淺析高清演播室視頻系統(tǒng)的設(shè)計要點

【摘要】 中國農(nóng)業(yè)電影電視中心是隸屬于國家農(nóng)業(yè)部的司局級事業(yè)單位，負(fù)責(zé)承辦CCTV-7的農(nóng)業(yè)節(jié)目。本文通過對中心高清演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計思路、設(shè)備選型以及實際運(yùn)行的介紹，為今后演播室系統(tǒng)的構(gòu)建提供一些思路和參考。

【關(guān)鍵詞】高清 演播室 視頻系統(tǒng) 信號調(diào)度 監(jiān)視系統(tǒng)

高清電視技術(shù)的不斷成熟和完善，給我們帶來全新的變革和理念。為了保持農(nóng)影的競爭優(yōu)勢，適應(yīng)高清數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，加快硬件設(shè)備升級換代的步伐，推進(jìn)高清電視的發(fā)展，我們必須將現(xiàn)有設(shè)備更新或高清改造，而作為節(jié)目制作流程中承擔(dān)著重要任務(wù)的演播室，更是這次數(shù)字高清化改造的關(guān)鍵。

根據(jù)中心的情況一步跨入高清比較困難，還需要一個較長的過程，為同時滿足高、標(biāo)清制作的需求，系統(tǒng)主通道采用高清設(shè)備，向下兼容標(biāo)清，支持主流高、標(biāo)清信號的混合制作。

一.系統(tǒng)設(shè)計原則

（1）系統(tǒng)應(yīng)具備穩(wěn)定的、成熟的先進(jìn)技術(shù)和功能的完備性

高清演播室系統(tǒng)，力求著眼于未來廣播電視業(yè)的發(fā)展方向，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合專業(yè)廣播電視規(guī)范，系統(tǒng)應(yīng)選用穩(wěn)定、成熟、適用、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，并在功能和性能上有一定的前瞻性，以適應(yīng)未來節(jié)目制作的需求。在合理選配設(shè)備，充分發(fā)揮其功能的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計，使系統(tǒng)整體功能更實用、更豐富、更完備，保證相關(guān)環(huán)節(jié)的高標(biāo)清兼容性。

（2）系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性和靈活的應(yīng)急措施

演播室承擔(dān)大量制作工作，在設(shè)備選型上必須選擇穩(wěn)定、可靠、成熟的產(chǎn)品，系統(tǒng)應(yīng)具有高度的運(yùn)行可靠性，結(jié)構(gòu)上不允許有單一節(jié)點的崩潰點，關(guān)鍵設(shè)備要充分考慮備份及設(shè)計冗余，設(shè)計要考慮到完善的應(yīng)急方案，并且應(yīng)急操作應(yīng)安全、快捷。

（3）系統(tǒng)應(yīng)具有開放性和擴(kuò)展能力

系統(tǒng)應(yīng)具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展能力，具有良好的開放性，設(shè)計應(yīng)采用模塊化理念，易于擴(kuò)展和拆分，并且各功能區(qū)要有豐富的信號接口板，同時應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，易于互聯(lián)互通。

（4）系統(tǒng)應(yīng)操作簡易，調(diào)配靈活，維護(hù)方便

演播室系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理和規(guī)范，工位的設(shè)計符合演播室的特點，保證系統(tǒng)設(shè)備操作直觀、簡易，系統(tǒng)信號調(diào)配監(jiān)視方便靈活，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單清晰，以方便日后系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)管理和故障排查。

（5）系統(tǒng)設(shè)計要保持高性價比

對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，采用集約化設(shè)計思路，達(dá)到最佳的性價比。系統(tǒng)設(shè)計中，在保證功能不簡化、安全性不降低的前提下力求通過合理的設(shè)計方式降低系統(tǒng)造價，減少設(shè)備，方便系統(tǒng)連接等。

（6）系統(tǒng)具有箱載移動的特殊性

系統(tǒng)為適應(yīng)戶外拍攝的要求，須具備快速移動的特性，所以系統(tǒng)應(yīng)盡量采用小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、高集成度設(shè)計的設(shè)備，并在飛行箱內(nèi)進(jìn)行集成，以達(dá)到方便運(yùn)輸，節(jié)約架設(shè)線路時間的目的。

