中小型電視臺(tái)高清演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李耀文

（昆明教育電視臺(tái)，云南 昆明 650216）

如今，各級(jí)電視臺(tái)也越來越關(guān)注高清演播室視頻系統(tǒng)的建設(shè)，并且高清視頻系統(tǒng)技術(shù)也在不斷優(yōu)化和完善。為確實(shí)提高節(jié)目制作質(zhì)量，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須與實(shí)際需求和資金投入等條件結(jié)合起來綜合考慮，設(shè)計(jì)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和自身需求的高清演播室視頻系統(tǒng)。

1 高清演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）高可靠性。昆明教育電視臺(tái)高清演播室的日常使用包含節(jié)目錄制和直播等功能，必須要保證播出的安全性[1]。高清演播室關(guān)鍵設(shè)備采用主備冗余設(shè)計(jì)，使用主切換臺(tái)+備切換臺(tái)+矩陣的架構(gòu)，這樣就能夠構(gòu)建相對(duì)獨(dú)立的雙通道，避免單點(diǎn)故障引發(fā)通道崩潰的問題出現(xiàn)，并且也能實(shí)現(xiàn)相互備份。在主備切換信號(hào)加嵌音頻后，再設(shè)置二選一倒換器，實(shí)現(xiàn)主備信號(hào)的切換。

（2）兼容性。演播室設(shè)計(jì)采用純高清與上、下變換相結(jié)合的系統(tǒng)模式[2]，高清演播室視頻系統(tǒng)以高清切換臺(tái)為核心，采用全高清內(nèi)核設(shè)計(jì)，信號(hào)源主要來源為EPF攝像機(jī)、錄放像機(jī)，但作為高標(biāo)清過渡階段，還應(yīng)考慮標(biāo)清信號(hào)的接入，標(biāo)清信號(hào)在經(jīng)過外加上變換器或者采用切換臺(tái)的上變換通道后，進(jìn)入視頻系統(tǒng)。此外，還應(yīng)考慮筆記本電腦的VGA信號(hào)、HDMI信號(hào)等各種多媒體設(shè)備的信號(hào)接入，這就需要在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮除常規(guī)HDSDI信號(hào)外，還要配置足夠的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，方便多媒體設(shè)備的接入，將這些信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成HDSDI信號(hào)，送入切換臺(tái)。如果制作或播出還處于標(biāo)清階段時(shí)，還應(yīng)在末端節(jié)目添加下變換器，轉(zhuǎn)換成為播出、制作所需的信號(hào)格式。

（3）靈活性。演播室一般接入有攝像機(jī)、多媒體、播出返送、其他演播室等輸入信號(hào)，輸出信號(hào)除了供直播外還有現(xiàn)場(chǎng)錄制、技術(shù)監(jiān)看、燈光監(jiān)看等多路信號(hào)，為方便各種信號(hào)的處理分發(fā)，增加系統(tǒng)的靈活性，我們?cè)谙到y(tǒng)中還應(yīng)配置視頻矩陣，作為所有輸入輸出信號(hào)的調(diào)度中心，所有輸入輸出信號(hào)均進(jìn)入矩陣中，實(shí)現(xiàn)多渠道、多用途的分發(fā)。

（4）便于擴(kuò)展和維護(hù)。考慮到不同節(jié)目類型對(duì)視頻系統(tǒng)的需求不同，系統(tǒng)中還要做好信號(hào)輸入輸出接口和功能性的預(yù)留工作，以適應(yīng)不同節(jié)目類型和形式。為了便于日后維護(hù)工作，系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點(diǎn)還需設(shè)置跳線，在日常維護(hù)中，能通過跳線監(jiān)測(cè)各級(jí)的指標(biāo)。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就能準(zhǔn)確快速地找到出現(xiàn)運(yùn)行異常的設(shè)備，通過跳線直接將其跳開，保障系統(tǒng)通道的暢通性。

（5）前瞻性。方案設(shè)計(jì)要充分符合本臺(tái)未來發(fā)展規(guī)劃，設(shè)備選型要選用目前電視行業(yè)的成熟、穩(wěn)定的產(chǎn)品，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要符合國家相關(guān)規(guī)定。保證在一段時(shí)間內(nèi)的先進(jìn)性，減少短時(shí)間內(nèi)資金的再次投入，并能滿足未來電視行業(yè)發(fā)展的需要。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

演播室采用4訊道設(shè)計(jì)，滿足訪談、教學(xué)等演播室節(jié)目的錄制或直播，主要包含了信號(hào)源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、TALLY系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、視頻信號(hào)傳輸、監(jiān)看系統(tǒng)、通話系統(tǒng)。

