0輸出以及3G-SDI輸出，可通過有線網絡或無線WiFi網絡進行視頻傳輸，供網絡中任何兼容的系統、設備及軟件使用。NDI視頻解碼器選用Pro Convert AIO RX單路NDI轉HDMI+SDI解碼器，作為信源監測使用[5]。

5 結 語

該轉播車設計可以滿足當前直播和5G傳輸需求，未來還需支持5G網聯無人機結合4K/8K/VR的超高清直播應用，通過無人機掛載360°全景鏡頭進行超高清拍攝，完成視頻采集、拼接以及視頻流處理，通過5G網絡下行鏈路傳輸，用戶可以通過移動終端，隨時隨地無延遲地體驗激動人心的現場直播。