二.系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備選型

（1）數(shù)字切換臺

視頻切換臺是整個視頻系統(tǒng)的核心，強(qiáng)大的視頻切換臺不僅意味著它的特技效果種類繁多，而且可以同時對多路信號源進(jìn)行多層畫面的特技處理，避免多版制作造成畫面質(zhì)量下降和制作效率降低。考慮到以前的標(biāo)清演播室切換臺是SONY公司的，新購置的主切換臺選擇了Sony公司的MVS-7000X高清數(shù)字特技切換臺，其操作界面和功能設(shè)置同老的切換臺基本一致，導(dǎo)播人員不需要培訓(xùn)即可快速上手。同時該切換臺性能穩(wěn)定，功能強(qiáng)大，采用模塊化和網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，非常方便以后升級改造，它包括8*2個帶有2.5Dresizer的高性能鍵控器，具有多種新型可選的混合/特效模式，4級M/E（含PP級）、每級M/E 4個全功能鍵，總共具備16個可分配的全功能鍵，輸入40路、輸出24路，3級M/E面板具備24個直切鍵，各路均帶有源名顯示，可與矩陣源名聯(lián)動。

備切換臺選用了MVS-6000 多格式切換臺，配置成1級M/E有獨立AUX控制模塊，提供8個全功能鍵，12個直切鍵，15路輸入及24路輸出。

（2）攝像機(jī)

攝像機(jī)在視頻系統(tǒng)中占有很重要的位置，攝像機(jī)質(zhì)量直接決定演播室的節(jié)目技術(shù)質(zhì)量，在性能、價格和需求上，經(jīng)過慎重考慮，我們選用了Sony公司的HDC-1580R攝像機(jī)，它采用Power HAD EX HD CCD（220萬像素），具有高達(dá)F11的靈敏度，有效減輕了夜晚制作節(jié)目時對燈光照度的要求。信噪比55dB，調(diào)制深度達(dá)到55%，有效降低了暗部畫面噪波，使得高清晰的畫面細(xì)節(jié)豐富，提供了更加通透的高清晰度圖像畫面。HDC1580還包含了廣播級高清攝像機(jī)行業(yè)中最先進(jìn)的14bit A/D轉(zhuǎn)換器，使得由高性能CCD拍攝的圖像能夠在處理過程中保持最高的準(zhǔn)確度，能夠忠實的再現(xiàn)畫面中亮到暗部區(qū)域的層次。

（3）多格式矩陣

矩陣是高清演播室的重要核心設(shè)備，是系統(tǒng)信號的調(diào)度中樞，完成記錄、輸出、監(jiān)視、監(jiān)測等信號的調(diào)度要求，并作為主切換臺的應(yīng)急安全備份。考慮到矩陣和切換臺之間應(yīng)無縫聯(lián)接，應(yīng)急處理迅速靈活，兩者之間有良好的匹配和兼容性，我們同樣選用了Sony公司產(chǎn)品：IXS-6600視頻切換矩陣。IXS-6600視頻矩陣采用了獨有的S-BUS控制系統(tǒng)，可以與索尼的MVS-7000X切換臺結(jié)合成一個整體的控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)雙向操作控制、信號源名稱交換，以及Tally提示處理等重要功能，它們之間的配合使用也可為以后的升級提供方便。

（4）周邊設(shè)備

周邊設(shè)備選擇的合理性直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們選擇了國際知名品牌的產(chǎn)品AXON作為系統(tǒng)主通道的周邊設(shè)備，同時還配備了三臺AJA高清數(shù)字視頻同步機(jī)和兩臺TV-ONE的VGA轉(zhuǎn)HD-SDI轉(zhuǎn)換器，解決了外來的各種視頻信號和電腦信號進(jìn)入系統(tǒng)的問題，并完成高清下變換工作。

AXON系列設(shè)備全部為模塊化設(shè)計，機(jī)箱均帶備份電源，有良好的散熱、防塵功能，保證在密集安裝的情況下散熱良好、能長期穩(wěn)定工作。周邊設(shè)備支持視頻高清/標(biāo)清處理、音頻處理、制式轉(zhuǎn)換處理和信號完整性檢測切換等多種規(guī)格板卡， 所有模塊均可熱插拔。

