淺談濟(jì)南電視臺(tái)4K轉(zhuǎn)播車升級(jí)改造

李上 LI Shang；張建明 ZHANG Jian-ming

（濟(jì)南廣播電視臺(tái)，濟(jì)南 250014）

0 引言

近年來(lái)，隨著4K技術(shù)的不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)播需求的不斷提高，濟(jì)南電視臺(tái)的8訊道4K HDR轉(zhuǎn)播車已經(jīng)無(wú)法滿足全運(yùn)會(huì)、奧運(yùn)會(huì)等大型賽事以及重大活動(dòng)和大型晚會(huì)的制作要求。為了不斷提高濟(jì)南電視臺(tái)技術(shù)團(tuán)隊(duì)自身技術(shù)水平，打好未來(lái)4K以及8K節(jié)目制作基礎(chǔ)，近期濟(jì)南電視臺(tái)對(duì)原4K轉(zhuǎn)播車進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)。原轉(zhuǎn)播車以IP為核心采用SMPTE ST 2022-7標(biāo)準(zhǔn)，TICO壓縮方式。系統(tǒng)瓶頸在于切換臺(tái)最多至能接入20路4K信號(hào)，制約信號(hào)制作能力。因此，基于IP系統(tǒng)擴(kuò)展性的優(yōu)勢(shì)，該轉(zhuǎn)播車升級(jí)改造可充分采用利舊原則，只需更換切換臺(tái)、擴(kuò)充訊道以及部分周邊設(shè)備來(lái)擴(kuò)展制作能力。此舉既節(jié)約了資金，又跟上了技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，為城市電視臺(tái)在資金及技術(shù)受限狀況下的發(fā)展探索出新的出路。

1 轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)介紹

轉(zhuǎn)播車是進(jìn)行外場(chǎng)項(xiàng)目轉(zhuǎn)播的核心，只考慮轉(zhuǎn)播車固定配備訊道數(shù)量已經(jīng)不是根本需求。在目前田徑、游泳等中高端賽事項(xiàng)目轉(zhuǎn)播，接近半數(shù)訊道或信源都是來(lái)自水下、飛貓、軌道等特種攝像機(jī)以及虛擬制作等，固定死板的訊道設(shè)計(jì)可能不適用于轉(zhuǎn)播需求。因此，訊道數(shù)量已不是首要考慮的問(wèn)題，我們更注重轉(zhuǎn)播車擴(kuò)展能力和外來(lái)信號(hào)的接入能力，例如外來(lái)幀同步、上下變換、HDR-SDR互轉(zhuǎn)。根據(jù)我們歷次轉(zhuǎn)播需求的分析以及對(duì)轉(zhuǎn)播趨勢(shì)的判斷，確定了現(xiàn)階段4K轉(zhuǎn)播車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模。

轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)以4K+TICO為基礎(chǔ)，以GV K FRAME X 4K切換臺(tái)為核心，LDX-86N攝像機(jī)為主要訊道攝像機(jī)，輸入端以及輸出端均具備IP接口和SDI接口處理能力，以IP主備交換機(jī)為系統(tǒng)核心，配合GV NODE組成信號(hào)調(diào)度中心，采用FOR A 9600下變換實(shí)現(xiàn)高清信號(hào)輸出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)高清和4K的錄制直播功能，支持12G、3Gx4 UHD信號(hào)和3G、1.5G高清信號(hào)以及IP等多種信號(hào)格式的傳輸處理。基于TICO+ST2022-7標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)了基于IP架構(gòu)的主備全鏈路4K超高清系統(tǒng)（見圖1）。具體配置如下：

圖1 視頻系統(tǒng)框圖

配置10+2臺(tái)GV LDX-86N 4K光纖訊道攝像機(jī)；

2臺(tái)HD LINK微波訊道攝像機(jī)；

3+3臺(tái)FOR A 9600用于外來(lái)信號(hào)處理設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)12G/3Gx4/3G/HD/SD等多種信號(hào)接入系統(tǒng)，也可用于CLEAN等信號(hào)的音頻加嵌；

8塊UDC幀同步板卡可實(shí)現(xiàn)2路3G×4或8路HD信號(hào)接入系統(tǒng)；

15塊IPG3901接入系統(tǒng)前端，解決SDI信號(hào)IP信號(hào)之間轉(zhuǎn)化的問(wèn)題；

2臺(tái)Cisco核心交換機(jī)，采用SMPTE ST 2022-7標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)冗余備份；

