吉林廣播電視臺全媒體新聞演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計

王 然，徐文楷，張有瑞，劉思言

（吉林廣播電視臺錄制中心，吉林 長春 130119）

1 背景介紹

吉林廣播電視臺新聞演播室承載著全臺主要新聞節(jié)目的錄制任務(wù)。演播室內(nèi)原有的視頻系統(tǒng)建于2014 年，原有設(shè)備的壽命已到預(yù)定年限，功能也無法滿足全媒體制作的需要。為了滿足新聞節(jié)目的制作需求并解決原有系統(tǒng)的壽命風(fēng)險，吉林廣播電視臺于2022 年底對新聞演播室進(jìn)行了視頻系統(tǒng)的新建工作，且新建系統(tǒng)已于近期上線運(yùn)行。本文就該新聞演播室的系統(tǒng)架構(gòu)及各分系統(tǒng)的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

新建設(shè)的視頻系統(tǒng)基于《廣播電視安全播出管理規(guī)定》進(jìn)行設(shè)計，各個環(huán)節(jié)均具備冗余機(jī)制?？紤]到該演播室為新聞演播室，因此重要節(jié)點(diǎn)上均需按照主、備、第三備來進(jìn)行設(shè)計，核心設(shè)備均需支持雙層備份機(jī)制。考慮到目前廣電4K/8K 的超高清化發(fā)展趨勢，在系統(tǒng)的設(shè)計及設(shè)備的選型上，需考慮可擴(kuò)展性和可升級性。選擇設(shè)備時，需優(yōu)先選擇可支持4K 超高清或可升級至4K 超高清的設(shè)備，同時要考慮升級后信號的封裝協(xié)議是否支持ST2082或ST2110 等協(xié)議。

新建成的新聞演播室將擔(dān)負(fù)每日高頻次的新聞直播任務(wù)，因此選用的服務(wù)器、長延時等設(shè)備需與臺內(nèi)的媒資系統(tǒng)對接。為提高節(jié)目觀眾的觀看體驗，開辟新的節(jié)目形式，該演播室將在傳統(tǒng)新聞演播室結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上新增大量全媒體系統(tǒng)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、互動點(diǎn)評系統(tǒng)及虛擬大屏系統(tǒng)等。這些子系統(tǒng)在對接視頻系統(tǒng)時，將對視頻系統(tǒng)的核心設(shè)備容量、監(jiān)看系統(tǒng)規(guī)模以及設(shè)備工位布局等提出考驗。

3 視頻系統(tǒng)整體架構(gòu)及規(guī)模

為實(shí)現(xiàn)高清新聞演播室的直播要求，本演播室視頻系統(tǒng)采用了基于高清串行數(shù)字接口（High Definition-Serial Digital Interface，HD-SDI）標(biāo)準(zhǔn)的主、備、第三備3 核系統(tǒng)，核心設(shè)備包括主切換臺、備切換臺、一個多格式矩陣配套畫面分割器。3 核在新聞節(jié)目直播時配置主、備、第三備，保證新聞節(jié)目的安全播出。3 核在節(jié)目錄播時也可同時錄制多個景區(qū)的多套節(jié)目。值得一提的是，3 核均可通過升級授權(quán)許可或接口板卡來支持超高清制作和信號路由，無須更換設(shè)備主機(jī)，便可升級支持基于ST-2110 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）信號或基于ST-2059 標(biāo)準(zhǔn)的12G-SDI 信號，以此為未來拓展節(jié)目形式和升級節(jié)目規(guī)模奠定基礎(chǔ)。其他設(shè)備方面，演播室配備了6 套全高清（Full High Definition，F(xiàn)HD）訊道攝像機(jī)、主備播出服務(wù)器、第三備應(yīng)急多功能播出服務(wù)器、4 套VTR、2 套應(yīng)急非編工作站、2 套在線包裝、1 套字幕機(jī)、2 套虛擬服務(wù)器、1 套點(diǎn)評系統(tǒng)以及1 套慢直播系統(tǒng)。演播室視頻系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 演播室視頻系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 視頻系統(tǒng)各分系統(tǒng)及主要設(shè)備介紹

4.1 攝像機(jī)