周邊設(shè)備帶控制接口和開放軟件控制協(xié)議，關(guān)鍵參數(shù)（如視頻幅度/黑場/靜幀等）都可以由信號探測器來有效地監(jiān)視，實現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和信號分析，并在檢測到故障時報警。所有周邊設(shè)備參數(shù)可以通過控制面板或綜合面板進(jìn)行設(shè)定，并將參數(shù)自動記憶在機(jī)箱內(nèi)，在設(shè)備板卡出現(xiàn)問題是，將所設(shè)參數(shù)自動傳入備份板卡中，自動恢復(fù)為原來板卡數(shù)據(jù)，不影響系統(tǒng)正常工作。

三.系統(tǒng)構(gòu)架

（1）系統(tǒng)總況

演播室視頻系統(tǒng)總體規(guī)模為標(biāo)準(zhǔn)8訊道及1無線訊道，預(yù)留4個攝像機(jī)通道可通過增加箱載EFP系統(tǒng)擴(kuò)充為12+1訊道。系統(tǒng)由主、備切換臺，核心調(diào)度矩陣形成完備的多級錄制安全備份，并具有直播能力。視頻系統(tǒng)主信號通道為1080/50i全高清的制作環(huán)境，即全高清內(nèi)核，為兼顧標(biāo)清制作能力，在視頻入、出口采用上、下變換的方式來滿足標(biāo)清制作需要。

（2）系統(tǒng)簡圖

（3）信號源輸出調(diào)用及基本工作原理

視頻信號源為8+4路有線高清攝像機(jī)、1路無線攝像機(jī)、4路高清錄像機(jī)、2路標(biāo)清錄像機(jī)、2路硬盤錄像機(jī)的重放信號、1臺高清字幕機(jī)信號、2路VGA信號、1路測試信號及若干外來信號。

攝像機(jī)信號從攝像機(jī)頭通過復(fù)合光纜傳送給CCU基站，基站輸出的HD-SDI信號直接進(jìn)入主切換臺、矩陣，輸出的兩路HD信號經(jīng)過多畫面分割器后，送到導(dǎo)演和技術(shù)區(qū)大屏監(jiān)看，1路模擬信號送到技術(shù)區(qū)進(jìn)行波形監(jiān)測。

主切換臺輸入的信號包括CCU輸出的攝像機(jī)信號，錄像機(jī)的輸出信號，測試信號（同步發(fā)生器提供），兩臺幀同步機(jī)輸出的信號，和六路矩陣輸出信號（可在矩陣中任意調(diào)用信號源）。

備用切換臺信號由矩陣輸出的10路信號作為輸入信號，信號內(nèi)容一般為攝像機(jī)信號，可在矩陣內(nèi)調(diào)用任意信號。

高標(biāo)清錄像機(jī)及硬盤錄像機(jī)錄制由矩陣輸出的PGM和M/E信號，對節(jié)目進(jìn)行記錄。也可播放一些前期錄制好的節(jié)目或素材回放，將HD-SDI信號分別送往主切換臺、矩陣和錄像區(qū)監(jiān)看。

字幕機(jī)的KV信號和計算機(jī)信號（網(wǎng)絡(luò)信息、短信、圖片等）經(jīng)過VGA轉(zhuǎn)換器后的HD-SDI信號都進(jìn)入矩陣進(jìn)行分配和調(diào)度。

測試信號由主備同步及測試信號發(fā)生器產(chǎn)生，可輸出SMPTE等各種標(biāo)準(zhǔn)的彩條和其他常用高標(biāo)清測試信號，分別送到主切換臺和連接到箱載外接口板上以備使用。

對于系統(tǒng)外來信號的接入，采用了AJA的多功能變換設(shè)備和AXON公司的周邊板卡，可對外來信號進(jìn)行上變換、幀同步、音頻解嵌等處理后，分別送往主切換臺、矩陣和大屏監(jiān)看。

考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展，切換臺和矩陣預(yù)留有輸入通道，在需要直接調(diào)用更多的攝像機(jī)或非編等設(shè)備時，信號從接口板進(jìn)入系統(tǒng)。

（4）信號的輸出與調(diào)度

視頻通道以多區(qū)矩陣調(diào)度為核心，攝像機(jī)、錄像機(jī)及外來等視頻信號進(jìn)入矩陣進(jìn)行信號的調(diào)度，為主、備切換臺、錄像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)看區(qū)和外接口等提供信號。矩陣的輸入端也有來自切換臺的包括PGM、CLEAN、M/E、AUX等各種信號。