1套NEWAUTO A10 4K字幕機(jī)；

1臺(tái)AJA服務(wù)器用于系統(tǒng)內(nèi)4K信號(hào)的錄制和播放，也可用于直播推流；

2臺(tái)K2慢動(dòng)作重放系統(tǒng)，也可作為多通道硬盤錄像機(jī)使用；

另外預(yù)留2臺(tái)EVS XT4K/VIA慢動(dòng)作系統(tǒng)的工位和線路；

通路的音頻加嵌（AMX-1841）和下變換器（FOR A 9600）均采用主備冗余方式；

該轉(zhuǎn)播車信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)以GV Node為核心，GV NODE配置一個(gè)207×207視頻路由器，其中基帶部分63×63，IP部分144×144。12×40 Gbps QSFP+端口連接到核心交換機(jī)。XIO-4901 SDI/IP交換卡通過(guò)BNC接口連接SDI設(shè)備。每個(gè)板卡支持9×9 3G-SDI和144×144音頻聲道。后期可通過(guò)購(gòu)買LICENSE開通音頻MADI的加解嵌，可選8個(gè)SDI輸入/輸出，1個(gè)MADI輸入/輸出，或者7個(gè)SDI輸入/輸出，2個(gè)MADI輸入/輸出。GV NODE中插入了7塊XIO板卡和9塊KMX-49N1-9×2畫分板卡，使GV NODE具有SDI信號(hào)路由功能和畫分功能。

GV Node支持IP與SDI混合處理且具備凈切功能。因此，既可以進(jìn)行IP信號(hào)調(diào)控，也可以用作應(yīng)急切換，使整個(gè)系統(tǒng)的安全性大大提高。

本項(xiàng)目選用GV K FRAME X 4K切換臺(tái)，功能強(qiáng)大。通過(guò)購(gòu)買License可以實(shí)現(xiàn)多種實(shí)用的制作模式（IP/4K/HD）。它具有20路4K/SDI輸入，10路4K/SDI輸出。16路4K/IP輸入，8路4K/IP輸出。每級(jí)ME 6個(gè)全功能鍵，2通道浮動(dòng)色鍵。每個(gè)鍵都帶2D DVE，帶雙通道DVE功能，支持高級(jí)色鍵功能。

我們系統(tǒng)中配備了FOR A 9600，支持SDR-HDR轉(zhuǎn)換、外來(lái)幀同步以及上下變換，高清SDI信號(hào)可上變換為4K信號(hào)，完成變換后的信號(hào)經(jīng)IPG3901轉(zhuǎn)成IP信號(hào)送入交換機(jī)。本車配備了16塊IPG3901網(wǎng)關(guān)設(shè)備，解決SDI電信號(hào)與IP信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換封裝需求，可同時(shí)輸入輸出多路4K SDI信號(hào)。

為了滿足參與大型體育賽事轉(zhuǎn)播需求，該轉(zhuǎn)播車不僅可以作為主車級(jí)聯(lián)其他轉(zhuǎn)播車，還能夠與EFP簡(jiǎn)易飛行箱系統(tǒng)級(jí)聯(lián)，可以擴(kuò)展成為40路輸入的4K直播系統(tǒng)。該車還可以作為從車，配合大型演播室系統(tǒng)或其他大型轉(zhuǎn)播車開展工作，其配備的TSL TALLY源名系統(tǒng)、clearcom通話系統(tǒng)可以與多數(shù)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)打通，本車系統(tǒng)具備按需求拆分、組合和級(jí)聯(lián)的優(yōu)勢(shì)，使用方式靈活多樣，應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。

2 系統(tǒng)改造升級(jí)

2.1 SDN系統(tǒng)改進(jìn)升級(jí)

SDN即軟件定義網(wǎng)絡(luò)。SDN本質(zhì)上是一種網(wǎng)絡(luò)管理辦法，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展滯后、運(yùn)維成本高的問(wèn)題，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能解耦，將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)從底層硬件設(shè)備中抽象出來(lái)，由控制器全面管控。采取集中控制和軟件編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，實(shí)現(xiàn)核心切換，提高效率和安全性。

SDN系統(tǒng)支持NAT組播。不同的輸出端口輸出不同組播流，通過(guò)修改目的地組播流組播地址和UDP目的端口號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。因此一路信號(hào)源可通過(guò)多處出口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并且每個(gè)出口都有不同的組播流地址。通過(guò)該功能修改目的IP地址，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)區(qū)分，增強(qiáng)安全性。[1]

