面向奧運全4K制作的超大型轉播車設計

謝秦

眾所周知東京奧運會公共信號制作將采用全4K HDR的制作模式，無論對奧運會制作要求，還是對OBS的轉播技術要求都是一項巨大的挑戰。本文將介紹SMT上海東方傳媒技術有限公司從2018年平昌冬奧會轉播到東京奧運會4KHDR轉播技術的變化，著眼2022年北京冬奧會，介紹SMT在超大型4K HDR轉播車建設的最新理念。

一.平昌冬奧會轉播技術方案

1.項目介紹

平昌冬奧會期間，SMT-UHDS1轉播車完成冬奧開閉幕式備份系統轉播以及冬殘奧期間現代冬季兩項和越野滑雪兩個項目的公共信號制作任務，平昌期間所有公共信號制作以高清1080i 59.94標準制作，冬奧期間聲音制作以5.1環繞聲為主，殘奧期間以立體聲制作為主。

現代冬季兩項——雪上運動項目之一。它是越野滑雪和射擊相結合的運動。要求運動員身背專用小口徑步槍，每滑行一段距離進行一次射擊，最先到達終點者即為優勝。 它起源于挪威，與人們在冬季狩獵活動有關，是一種滑雪加射擊的比賽。

越野滑雪——借助滑雪用具，運用登山、滑降、轉彎、滑行等基本技術，滑行于山丘雪原的運動項目。比賽線路是上坡 、下坡和平地各約占1/3。為有利于發揮速度，應避免坡度過長、過陡和急轉彎地段。運動員按賽前抽簽決定的順序佩帶號碼布，著經裁判檢查認可并打有標記的滑雪板。單項比賽采用間隔單人出發。除雪板前部和雪杖外，雙腳位置不得超過起點線。比賽名次根據運動員按規則滑完全程所用的時間確定。運動員到達終點時至少有一只腳穿帶有標記的滑雪板，否則成績無效。

2.現場機位布局

整個場地根據不同的級別、組別會有不同的賽道，基本都是在此基礎上變化；整個賽道由2部分：stadium和course組成；大部分baithlon和cross country skiing的組別都是一個個選手先后出發計時，同時在baithlon比賽中射擊部分脫靶還有加罰時間，因此在整個制作過程中找出領先者是重中之重；對于baithlon來說主要的是s t a r t、c o u r s e、 shooting、finish，其中course的占比相對較少，對于cross country skiing來說主要的是srart、course、finish，course的成分比較重要，因為該項目會將賽道均分為上坡、平地、下坡，考驗選手的滑雪能力。

3.轉播車系統布局

DIRECTOR：整個節目制作的核心，把控賽事制作全流程，需要與所有轉播工種通話，負責叫機，所有其他工種向他匯報；賽前2小時到達現場，賽前2小時-1.5小時與攝像開會，賽前1.5小時上車檢查監看、機位設置；賽前和賽后的制作流程相對簡單，難度最大的是選手全部在賽道時，尋找領先者的工作，需要headspotter和Asistent director不斷的分析數據向他匯報。

TD：負責設置切換臺，賽事期間聽從Director完成切像工作，幾乎不使用通話，只在緊急的情況下與攝像通話；賽前2小時到崗，檢查切換臺所有功能，與EIC接觸較多，是Director和轉播車聯系的樞紐。

ASISTENT DIRECTOR WITH CIS：助理導播，輔助director按照賽事直播流程進行各項切換，例如何時播放倒計時，何時播片頭，何時出時間成績等；CIS系統是賽事信息系統，包含選手信息和比賽成績。需要與director、headspotter、Graphic、evs、A1通話。

SPOTTER：相當于現場導演，現場一共有4位spotter，負責不同區域的工作，包括體育場內選手的出發順序、選手到達射擊區域的限售和賽道上選手的先后等即時信息，4個spotter只向First spotter匯報現場情況。

First spotter：是head spotter的助理，聯系現場4位spotter，將信息收集匯總后傳遞給head spotter；First spotter只與4位現場spotter和headspotter通話。

