新聞演播室大屏幕熱備份系統方案設計

蔡小薇

（天津海河傳媒中心，天津 300202）

0 引 言

天津海河傳媒中心新聞演播室位于天津數字電視大廈4樓，占地面積約750 m2，承擔了《天津新聞》《12點報道》《晚間新聞》等多檔新聞節目的全年直播和天津市重大活動的新聞直播任務，是天津新聞宣傳報道的重要直播平臺。由于該演播室內原大屏幕系統運行時間較長，安全性、穩定性有所下降，因此，天津海河傳媒中心在2022年啟動大屏幕系統更新項目。此次新聞演播室大屏幕系統設計為LED小間距超高清大屏，具體系統項目改造方案如下。演播室大屏實景如圖1所示。

圖1 演播室大屏實景

1 LED顯示大屏幕系統概況

發光二極管（Light Emitting Diode，LED）可以直接將電能轉化為可見光。LED大屏是由三原色燈珠組成單元板，通過芯片控制發光[1]。隨著顯示技術的不斷發展，LED屏幕點距越來越小，刷新頻率不斷提高，大屏顯示畫面更加清晰、細膩，色彩還原度高，越來越多地應用于電視節目的制作。

大屏幕在新聞演播室節目制作中一般作為主播背景呈現在鏡頭中，需要根據節目實時變換顯示內容，是節目制作的重要環節。演播室大屏幕系統設計必須滿足《廣播電視安全播出管理規定》的相關管理規定，需要考慮整體系統雙鏈路設計，通過完善的熱備份機制保證整體系統安全性，并制定直播應急操作預案，保障節目播出安全。下面具體介紹系統方案設計。

2 大屏幕系統方案設計

新聞演播室大屏幕系統主要由LED顯示屏、大屏控制器、視頻處理器、切換臺、控制計算機以及配電系統組成[2]。

大屏幕系統采用三級主、備雙鏈路架構，熱備份機制，系統設計如圖2所示。

圖2 新聞演播室大屏幕系統圖

2.1 大屏顯示信號熱備份

大屏控制系統設計主、備兩臺大屏控制器。每臺大屏控制器輸入3路信號，分別是1路串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）基帶信號和2路不同路由的高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）信號，輸出為網絡信號，通過網線發送至LED顯示屏。每塊LED箱體配置雙接收卡，接收主、備大屏信號后環出至另一塊箱體，信號首尾串接，實現大屏顯示。

主大屏控制器發送主路大屏信號至屏體左一箱體主接收卡，依次串接所有箱體主接收卡，形成大屏信號左環路。備大屏控制器發送備路大屏信號至屏體右一箱體備接收卡，依次串接所有箱體備接收卡，形成大屏信號右環路。

大屏每個箱體均為雙信號鏈路。當主路大屏控制器發生故障，無信號輸出時，屏體會自動切換至備路接收信號顯示。當某一塊LED接收卡或網絡線路發生故障，不會影響與其串接的其他箱體信號顯示，避免出現部分屏體黑屏情況，保障節目播出安全。

2.2 大屏拼接處理信號熱備份

系統配置了主、備兩臺邁普視通LED-W4000視頻處理器，其主要功能是完成視頻信號拼接、切換和多畫面顯示等，保障輸出至大屏控制器的視頻信號正常。W4000視頻處理器背板如圖3所示。

圖3 LED-W4000視頻處理器背板示意圖

視頻處理器標準輸入共12路，分為4組，每組內3路信號，三選一使用；包括SDI×1、HDMI×3、DVI×4、DP×4；分辨率規格為SDI（3GSDI：1 080p/i及以下）；HDMI、數字視頻接口（Digital Visual Interface，DVI）、DP（Display Port）均支持4K×1K/60 Hz范圍擴展顯示標識數據（Extended Display Identification Data，EDID）管理。

視頻處理器的擴展輸入支持同時擴展2組4K模塊。單個模塊包含DP1.2×1，HDMI2.0×1（含一路環出），單個模塊內輸入端口二選一使用。

大屏系統中，視頻處理器共有三路輸入，如表1所示。

表1 視頻處理器輸入列表

視頻處理器輸出共12路，分為2組，每組包含4路DVI（A、B復制，例如1A=1B、2A=2B）及2路HDMI（A、B復制）DV1、HDMI兩種端口，二選一使用。兩臺視頻處理器各輸出1路HDMI（1A）信號，分別送至主、備大屏控制器輸入端。

主、備W4000視頻處理器通過交換機網絡連接，可實現同步切換操作。正常狀態時，主、備視頻處理器默認選擇大屏控臺信號。當發現該信號錯誤時，手動切換主處理器至其他輸入源，備處理器同步切換，保障送至下級的主、備路信號保持一致。當主或備視頻處理器發生故障，可直接將故障設備斷電，僅使用另一臺處理器工作，避免故障處理器輸出錯誤信號，導致大屏出現閃爍、靜幀、花屏等情況發生。

2.3 視頻信源切換熱備份

在新聞節目制作中，尤其是直播節目，要求大屏幕素材切換靈活、快捷，且在新聞連線環節還需要屏幕開窗等，切換操作主要使用大屏控臺完成。系統配置邁普視通MIG-EC80切換臺，支持4K輸入/輸出，是多圖層處理與控制一體化的視頻控臺，內部采用4K/60 Hz 4∶4∶4圖像處理技術，內置4K矩陣，支持多路4K輸入之間淡入淡出切換。切換臺面板設計如圖4所示，切換臺背板設計如圖5所示。