GV的SDN控制系統(tǒng)為GVC。安裝在兩臺(tái)互為備份的服務(wù)器上，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫倒換。GVC管理系統(tǒng)使用GUI圖形界面，可以管理交叉點(diǎn)、控制面板、網(wǎng)絡(luò)流量信息，生成直觀拓?fù)鋱D。還可以準(zhǔn)確知道信號(hào)的傳輸路徑，獲得傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)慣用的操作習(xí)慣。GVC的功能就是負(fù)責(zé)控制GV媒體節(jié)點(diǎn)發(fā)出IGMP切換指令從交換機(jī)中調(diào)取IP數(shù)據(jù)。不過(guò)GVC的集控是只針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)GV設(shè)備的私有協(xié)議，非GV的第三方廠家設(shè)備，GVC無(wú)法有效管控它們。GVC經(jīng)過(guò)升級(jí)之后支持通過(guò)NMOS控制協(xié)議控制第三方。實(shí)現(xiàn)第三方設(shè)備接入系統(tǒng)。[2]

IP信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)以GVC為核心，通過(guò)主/備兩臺(tái)IP交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，采用2022-7模式的主備冗余鏈路模式，保證系統(tǒng)安全可靠。

2.2 TSL系統(tǒng)改造升級(jí)

本車的TALLY源名系統(tǒng)都是通過(guò)GVC與TALLTMAN TSL TALLY控制器鏈接實(shí)現(xiàn)。目前TSL協(xié)議是轉(zhuǎn)播車和演播室系統(tǒng)最常用的TALLY和源名控制協(xié)議，大多數(shù)廣電行業(yè)設(shè)備廠商協(xié)議都與TSL協(xié)議打通。使用一臺(tái)支持TSL協(xié)議的服務(wù)器電腦對(duì)TALLY控制器進(jìn)行設(shè)置以實(shí)現(xiàn)集中控制，通過(guò)不同的協(xié)議與切換臺(tái)、GVC、GV NODE以及畫分設(shè)備連通，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使分散的設(shè)備變成一個(gè)可集中控制的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)還配置了并行TALLY系統(tǒng)作為緊急情況下TALLY服務(wù)器的備份，它直接把切換臺(tái)交叉點(diǎn)的GPI控制信息發(fā)送給攝像機(jī)、XCU、OCP、畫分顯示器等設(shè)備，主要基于D型多芯口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。[3]

TSL服務(wù)器系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際節(jié)目需求配置了5組SYSTERM TALLY信號(hào)源。5組SYSTERM TALLY信號(hào)輸出分別是PGM1（RED）、PVW1（GREEN）、EMG（RED）、ME1 PGM（RED）、ME1 PVW（GREEN）。PGM1（RED）、PVW1（GREEN）對(duì)應(yīng)切換臺(tái)PP級(jí)PGM、PVW，EMG（RED）對(duì)應(yīng)應(yīng)急NODE PGM的母線輸出，ME1 PGM（RED）、ME1 PVW（GREEN）對(duì)應(yīng)ME1級(jí)PGM、PVW。

切換臺(tái)PP級(jí)輸出的PGM對(duì)應(yīng)TSL服務(wù)器輸出的PGM1（RED）。NODE應(yīng)急輸出的PGM對(duì)應(yīng)TALLY輸出的EMG（RED），對(duì)應(yīng)矩陣的第46路輸出口。二者都用紅燈表示，因此在TALLY系統(tǒng)的現(xiàn)時(shí)使用中，必須要有二選一設(shè)備來(lái)選擇輸出。在配置TALLYMAN系統(tǒng)TALLY時(shí)，需在TALLY輸出以前，加上GPI信號(hào)觸發(fā)。系統(tǒng)中GPI觸發(fā)里TALLY IN的輸入就是來(lái)自二選一板卡的觸發(fā)信號(hào)，TALLY IN 1對(duì)應(yīng)切換臺(tái)PGM，TALLY IN 2對(duì)應(yīng)NODE應(yīng)急輸出。如果TALLY IN 1有閉合的GPI信息，此時(shí)TALLY服務(wù)器對(duì)應(yīng)切換臺(tái)的PP級(jí)母線輸出為紅燈指示。相反，如果TALLY IN 2有閉合的GPI信息，對(duì)應(yīng)的是NODE的PGM母線紅燈。