HEAD SPOTTER WITH CIS AND OMEGA：相當于director的領航員，主要工作是跟蹤比賽期間各個選手的位置和成績，分析處于領先的選手，即時向director匯報選手位置和成績，使director在第一時間知道該找哪位選手；head spotter的工作相當重要，他需要通過CIS系統和omega即時計分系統實時掌控領先者。在比賽期間工作難度、強度非常大，因為director完全根據head spotter的信息來跟蹤選手和切像。Headspotter只和director和asistent director通話。

PRODUCTION CONTROLL：由2個工位組成，1位是OBS production manager負責掌控制作全局，按照制作手冊的要求監督提醒director；同時負責與IBC PQC聯系，PQC主要是針對制作流程的把控；另外一位是制作團隊的team leader，主要配合OBS production manager工作，同時需要與體育展示進行聯系和溝通，掌握現場頒獎流程。

S U B D I R E C T O R F O R HIGHLIGHTS：evs導演，由2個人組成，主要指揮、指導highlights、session video montage、melt real、best athletsslomos的制作，同時兼顧賽前選手的熱身及制作部分選手畫面給字幕上人名條；該工位需要看到全部機位信號、需要看到所有4臺EVS的8個輸出，同時需要與director、evs op、部分攝像師如無線機位、機器人機位。

SUB EVS-operator 1：單獨一臺evs，8進2出，需要能聯網其他evs，專門用來做highlights，session montage、best athletsslomos、melt real、藍光單機素材傳送等。

EVS 1-A＼B-operator 2：EVS 1 8進4出，DUAL LSM模式，負責shooting range cam6、cam16、oncorse cam12 、cam13、倒計時、Openning closing animation。

EVS 1-C＼D-operator 3：EVS 1 8進4出，DUAL LSM模式，負責 shooting range cam7、cam8、oncorse cam15、cam18。

EVS 2-E＼F-operator 4：evs 8進2出設置，負責Start and finish cam4、cam5、cam 2、oncorse cam19、cam 20、直升機、其他。

EVS 3-G＼H+SSLM -operator 5：evs 8進2出設置，負責finish cam11、oncorse red cam14、cam 17、oncorse blue cam21、cam 22、SSLM、其他。

所有EVS工位需要evs monitor監聽且希望在通話面板內聽到evs monitor聲音；所有EVS都是2 PGM模式，都需要與director、audio、sub director、asistent director通話。

Audio：5人團隊，雙A1調音師推臺子、3人A2負責現場話筒、通話由轉播車工程師完成。

CCU operator：5人調光、負責27個機位的調光，基本上是一人4-5個機位，1號位是總負責，調4個主機位加總體顏色把控；每個工位都需要有通話面板和矩陣面板，同時需要有顏色矯正設備對外來信號，如beauty、直升機信號進行實時校色。

4.信號分發

·該節目制作共采用24個有線機位、12路外來信號。冬季兩項和越野滑雪每天交替進行，每天根據不同的比賽、組別，進行相應的機位、系統、制作的調整。

·共使用4臺12通道EVS制作，6個制作面板。

·TV compound里除了轉播車外，最重要的由3個房間：TOC、OMEGA timing、RF&HELI；三個房間有大量信號與轉播互聯、同時都需要通話面板與轉播車級聯；其中轉播車視頻輸出大約在40路左右，輸入在10路左右；音頻輸出數字10對，數字輸入4對，模擬輸入10路，輸出4路。

二.東京奧運會4K轉播需求

1.東京奧運制作標準

采用全4KHDR核心制作，高清播出信號通過4KHDRPGM信號下變換獲得。前端轉播系統要全部采用4KHDR內核制作，轉播系統將分別輸出4KHDR公共信號及其下變換獲得高清SDR公共信號，高清信號配合5.1環繞聲播出、4KHDR信號配合5.1.4全景聲播出。