主、備切換臺PGM信號分別輸出到兩個AXON機(jī)箱內(nèi)二選一板卡，實現(xiàn)雙備份的同時完成加嵌、下變換和D/A轉(zhuǎn)換，從二選一出來的各種信號再分別進(jìn)入視分，得到的PGM信號有主備HD、SD和模擬信號，被送到各區(qū)、外接口板和返送回矩陣輸入端。

多區(qū)矩陣提供系統(tǒng)中所有錄像機(jī)記錄信號、各區(qū)監(jiān)看和送到外接口板的部分信號。矩陣的1路輸出接到AXON的下變換、數(shù)模及視分板卡上，可以對外提供系統(tǒng)中任何一路信號的多格式信號，可供現(xiàn)場大屏幕使用或直接連接到備份錄像機(jī)，用以記錄一些現(xiàn)場視頻素材，為后期編輯提供了更多選擇余地。送給攝像機(jī)基站的返送信號也由矩陣輸出，經(jīng)分配送到各攝像機(jī)，使所有機(jī)位攝像師在應(yīng)急情況下通過攝像機(jī)上的尋像器也能看到返送信號。

（5）圖像監(jiān)視系統(tǒng)

圖像監(jiān)視系統(tǒng)是視頻系統(tǒng)的一個重要組成部分，本系統(tǒng)按滿足12訊道規(guī)模直播演播室要求進(jìn)行設(shè)計，主要分為技術(shù)區(qū)、導(dǎo)演區(qū)、錄像區(qū)和其它區(qū)監(jiān)視系統(tǒng)，全部采用高清監(jiān)視器，監(jiān)視信號通過矩陣進(jìn)行調(diào)度，實現(xiàn)動態(tài)管理。

導(dǎo)演區(qū)采用5臺42英寸等離子監(jiān)視器根據(jù)不同信號監(jiān)看，以8分割或4分割方式顯示，最多可達(dá)到32路分割；技術(shù)區(qū)采用3臺20英寸監(jiān)視器四分割顯示，每個訊道技術(shù)工位可獨立監(jiān)看4訊道攝像機(jī)信號；錄像區(qū)可同時監(jiān)看6路錄像機(jī)信號，采用兩臺支持19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架安裝的三聯(lián)式平板監(jiān)視器，具有HD-SDI輸入接口；音頻區(qū)可監(jiān)看5路攝像機(jī)信號（含PGM），采用1臺17英寸監(jiān)視器做4分割和1臺17英寸獨立監(jiān)視器；現(xiàn)場導(dǎo)演區(qū)配置 3臺17英寸高清數(shù)字監(jiān)視器；現(xiàn)場燈光控制區(qū)配置1臺20英寸高清數(shù)字監(jiān)視器。

（6）同步時鐘系統(tǒng)

同步系統(tǒng)由主備同步信號發(fā)生器和自動倒換器組成，采用1臺泰克公司的TG700和1臺利達(dá)公司生產(chǎn)的高標(biāo)清同步信號發(fā)生器LT4400提供穩(wěn)定的、多格式、多樣化同步和測試信號，通過AXON的周邊機(jī)箱的同步信號倒換功能完成同步倒換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定并完成設(shè)備測試，為演播及制作設(shè)備保駕護(hù)航。

計時鐘系統(tǒng)是協(xié)調(diào)各播出環(huán)節(jié)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)的計時鐘采用GPS衛(wèi)星計時系統(tǒng)，包括導(dǎo)演區(qū)GPS時間顯示，顯示時鐘的尺寸根據(jù)系統(tǒng)需求配置。

四.小結(jié)

1000平方米演播室系統(tǒng)是農(nóng)影從標(biāo)清節(jié)目制作向高清節(jié)目制作過渡的標(biāo)志，是農(nóng)影電視技術(shù)發(fā)展的一步關(guān)鍵性跨越，意義非常重大。系統(tǒng)建設(shè)完成后在提高節(jié)目技術(shù)質(zhì)量的同時，也鍛煉了技術(shù)隊伍，儲備了人才。高清演播室半年多來錄制了許多場大型活動，在使用過程中運(yùn)行正常，性能穩(wěn)定，操作靈活，信號質(zhì)量良好，達(dá)到了當(dāng)初系統(tǒng)設(shè)計的要求，這不僅說明我們農(nóng)影向高清邁進(jìn)了一步，而且對于進(jìn)一步提升農(nóng)影節(jié)目制播水平，增強(qiáng)市場競爭力、擴(kuò)大社會影響力具有重要意義。BP