切換臺(tái)的PVW用綠燈指示，PVW母線不需二選一倒換開關(guān)，一般設(shè)為常通模式，開機(jī)后即通。

根據(jù)需求如果有節(jié)目分級(jí)切換制作或者副切導(dǎo)演等需求，可以將SYSTERM TALLY中的ME1 PGM（RED）、ME1 PVW（GREEN）分別綁定給M/E1輸出的PGM和PVW母線，來(lái)實(shí)現(xiàn)給各個(gè)工位的提示。為了區(qū)分切換臺(tái)兩級(jí)ME的TALLY，在畫分顯示中設(shè)計(jì)PP級(jí)的紅綠TALLY對(duì)應(yīng)畫面的外框，ME1級(jí)紅綠TALLY對(duì)應(yīng)源名處的小TALLY框。

整個(gè)系統(tǒng)TALLY設(shè)置好之后，按照視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將TALLYMAN軟件里切換臺(tái)和NODE的源名和目的名稱一一寫入。如果切換臺(tái)和NODE需同時(shí)進(jìn)入某一路信號(hào)，則需要在軟件里將兩個(gè)輸入進(jìn)行綁定，這樣無(wú)論是在切換臺(tái)切換狀態(tài)還是使用NODE應(yīng)急切換狀態(tài)，在畫分顯示器上都能有正確的TALLY指示和源名顯示（見圖2）。如果切換臺(tái)的部分輸入源來(lái)自NODE輸出，則還需要將他們進(jìn)行邏輯綁定，這樣當(dāng)導(dǎo)播切換到該信號(hào)源時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)源名跟隨，直接在畫分上顯示最原始的NODE輸入端的源名，而不是NODE的輸出端口名稱，實(shí)現(xiàn)源名的動(dòng)態(tài)跟隨。[4]

圖2 源名邏輯綁定

該設(shè)計(jì)方式需要占用大量矩陣輸出資源，本系統(tǒng)配置了大容量NODE作為矩陣使用。按照此種設(shè)計(jì)方式NODE資源使用率達(dá)到70%，但是這樣設(shè)計(jì)靈活方便，也方便今后的節(jié)目制作，還是值得推廣利用的。

2.3 監(jiān)看系統(tǒng)

監(jiān)看系統(tǒng)由分割器和大屏幕組成。9塊分割器板卡直接插在GV-NODE機(jī)箱內(nèi)，每塊分割器板卡配置為9×2，即輸入可從GV-NODE的內(nèi)部總線任意調(diào)取9路畫面輸入，這9路畫面經(jīng)過(guò)組合，形成多畫面監(jiān)看信號(hào)，分2路接口輸出，輸出的HDSDI信號(hào)經(jīng)跳線送到電視墻的大屏幕。多畫面分割器調(diào)度和分配信號(hào)，非常靈活。

畫分板卡通過(guò)XEDIT軟件編輯設(shè)置，可設(shè)置畫分布局、更換畫分顯示、設(shè)置源名、紅綠TALLY等，功能強(qiáng)大。[5]

切換臺(tái)還可輸出MV畫分，可任意指派SOURCE，從切換臺(tái)AUX輸出多可作為監(jiān)看系統(tǒng)的補(bǔ)充。

3 總結(jié)

此次改造宏觀上保證系統(tǒng)安全性可靠性，轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)IP架構(gòu)上采用SMPTE 2022-7，主備交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫倒換。系統(tǒng)鏈路輸出也采用主備方式，系統(tǒng)鏈路上不存在單一節(jié)點(diǎn)，完全具備直播能力。

在制作中，IP架構(gòu)同樣為4K和高清制作提供了便捷，轉(zhuǎn)播車正常工作在4K模式下，系統(tǒng)可同時(shí)輸出4K和HD高清信號(hào)，滿足正常使用需求。系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)原生高清和4K同切，滿足不同平臺(tái)播出下的多格式要求。

4K轉(zhuǎn)播車改造完成后，首先能夠承接全運(yùn)會(huì)、奧運(yùn)會(huì)等大型賽事工作，基本滿足轉(zhuǎn)播硬件要求。同時(shí)，該轉(zhuǎn)播車投入使用后，能夠完成臺(tái)里大型晚會(huì)和大型活動(dòng)轉(zhuǎn)播保障任務(wù)，還是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收的重要基礎(chǔ)。將大大提高4K轉(zhuǎn)播車的利用效率，推進(jìn)5G時(shí)代媒體融合發(fā)展進(jìn)程，為濟(jì)南電視臺(tái)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，成為省會(huì)電視臺(tái)發(fā)展典范。