2.東京奧運4KHDR制作流程

全4KHDR制作的痛點在于對轉播設備的要求非常高，同時在實際的體育賽事制作中對特種設備的需求本身又很大。現階段而言，大部分特種設備本身無法達到4KHDR的輸出，因此OBS定義了適用于東京奧運會的4KHDR制作流程（如下圖）。

切換臺采用4KHDR內核、EVS慢動作系統采用1080PSDR內核，輸出通過上變換為4KHDR格式進入切換臺、所有特種設備（無線攝像機、超高速、mini攝像頭等）、字幕、包裝輸出格式至少為1080PSDR格式進入EVS系統，同時采用上變換方式進入切換臺；所有的監看系統和調光系統采用基于高清SDR格式的監看，4KHDR的畫面主要由Visionmanager來整體把控4K畫面和高清畫面的配。

3.4KHDR制作下的轉換需求

以SMTUHDS4所參與的攀巖公共信號制作需求為例，至少需要32路的SDR-HDR、HDR-SDR的轉換通道需求。

三.超大型4KHDR轉播車的設計理念

總結SMT參與的2屆奧運會（平昌冬奧會和東京夏奧會）轉播制作需求，兼顧考慮未來幾年4KHDR的制作需求，我們在設計超大型4KHDR轉播車時評估了12GSDI系統和IP系統的可實施性，最后認為超大型系統對于系統的穩定性、可拓展性上更有優勢，因此我們選擇基于SMPTEST2110標準架構的32訊道超大規模4KHDR雙制作轉播系統。

1.設計原則

·安全性：根據技術需求設計的系統方案具有高安全性。系統具備主備份安全冗余通路、應急處理機制、系統功能完善，架構及流程合理；應急處理簡單有效、減少故障恢復時間；IP制作系統確保能夠高穩定性地運行；數據交換中心采用主備核心設計，所有IP設備都保證雙通道輸入輸出，系統具有故障自動檢測，自動恢復能力；應用管理系統具備容錯和應變能力。

·先進性：設計的系統方案具有先進性。充分利用IP網絡雙向傳輸、多數據流傳輸和多格式數據流兼容等特性優化系統結構；主要系統均使用IP交換機作為信號交換核心。

·可擴展性：系統設計具有可擴展性，在保證基本配置的前提下，預留充分的擴展空間，保證將來可以進行訊道和相應功能性設備的擴展。

·實用性：根據奧運會OBS的轉播技術要求，S1轉播系統可以滿足大型奧運會賽事的轉播要求，并可滿足頂級賽事、高端電子競技類比賽及大型綜藝類節目的轉播。

2.系統目標定位

實現4KHDR超高清節目制作，滿足SMPTE2110標準的4K全IP的系統架構。

·能夠完成超大型節目的4K直播、錄制任務，滿足大型體育賽事、高端電子競技類比賽、大型綜藝節目的制作。

·雙制作空間布局，可以滿足30-40工位以上的布局；

·制作區域劃分，可根據節目形態進行適當的布局變換。

·環繞聲制作，包括多聲道錄制、立體聲制作、全景聲制作。

·平臺信號調度基于SDN服務器的管理，通過對SDN控制，簡單控制能實現整個信號的調度、分配、控制，操作簡單便捷安全，并能實時查看數據流的走向，兼顧傳統 SDI工程師的使用習慣。

·系統支持全新PTP同步方式，系統連線相比傳統的BB大為簡單。采用主備PTP的接入方式，實現無縫的主備切換，并能與傳統的 BB 同步方式相兼容。

·系統支持SMPTE 2110-30音頻IP流，完成通話系統與攝像機實現自由靈活的雙向 IP音頻交互，通話內容的調度、系統的架構變得極為簡單。

·通用的、符合國家標準的S M P T E2110 I P、SMPTE2082 12G-SDI、SMPTE425-5 4*3G-SDI、SMPTE424M 3G-SDI、SMPTE 292M HD-SDI視頻、AES/ EBU、模擬音頻、嵌入音頻、4線通話、TALLY等輸入及輸出端口。