本系統(tǒng)共配備了6 套高清訊道攝像機(jī)，選型為Sony HDC-3100。相比上一代產(chǎn)品，本次選型的攝像機(jī)基站具有更多的標(biāo)準(zhǔn)輸出。在“3 核”設(shè)計的系統(tǒng)中，訊道的輸出接口數(shù)量尤為重要。本次設(shè)計中每個訊道需輸出6 路本機(jī)輸出信號，分別為主備切換臺各1 路、矩陣1 路、示波器一路、畫面分割器一路以及調(diào)光監(jiān)視器一路。之前的系統(tǒng)中，每個攝像機(jī)基站均需后掛一臺高清視分方可滿足系統(tǒng)需求，但在本次的系統(tǒng)中，新一代訊道基站擁有更加豐富的輸出接口，減少了一個視分環(huán)節(jié)，既降低了系統(tǒng)成本，減少了設(shè)備環(huán)節(jié)，也提高了系統(tǒng)的安全級別[1]。

如圖2 所示，HDC-3100 除了4 個原生的SDI OUT 接口外，還配備一組4 聯(lián)的SDI I/O 接口，達(dá)到單臺設(shè)備8 路輸出，可滿足“3 核”系統(tǒng)使用。

圖2 HDC-3100 背板接口圖

4.2 切換臺

本系統(tǒng)的主切換臺選型為Sony XVS-6000，如圖3 所示。該切換臺配備了48 路3G-SDI 輸入、32 路3G-SDI 輸出、4 級高清M/E，配備36 直切鍵2M/E 面板及1 級36 鍵AUX 輔助切換面板。未來演播室需升級超高清時，可在不更換任何硬件的情況下，通過升級軟件來支持2 級4K M/E。然而工作在4K 模式下時，現(xiàn)有的I/O 板卡只能采用4×3G-SDI 的方式進(jìn)行信號輸入輸出，其靈活性將會略遜一籌，屆時可以通過更換I/O 板卡的方式來更換12G-SDI 的輸入輸出卡或ST-2110 的輸入輸出卡，使該切換臺可在4K 超高清的架構(gòu)下工作。

圖3 XVS-6000 面板實(shí)拍圖

備切換臺的選型為Sony XVS-G1。該切換臺本次按標(biāo)配配置，具有24 路3G-SDI 輸入、12 路3G-SDI 輸出。因備切換臺只在應(yīng)急時使用，信源數(shù)量也比較少，因此只配備了1M/E 16 鍵直切面板，作為主切換臺的備份使用。

4.3 矩陣及畫分

新聞演播室中，視頻系統(tǒng)中的矩陣是“3 核心”之一，在必要的時候?qū)⒊袚?dān)節(jié)目切換制播工作。系統(tǒng)采用的矩陣和畫分分別是Evertz 的EQX10 和ev670-X30-HW-V2 基帶Xlink 版本。

考慮到新聞系統(tǒng)的最高安全要求，且矩陣將在應(yīng)急情況承擔(dān)播出任務(wù)，本次新聞演播室選型沒有選用常規(guī)的演播室規(guī)格矩陣，而是升格采用了總控規(guī)格的EQX 平臺矩陣。與普通的演播室矩陣相比，EQX10 矩陣采用外置電源模塊設(shè)計，4 組電源模塊為N+2 冗余備份。矩陣控制器采用雙外置矩陣服務(wù)器雙機(jī)熱備并支持二虛一自動倒換技術(shù)，同時控制矩陣內(nèi)部的雙FC 控制卡做到了雙重主備備份控制。在交叉點(diǎn)冗余的考慮設(shè)計上，矩陣的主備交叉點(diǎn)板將同時工作。發(fā)生故障時，該矩陣不會像常規(guī)矩陣一樣直接從主交叉點(diǎn)板倒換至備交叉點(diǎn)板，而是采用交叉點(diǎn)點(diǎn)級備份的方式，每個交叉點(diǎn)經(jīng)交叉點(diǎn)板檢查后進(jìn)行獨(dú)立倒換，倒換時不會影響其他交叉點(diǎn)的工作狀態(tài)[2]。

矩陣規(guī)模方面，EQX10 矩陣最大可支持160×160 路輸入輸出。本次系統(tǒng)采用了128×128的HD-SDI 物理輸入輸出板卡配置。矩陣的交叉點(diǎn)板上還具有額外的96 路監(jiān)看輸出，使用X-Link 技術(shù)，可采用交叉點(diǎn)板上3 個原生的X-Link 接口將3組32 路監(jiān)看信號輸出至畫面分割器，使畫面分割器的輸入在不占用128 路物理輸出端口的前提下，方便快捷地調(diào)用矩陣中的所有輸入輸出信號。畫分可以與矩陣控制器聯(lián)動，使用矩陣控制器來設(shè)計、存儲、快速調(diào)用整體電視墻布局，并且直接將矩陣輸出端口與畫面分割器輸入端口進(jìn)行綁定[3]。X-Link原理如圖4 所示。