（1）信號(hào)源。演播室信號(hào)源有攝像機(jī)信號(hào)、錄放像機(jī)信號(hào)、多媒體信號(hào)、字幕機(jī)信號(hào)和其他演播室送來的信號(hào)，攝像機(jī)數(shù)量和錄放像機(jī)可根據(jù)演播室錄制需求來確定，目前需要3臺(tái)攝像機(jī)才能記錄各個(gè)方向的圖像[3]。多媒體信號(hào)需要配置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器和格式變換器，統(tǒng)一變換為HDSDI信號(hào)來使用。字幕機(jī)采用鍵控的方式實(shí)現(xiàn)字幕的疊加。所有信號(hào)源設(shè)備均輸出1080@50i的HDSDI信號(hào)，采用BNC接口接入。昆明教育電視臺(tái)演播室根據(jù)現(xiàn)在的使用需求，配備了4訊道16bit EPF高清演播室攝像機(jī)、2臺(tái)P2錄放像機(jī)信號(hào)、1路VGA信號(hào)、1路HDMI信號(hào)、l路字幕機(jī)信號(hào)，1路640㎡演播廳信號(hào)，所有信號(hào)經(jīng)視分后，接入主備切換臺(tái)和矩陣輸入端。考慮到未來演播室信號(hào)源端的擴(kuò)展，還預(yù)留有EXT信號(hào)接入2路，配合多格式變換器進(jìn)行格式變換后，送入切換臺(tái)和矩陣，以提高演播室的信源處理能力。

（2）切換設(shè)備和矩陣。實(shí)際應(yīng)用中，采用兩臺(tái)高標(biāo)清切換臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主備架構(gòu)的方式較為常見。矩陣作為所有輸入、輸出信號(hào)的調(diào)度中心，完成信號(hào)的調(diào)度任務(wù)，也可選用單臺(tái)切換臺(tái)+矩陣的做法，矩陣配置多面板，用一臺(tái)矩陣面板作為備路切換，實(shí)現(xiàn)主備架構(gòu)。昆明教育電視臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，選用兩臺(tái)1.5級(jí)ME高標(biāo)清切換臺(tái)和一臺(tái)32*32的矩陣，高標(biāo)清切換臺(tái)還具有幀同步和部分通道上變換功能。矩陣配置雙面板，32*32的面板用于對(duì)信號(hào)調(diào)度進(jìn)行操作，16*4面板在技術(shù)區(qū)使用，方便技術(shù)人員對(duì)輸入信源的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行選擇監(jiān)看。

（3）同步系統(tǒng)。目前，在電視系統(tǒng)中采用的同步信號(hào)主要是BB信號(hào)和三電平同步信號(hào)，BB信號(hào)以及支持高清和標(biāo)清，而且相對(duì)比較簡單，因此，在高標(biāo)清同播系統(tǒng)里我們?nèi)越y(tǒng)一采用BB信號(hào)作為同步信號(hào)[4]。以解決不同信號(hào)的同步鎖相問題。在昆明教育電視臺(tái)在同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了由播出系統(tǒng)提供BB信號(hào)作為同步信號(hào)，BB信號(hào)在經(jīng)過同步分配板卡后，分配到CCU、切換臺(tái)、周邊板卡等設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了演播室視頻系統(tǒng)和播出系統(tǒng)的同步。

（4）監(jiān)看系統(tǒng)。監(jiān)看系統(tǒng)能展示所有輸入信號(hào)源，通常分為導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)、技術(shù)監(jiān)看區(qū)和主持人監(jiān)看，在大型演播室中，還要設(shè)置燈光監(jiān)看和音響監(jiān)看。導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)通過電視墻分割屏的方式，監(jiān)看所有信號(hào)源和PVW、PGM信號(hào)，指揮調(diào)度攝像，完成現(xiàn)場(chǎng)制作。技術(shù)監(jiān)看區(qū)和導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)完全獨(dú)立，由矩陣調(diào)度信號(hào)，通過技術(shù)監(jiān)視器和示波器，監(jiān)看各路信號(hào)的指標(biāo)。昆明教育電視臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)采用3塊55英寸大屏作分隔使用，技術(shù)監(jiān)看區(qū)采用技術(shù)監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)看，并且備路切換臺(tái)單獨(dú)配置監(jiān)看屏幕。

（5）TALLY系統(tǒng)。通過并行TALLY信號(hào)連接的方式，由切換臺(tái)GPO發(fā)出指令，與CCU相連接，以指示燈的方式，對(duì)切入點(diǎn)切出點(diǎn)進(jìn)行提示，使導(dǎo)播、攝像、主持人等各崗位的默契配合。

（6）通話系統(tǒng)。通話系統(tǒng)采用有線和無線的方式，主站+副站相結(jié)合，通常按崗位區(qū)分，攝像機(jī)人員和主持人崗位分別接入不同的通道。攝像人員通話經(jīng)CCU通過集成電纜進(jìn)線傳輸，主持人采用無線通話基站進(jìn)行傳輸。