3.總體技術方案

SMT UHD S1全系統基于IP SMPTE 2110的數據中心架構，采用spine leaf組成的超大吞吐能力的數據中心，主備全冗余。基于目前IT架構的發展，采用100G接口，在4K內核下采用了無壓縮4K信號處理，確保系統內所有傳統4線變成成熟的IP傳輸，大幅減少系統內線纜，極大的提高了系統的靈活性。系統同步采用PTP與BB信號混合使用的方式，播出通道考慮以IP與傳統方式混合的架構 。

系統總體框圖：

視頻系統總體架構

·視頻系統采用主備spineLeaf數據中心架構，采用100G接口，最大信號處理能力6.4T。

·雙SDN控制，實現對IP信號的路徑走向、分發路由的控制。

·支持32個4K IP攝像機的接入能力，可實現32訊道4K HDR轉播。

·切花臺滿足56路IP 4K及16路12G SDI輸入，輸出24路IP 4K 及16路12G SDI的處理能力。

·滿足24個通道的輸入、4個通道輸出的色域轉換能力。

·監看系統采用全I P畫分，采用100G接口接入核心數據網絡。

音頻系統總體架構

·音頻系統采用SMPTE 2110-30架構，具備SMPTE 2022-7冗余倒換能力。

·調音臺主機、舞臺接口箱等接入2110網絡。

·備份調音臺通過AES-IP轉換設備接入2110網絡。

·通話系統中與攝像機、調音臺交互的部分接入2110網絡。

·音頻播出采用傳統加嵌方式，保證播出的安全性。

通話系統框圖：

通話系統總體架構

·通話系統設計192*192矩陣規模，支持SMPTE 2110-30標準，支持與攝像機、調音臺之間通過IP網絡實現雙向傳輸。

·系統支持與32個攝像機基站之間實現IP雙通道（PROD，ENG）通話，支持與調音臺之間實現24路IP雙向傳輸，支持24個IP無線通話腰包接入，支持40對模擬四線輸入輸出，支持至少8路GPIO，系統配備至少36塊通話面板，通話面板采用IP方式與通話矩陣之間連接。

·通話系統支持冗余備份，主要工位通話面板采用IP與模擬雙路由連接方式，攝像機與通話系統之間采用單通道模擬4線連接方式作為備份。

通話系統框圖：

同步系統總體架構

·同步系統采用PTP精準時鐘協議作為同步信號，部分傳統基帶設備采用BB信號作為同步源。

·主備數據中心之間采用千兆網相連，使得PTP信號能進行倒換。

同步系統框圖：

對外分發能力：

根據過去2屆奧運會信號分發的統計，在4KHDR制作模式下對于前端轉播系統的信號分發能力要求越來越高，多版本信號分發，不同格式、不同制式的信號需求量比以往幾屆奧運會的需求更加大。因此，我們在設計的時候仍然保留了較多的SDI信號分發能力。

總計：340路3G-SDI輸入，291路3G-SDI輸出；5路12G-SDI輸入，6路12G-SDI輸出。

基于4KHDR調整的調像工位：

在全新的4KHDR工作流程下，傳統的調像工位已經無法滿足4KHDR與高清SDR畫面之間的兼顧，基于SMT 4K制作的工作經驗，我們特意在新建的大型4KHDR轉播系統中設計了這一全新工位。該工位是全車視覺質量的總控，即能監看高清畫面又能監看4KHDR畫面，即有4KHDR示波器又有高清SDR示波器，同時還能調整所有高清、4K和色域轉換設備的所有參數。

SMTUHDS1轉播車4KHDR工位設計：

SMTUHDS4轉播車4KHDR工位設計：

四.總結

全4K HDR制作將東京奧運會上開始全面展開，相信必將給全世界觀眾帶來一場前所未有的視覺盛宴。今年的4K HDR奧運轉播是一個全新的起點，4K HDR的發展也將步入一個全面的、高速的發展階段，相信在2022年的北京冬奧會將迎來全面的大考，屆時4K HDR的制作流程也將不斷完善，給世界帶來更加震撼、更加富有沖擊力的畫面。B&P