圖4 X-Link 原理

畫面分割器分別配備了單卡32×8 高密度及單卡16×4 低密度兩種規(guī)格。在高密度畫面分割器的配置和設(shè)計上，8 組輸出Layout 均可獨(dú)立設(shè)計布局，且布局內(nèi)開窗數(shù)量、信號源分布均不受其他布局的影響。也就是說，同一塊畫面分割器中的8 組布局輸出，均可設(shè)計為16 畫分輸出，且每個窗口的信號源都可重復(fù)使用。這樣一塊32×8 的畫面分割器就可以同時滿足電視墻、演播廳內(nèi)現(xiàn)場、工位監(jiān)視器的多信源監(jiān)看需求，大大減少了畫面分割器的硬件數(shù)量需求，節(jié)省了該部分昂貴的成本。

4.4 監(jiān)看系統(tǒng)

導(dǎo)控室內(nèi)的監(jiān)看墻由18 塊55 英寸商顯及8 臺24 英寸監(jiān)視器組成。監(jiān)看墻共有上下兩排，上排位10 塊55 英寸商顯，下排位8 塊商顯+8 臺監(jiān)視器。為了保證監(jiān)看系統(tǒng)的安全及冗余性，監(jiān)看墻的18臺55 英寸商顯信號源由4 臺不同的畫面分割器+切換臺原生畫面分割器組合而成，8 臺監(jiān)視器的信源為攝像機(jī)控制單元（Camera Control Unit，CCU）及服務(wù)器輸出未經(jīng)中間設(shè)備直拉顯示。這樣即使出現(xiàn)單點(diǎn)設(shè)備故障，也不會影響信號監(jiān)看從而影響節(jié)目的安全制播。監(jiān)看墻布局設(shè)置如圖5 所示。

圖5 監(jiān)看墻布局設(shè)置圖

4.5 播放系統(tǒng)

本次新聞演播室采用Sobey 的服務(wù)器制作系統(tǒng)，主要使用的是主、備兩臺4211P 雙通道新聞播出服務(wù)器用于播放節(jié)目片段，同時采用一臺異構(gòu)MSV555 多功能服務(wù)器作為應(yīng)急第三備。在新聞直播前，責(zé)任編輯可通過調(diào)整播調(diào)節(jié)目單，同時調(diào)整多臺播出服務(wù)器的播出節(jié)目單。播出服務(wù)器可通過新聞媒資網(wǎng)根據(jù)播單直接獲取直播所需的素材片段，無須人工導(dǎo)入。此外，系統(tǒng)中也設(shè)計了4 臺VTR-P2 錄放機(jī)用于素材片段的人工播放。

4.6 同步與時鐘系統(tǒng)

本次同步系統(tǒng)配備2 臺SPG8000A 同步機(jī)及1臺ECO8000同步信號倒換器。在選件方面考慮如下。新聞演播室設(shè)備較多，具有大量的Sobey 服務(wù)器類設(shè)備，且很多服務(wù)器為多通道，配備了兩張HD-SDI I/O 板卡。這些板卡均不具備BB 信號環(huán)出功能，因此演播室需要大量的BB 信號。為此，在周邊系統(tǒng)中配備了8 張帶環(huán)出模擬視頻分配放大器板卡，這在一個6 訊道演播室中數(shù)量是偏多的。8 張模擬視分的連接設(shè)計上，盡管視分帶有無源環(huán)出功能，但是出于信號衰減的考慮，不建議每個通道鏈路上只環(huán)出一次。則8 個模擬視分就需要同步機(jī)支持4 路BB 輸出。另外，在演播室沒有總控外同步輸入的情況下，為了保證在倒換時主備同步機(jī)基準(zhǔn)一致，還需要主同步機(jī)輸出一路BB 信號去鎖備同步機(jī)。綜上所述，同步機(jī)至少需要支持5 路BB 輸出，而標(biāo)配的SPG8000A 只具備3 路BB 輸出，無法滿足演播室的需求。對此，主備同步機(jī)特別增加了BG選件，將每臺同步機(jī)的黑場同步BB 信號輸出擴(kuò)展至7 路，同時增加ECO8000 的選件REF，將倒換通道擴(kuò)展至6 路，用于倒換4 路BB 黑場同步加1 路Word Clock字時鐘音頻頻率同步。