圖4 MIG-EC80切換臺面板

圖5 MIG-EC80切換臺背板

系統中，大屏控臺共有六路輸入，如表2所示。

表2 大屏控臺輸入列表

切換臺主輸出2路，1A路和1B路HDMI主輸出信號分別送至主、備視頻處理器。

正常工作狀態時，節目制作使用大屏控臺可以快速完成多路信源淡入淡出切換、圖層疊加、圖像zoom變換、圖像截取等操作，畫面效果可通過預監端口實時監看。同時，備背景服務器輸出1路信號作為大屏熱備份信號。當控臺發生故障，手動切換下一級視頻處理器至備路HDMI信號（即輸入2），保障節目正常進行。

2.4 供電系統雙備份設計

按照廣播電視安全播出要求，大屏系統的配電系統采用雙供電及雙電源設計。配電系統設計如圖6所示。

圖6 配電系統示意圖

配電箱設置了主、備動力電的自動倒換裝置，同時輸出兩路市電提供給大屏系統主、備電源供電。為了防止LED箱體整體啟動電流過大，大屏配電箱設置了手動分批啟動功能[3]。每個箱體均為雙電源供電，主路與備路電源分別串接。當主路電源或者某個箱體主電源模塊發生故障，串接的箱體自動切換至備路電源模塊供電，避免出現部分屏體黑屏情況，保障節目播出安全。

3 系統安全及應急操作

正常狀態下，大屏系統默認設置為大屏控臺信號輸出，主路工作，備路處于熱備份狀態。

3.1 大屏信號顯示異常處理

如果大屏信號顯示異常，可采用如下步驟進行故障定位、處理。

（1）切換控臺其他信源，查看控臺預監信號是否正常，判斷控臺是否故障。

（2）如視頻控臺發生故障，手動切換主視頻處理器信號，主、備路系統后端一級正常。

（3）視頻控臺狀態正常時，繼續判斷下一級故障點。斷開主視頻處理器電源，備路視頻處理器工作，若備路系統后端一級正常，可判斷為主視頻處理器故障。

（4）如主、備路視頻處理器或線路發生故障，手動切換主、備大屏控制器至HDMI2信號，大屏顯示為備路背景服務器信號。

3.2 大屏單塊箱體顯示異常處理

如果大屏單塊箱體顯示異常，一般為大屏模組顯示器件故障或箱體接收卡、電源模塊故障，需要及時檢查線路，更換配件。

4 LED顯示屏體主要技術參數

4.1 點 距

LED顯示大屏由三原色燈珠組成，兩個燈珠的中心點之間的距離稱為點間距。點間距的大小決定屏幕的顯示分辨率。分辨率越高，屏幕在顯示畫面時就越清晰。在點陣圖像中，最佳的顯示效果是顯示分辨率與信號分辨率一樣，即點點對應。

新聞演播室大屏幕設計為LED小間距超高清大屏，采用平面屏設計，屏幕寬4.72 m，高3.6 m，總面積為17 m2。大屏系統的主輸出信號為4K信號，信號分辨率為3 840×2 160，按照點對點全屏顯示計算，可推算出最佳點距。按屏體寬度計算點距為4720 mm÷3 840≈1.22 mm。按屏體高度計算點距為3 600 mm÷2 160≈1.66 mm。

在電視節目制作中，大屏點距的選擇還與節目內容直接相關。由于該新聞演播室大屏應用于新聞頻道多檔節目制作，節目形式各不相同，大屏不僅承擔背景渲染的功能，還需要準確顯示文字、圖表和連線視頻等內容信息，要求屏幕有較高的清晰度。綜合評估，屏體選擇了點距為1.25 mm的LED顯示屏。

4.2 低亮度、高灰度

LED顯示屏是自發光電子設備，本身具有高亮度。在演播室節目制作中，屏幕與現場燈光和舞美環境相配合，亮度一般會調至較低，這樣才能拍攝出最佳的畫面效果。當顯示屏降低亮度時，畫面就會出現較為明顯的灰度損失現象，所以在電視演播室的大屏選型中，要求屏幕需要在低亮度的情況下保持很好的灰度表現，即“低亮高灰”[4]。一般要求大屏亮度0%～100%無極可調，P1.25屏灰階不低于16 bits，支持分段校正，提升各個灰階的顯示均勻性。

4.3 高刷新率

電子束對屏幕上的圖像重復掃描的次數越高，刷新率越高，所顯示的圖像穩定性就越好。LED小間距屏在高刷新率下，攝取畫面穩定，無波紋黑屏，圖像邊緣清晰，準確還原圖像真實信息[5]。

4.4 前維護設計

LED顯示箱體采用雙卡雙電源備份控制，箱體可正反面拆卸；模組、控制盒正面維護，便于快速維修更換，系統安全性更高[6]。

5 結 語

高清晰度的屏幕顯示、準確的色彩還原以及安全的系統設計，是電視制作領域對大屏幕系統的基本要求。隨著LED大屏幕技術的不斷發展，異形屏、開合屏、弧形屏、地屏等設計越來越多，加之虛擬現實相關技術的興起和應用，大屏幕在電視節目的應用越來越廣泛，形式更加豐富。對此，需在節目錄制工作中不斷探索大屏幕的系統流程和備份應急機制，為節目創作、創新提供技術保障。