電視臺4K超高清轉播車建設方案

田晨光

（寧夏廣播電視臺，寧夏 銀川 750002）

0 引 言

近年來，伴隨廣播電視行業的快速發展，4K超高清轉播車技術逐步發展為新的行業熱點，在電視和多媒體多層次直播渠道建設方面起到了巨大的推動作用。傳統電視轉播行業具有單一性、局限性等缺點。目前，4K超高清轉播車已經成為各大電視臺的標配設備。作為信息采集、加工及宣傳的載體設備，其具有較強的流動性與靈活性，在空間上不受廣電中心的制約，可以靈活、獨立、高效地執行錄制轉播任務。

隨著4K時代的到來，搭建4K超高清轉播車是4K超高清節目生產不可或缺的系統環節，同時也能實現電視臺從高清到超高清、融媒化制作的技術發展，將電視臺內生產方式向外延伸，實現同時面向電視播出和新媒體的實時播出。

1 寧夏廣播電視臺高清化現狀及系統設計目標

作為廣電行業發展的大趨勢，超高清技術是廣電行業優化升級的首要任務。寧夏廣播電視臺始終將超高清技術發展作為提升服務水平、創新發展影響力、市場競爭力的核心目標，積極推進超高清產業和技術布局。但就目前整體發展情況來看，寧夏廣播電視臺的超高清技術發展仍存有一定局限性，如高清轉播車車體老化、設備故障頻發、靈活性較差，不能滿足廣播電視新媒體業務的轉播需求。因此，建設4K超高清轉播車，實現超高清業務的發展與突破迫在眉睫。

現階段，寧夏廣播電視臺4K超高清轉播車的系統設計以打造全方位、多平臺的綜合性轉播技術為目標，全面提升轉播技術的系統化、平臺化、信息化水平，從整體系統架構入手，不斷滿足新媒體節目的生產、轉播需求。根據電視臺自身的實際情況并結合多年來的節目制作經驗和節目轉播需求，寧夏廣播電視臺設計的4K超高清轉播車方案可支持12訊道，并預留4個擴展訊道，系統采用全IP架構，留有部分12 Gb·s-1數字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）的輸入輸出接口，并向下兼容4×3 Gb·s-1SDI，3 Gb·s-1SDI，HD SDI等信號路由，兼容性更強。作為廣電行業發展的新的增長點，超高清電視轉播技術需確保先進性，緊跟行業發展潮流與產業需求，致力于建設數字化、信息化、多層次的轉播行業平臺。基于IP網絡建立交互、多數據流、多層次的系統結構，體現其信息交互樞紐的作用；同時，致力于創新發展，不斷突破技術瓶頸，推動直播轉播產業的發展[1]。

2 系統技術方案及實施

新建4K超高清轉播車系統采用IP技術鏈路為核心的架構，實現視頻、音頻、同步和控制等系統的IP化傳輸和信號交換，核心設備具有冗余備份。系統利用COTS通用交換機作為信號調度中心，交換機及光纖接口滿足SMPTE ST 2110標準。IP系統設計符合SMPTE ST2110、ST 2022-7、ST 2059等標準，IP設備具備高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）節目制作能力，采用高精度時間同步協議（Precision Time Protocol，PTP）進行精準鎖相。系統內畫面分割器和音頻加嵌也全部采用IP方式實現。

2.1 車體布局

4K超高清轉播車整車總長20 m，有效載重量滿足安裝設備的整體要求，車體改造嚴格按照國家標準和行業標準執行，并滿足國家頒發的有關車輛管理法規和規定要求，具有中國質量認證中心頒布的CCC強制性產品認證證書。改裝后的電視轉播車應符合國家工信部頒布的《國家車輛生產企業及產品公告》，能適應-25～+45 ℃的環境溫度和南北方各種氣候條件，可滿足遠距離長途行駛、滾裝船運輸以及國內大型體育場館和演藝舞臺廳的停車環境。

4K超高清轉播車為半掛式車體結構，車體配置了雙側拉式的內嵌箱體，滿足結構的不同分區需求。轉播車的結構布局充分考慮了目前轉播應用場景的需求及未來可能新增的場景需求，進行了車體結構布局設計，保證能夠滿足現有轉播產業需求。車體結構分區包括融媒工作區、音頻區、慢動作制作區、技術區、核心設備區、虛擬包裝區、主導演區及第二制作區等[2]，在布局上盡可能做到合理，充分利用車體空間。

2.2 配電系統

4K超高清轉播車的配電系統是整個轉播車系統的供電來源，需要具備持續穩定的供電特性，滿足直播轉播的用電需求，其結構如圖1所示，包括了供電二選一開關，分別支持接入主電源及備用電源。車體供電負荷約35 kVA，為滿足車體用電需求，預留30%余量。配電系統配置了50 kW變壓器，且具備旁通功能。整車電源管理系統中，用電端包括技術電系統及非技術電系統。供電系統按分區設計預留分成了3個10 kW模塊，非供電系統包括了整車控制系統和照明、空調用電等模塊[3]。

圖1 供電系統結構圖

空調系統包括四個分區設計，并配置新風系統，總制冷量為40 kW。綜合考慮車體結構及分區布局的設計，按需配置空調系統的分區，并實現各分區獨立調控溫濕度的功能。

3 融媒制作系統

4K超高清轉播車在整體系統布局及架構設計的基礎上增加了融媒工作區。融媒區采用高集成設計，具備現場多訊道4K超高清一體化制播、融媒采編分發、視頻云連接賦能、5G網絡傳輸以及移動車載支撐等功能。