在時間信號的考慮上，該演播室為基帶架構(gòu)，不需要精確時間協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP），且演播室的時碼信號將從總控的全臺時鐘統(tǒng)一發(fā)送，因此本次的同步系統(tǒng)并沒有購買GPS/PTP選件。演播室內(nèi)設(shè)備所需的時鐘信息由另一套青島廣研所的網(wǎng)絡(luò)時鐘協(xié)議服務(wù)器/LTC 分配器進(jìn)行分發(fā)。

4.7 周邊系統(tǒng)

視頻周邊系統(tǒng)采用了與矩陣畫分相同品牌的Evertz 周邊，包括幀同步、解/加嵌、視分等設(shè)備，均為7800Series 機(jī)箱板卡系列。應(yīng)急倒換則選用X0401 凈靜切換開關(guān)，支持4×1 應(yīng)急凈靜切換，同時接入主備切換臺、矩陣及墊片信號。值得一提的是，與常規(guī)演播室選用的凈切換應(yīng)急開關(guān)不同，新聞演播室選用的開關(guān)除支持視頻凈切換之外，還可支持音頻的靜切換。音頻靜切換原理如圖6 所示。

圖6 音頻靜切換原理圖

信號源A 與信號源B 切換時，處理嵌入音頻信號的靜切換一般有兩種處理方式。一種為V 型淡入淡出切換，該方式會在切換瞬間將信源A 的音頻快速淡出至接近靜音后，迅速將信源B 的音頻快速淡入。該切換方式可以在示波器上通過指標(biāo)測試，但是在監(jiān)聽單元上可以聽出淡入淡出過程。另一種為交叉淡入淡出切換，該方式同樣可以在示波器上通過指標(biāo)測試，但從人耳的主觀聽覺角度來評價，音頻的切換效果則更為平滑。在主、備信號為同一內(nèi)容時，V 型切換與交叉切換的主觀區(qū)別更為明顯。對于新聞演播室而言，確保應(yīng)急切換為凈靜切換是十分必要的，因此最終系統(tǒng)選用了支持交叉淡入淡出切換的X0401 應(yīng)急4×1 切換開關(guān)[4]。

4.8 通話系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用的通話核心設(shè)備為RTS 公司的ODIN32。與之前的模擬4 線架構(gòu)不同，本次通話系統(tǒng)支持IP+模擬4 線雙架構(gòu)，32 個矩陣通道可按需自由配置。面板、有線腰包及轉(zhuǎn)播車級聯(lián)采用14個IP 虛擬端口，攝像機(jī)、無線基站與無線耳返等設(shè)備采用傳統(tǒng)的16 個模擬4 線端口，有線耳返采用2個模擬兩線端口。因節(jié)目制作需要，演播室通話需要與4K 轉(zhuǎn)播車進(jìn)行級聯(lián)，此時可將演播室通話與4K 車通話組網(wǎng)后矩陣配對IFL 級聯(lián)，級聯(lián)后即可采用AZedit 軟件配置面板呼叫任何一個轉(zhuǎn)播車或演播室工位[5]。

新聞節(jié)目多為固定機(jī)位。為降本增效，大多數(shù)節(jié)目只配備一個攝像員在多個機(jī)位之間進(jìn)行游走。如此一來，攝像員的通話如采用攝像機(jī)原生通話則需要來回多次穿戴耳機(jī)，十分不便，且在機(jī)位間穿梭轉(zhuǎn)移時也無法及時與導(dǎo)播進(jìn)行溝通。針對此工作模式，本次特意配備了DBP 有線IP 腰包作為通話中心節(jié)點(diǎn)，將DBP 腰包安裝在演播室中心位置，并給攝像員配備了藍(lán)牙耳機(jī)，采用藍(lán)牙4.0 的方式與DBP 進(jìn)行連接。經(jīng)測試，藍(lán)牙耳機(jī)與腰包的穩(wěn)定連接范圍大于10 m 半徑。將DBP 腰包放在演播廳中央時，藍(lán)牙通信穩(wěn)定可靠，可方便快捷地解決攝像的通話需求。

5 結(jié)語

新聞演播室上線后擔(dān)任每日《吉林新聞聯(lián)播》直播工作，還需進(jìn)行《新聞早報》及《今晚》節(jié)目的錄制工作，系統(tǒng)使用頻率高，直播時間長。在系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型時需根據(jù)三重備份冗余來考慮，同時考慮到現(xiàn)階段的超高清進(jìn)程，選用的大部分設(shè)備也可以在不更換硬件的前提下升級授權(quán)來支持4K超高清制作。在后續(xù)的節(jié)目制作中，將嘗試充分發(fā)揮新設(shè)備的功能，不斷探索新的新聞節(jié)目制作流程可能性，來更加高效、可靠地制作新聞節(jié)目。