3.1 視頻系統

4K超高清轉播車視頻系統設計了12套4K超高清EFP攝像機、1套4K超高清慢動作回放系統、2套4K在線包裝系統、8路外來信號和2路HDMI信號的接入能力，預留4套完整的4K超高清攝像機訊道及配套接口，預留2套慢動作服務器以及配套接口，用于將來的制作擴展。系統配備1套4M/E 4K切換臺，滿足全流程4K超高清HDR以及高清SDR的制作要求。在4K HDR狀態下，高清輸出將采用下變換方式，外來高清信號能夠上變換至4K HDR參與節目制作，并具備完善的直播功能。視頻系統硬件交互設計結構如圖2所示[4]。

圖2 視頻系統硬件交互設計結構圖

3.2 音頻系統

4K超高清轉播車音頻系統采用基于IP架構與基帶并行的設計方案，充分發揮IP架構和傳統基帶各自的優勢和特點，確保系統的安全可靠和靈活便捷。該系統符合SMPTE 2110、SMPTE 2022-7及AES67標準。音頻系統配置主備交換機，主備調音臺、音頻矩陣、IP接口箱、IP轉換器（模擬、AES、MADI等與IP音頻互相轉換）、CD播放器、電話耦合器以及監聽監測等周邊設備。此外，音頻系統支持256路多通道輸入輸出，滿足多場景制作需求。音頻矩陣具備5.1環繞聲音頻制作能力，并配置8.0環繞監聽系統，保證系統高效運行[5]。同時，音頻系統具有16CH多軌收錄聲音素材、音頻跟隨視頻切換等制作功能。

3.3 監控系統

4K超高清轉播車監控系統設備是基于HD FGS畫面適配技術建設的，基于IP基站網絡交互，實現不同源信號的接入和監控，滿足多場景的轉播需求。設備分割器配置了GHG系統，基于HLINK通信協議與融媒體技術平臺進行信息交互，支持雙向信號傳輸，并配置64入8出分板卡，能夠高效完成畫面的分割。此外，考慮到車體不同功能分區的布局，結合應用需求，對于導演區、技術區等也分別配置了不同的監視器，實現高效的HD鏈路信號波形監控監測。

3.4 TALLY系統

4K超高清轉播車配置了高效的TALLY系統，基于HLINK協議完成信息的交互與處理，由交換機、切換臺將信息傳輸至主備TALLY系統處理后，可向攝像機或畫分MUH傳輸，實現信息的共享與顯示。切換臺的交叉點信息、矩陣的交叉點信息等均可實現TALLY顯示和源名顯示。該系統提供三色TALLY指示，分別為播出、應急、預監等狀態提供不同顏色的指示，并提供多系統級聯時的TALLY輸入輸出端口。

3.5 同步系統

4K超高清轉播車同步系統采用主備冗余設計，生成的同步信號可滿足視音頻系統要求。系統中，IP設備主要采用PTP同步，基帶設備以BB信號作為同步源。系統配置主、備兩臺同步機同時生成的PTP與BB信號，并接入視頻系統。PTP信號由主備交換機進行分發，鎖定整個系統。同時，兩臺同步機發出的BB信號經同步倒換器輸出后進行分配，為在線包裝等設備提供同步信號。

3.6 通話系統

4K超高清轉播車通話系統配備IP通話矩陣，能夠接入4K超高清攝像機、無線通話基站、有線通話腰包等設備，實現導演、攝像及其他操作工位之間的群組或私密通話，根據工位的不同需求配置不同級別的通話面板，配備全雙工的無線通話系統，滿足多工種、多層次靈活通話需求。同時，通話系統配置主持人監聽IFB系統，滿足現場制作的需求。

3.7 時鐘系統

4K超高清轉播車的時鐘系統采用主備冗余架構，可實現GPS和北斗雙模方式獲取時鐘信號，并進行實時的時鐘信息更新和校準。時鐘顯示實現了不同功能分區的同步顯示。時鐘系統具備標準時間、倒計時顯示功能，可自由設置正計時、倒計時、開播時間等功能顯示，同時，時間碼可輸出至錄像機、慢動作系統、調音臺及對外接口板等。

3.8 工位調度管理系統

系統配置了KVM管理系統，結合車體、人機交互設計，實現所有工位信息的交互，并可自主切換授權，保證工位管理的靈活性、高效性，極大地提升了工作效率和視頻轉播的效率。

4 應急方案設計思路

轉播車的應急方案對于直轉播工作非常重要，對此，主要進行以下方面的設計。

（1）4K切換臺支持IP和SDI兩種輸出模式。在錄制過程中，即使IP系統出現故障，SDI基帶應急信號也能正常輸出，為重大會議和節目直播提供堅強有力的保障。

（2）同步系統配置主備倒換控制器，能實現同步信號的自動倒換。

（3）TALLY系統應急可通過啟用切換臺的GPO接入來作為TALLY系統的備份手段。TALLY服務器出現故障時，可通過切換臺的分割輸出信號作為臨時監看。

（4）通話系統采用啟動導演區通話面板的聲音輸出和攝像通話鏈路對接來實現應急。

5 結 語

寧夏廣播電視臺始終將高清化技術發展作為提升服務水平、創新發展、提升競爭力的首要任務。本次4K超高清轉播車的建設，滿足了寧夏廣播電視臺戶外各類型慶典、體育、綜藝等4K超高清節目的直播和錄制需求，進一步提升了技術裝備和技術保障能力。實踐表明，該系統的制作能力和制作質量都達到國際先進水平，完全滿足最初的設計目標。