（7）其他系統(tǒng)。在高清演播室視頻系統(tǒng)中，還涉及時(shí)鐘系統(tǒng)、電力保障系統(tǒng)，時(shí)鐘主要是通過主控機(jī)房或獨(dú)立時(shí)鐘源獲取。對(duì)于一個(gè)有直播任務(wù)的演播室來說，通常是采用主控機(jī)房或播出系統(tǒng)授時(shí)，保證整個(gè)演播室時(shí)鐘系統(tǒng)和主控及播出系統(tǒng)一致。電力供給系統(tǒng)是演播室最基本的保障，因采用不同回路的兩路市電和UPS的方式接入，保障整個(gè)演播室不能因停電造成播出事故。

3 信號(hào)流程設(shè)計(jì)

由圖1可知，信號(hào)源經(jīng)視分后分別送入主路切換臺(tái)和視頻矩陣，備切換臺(tái)的輸入信號(hào)由矩陣提供，在完成直播節(jié)目時(shí)，備路切換臺(tái)輸入信號(hào)和鍵位和主路完全一致，互為主備使用。如遇有特殊信號(hào)源需求或臨時(shí)加入信號(hào)源時(shí)，備路切換臺(tái)輸入端可由矩陣任意分配信號(hào)，這種連接方式可使備路切換臺(tái)輸入信號(hào)更為靈活、實(shí)用。主、備切換臺(tái)輸出的PGM信號(hào)經(jīng)音頻加嵌后，送到2×1倒換器，經(jīng)倒換選擇后的HDSDI信號(hào)經(jīng)延時(shí)后，送至播出，完成播出流程。如播出系統(tǒng)或編輯系統(tǒng)為標(biāo)清時(shí)，采用高清信號(hào)末極下變換標(biāo)清的方式提供標(biāo)清節(jié)目。同時(shí)，加嵌音頻后的HDSDI和延時(shí)后的HDSDI信號(hào)分別送入視頻矩陣，經(jīng)視頻矩陣調(diào)度后，供監(jiān)看、攝像機(jī)回監(jiān)、錄制使用。VCR1、VCR2和非編站點(diǎn)都可作為播放插播內(nèi)容來使用，同時(shí)兩臺(tái)錄放像機(jī)和非編站點(diǎn)的輸入端均接入矩陣當(dāng)中，所以也可以作為錄像機(jī)來使用，錄制信號(hào)由矩陣分配調(diào)度即可，這種連接方式實(shí)現(xiàn)了一機(jī)雙用，在確保播出安全的前提下，可根據(jù)不同的節(jié)目不同播出方式來自行選擇。在經(jīng)濟(jì)允許的情況下，也可選擇多通道錄制服務(wù)器來完成。

圖1 信號(hào)流程圖

4 應(yīng)急備份設(shè)計(jì)

4.1 視頻訊道應(yīng)急備份設(shè)計(jì)

在整個(gè)視頻訊道鏈路中，主信號(hào)鏈路盡量減少不必要環(huán)節(jié)，設(shè)備的選用需要配置冗余雙電源，關(guān)鍵設(shè)備采用主備冗余，盡量選擇可掉電直通并有記憶的周邊設(shè)備。最大限度保證信號(hào)鏈路安全、高效傳送至播出系統(tǒng)。

攝像機(jī)為多機(jī)位配置，并且昆明教育電視臺(tái)所有演播廳中均使用同一型號(hào)、同一接口的攝像機(jī)，當(dāng)一臺(tái)故障時(shí)，可采取一些非必要機(jī)位臨時(shí)取代或臨時(shí)更換攝像機(jī)。切換臺(tái)是整個(gè)高清演播室視頻系統(tǒng)的核心部分，切換臺(tái)故障，將導(dǎo)致整個(gè)演播室癱瘓，基于安全播出需要，必須使用2臺(tái)切換臺(tái)或一臺(tái)切換臺(tái)+矩陣切換面板的方式來保障，在2臺(tái)切換設(shè)備的PGM輸出端，配置2×1倒換器。正常情況下，我們使用主切換設(shè)備進(jìn)行畫面切換，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通過2×1且倒換器將信號(hào)鏈路倒換到備切換設(shè)備，保障信號(hào)鏈路暢通與正常播出。如使用一臺(tái)切換臺(tái)+矩陣切換面板來做備份時(shí)，還應(yīng)考慮配置相應(yīng)的同步板卡，使畫面切換流暢、不跳幀。周邊板卡和延時(shí)器均選用具備掉電直通功能設(shè)備。由于演播廳離播出系統(tǒng)較近，采用主備雙鏈路雙路由的方式將HDSDI信號(hào)送至播出系統(tǒng)，并由播出系統(tǒng)直接返送演播室信號(hào)至演播室，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)看，在演播室中就能直接掌握傳輸鏈路情況。

4.2 監(jiān)看系統(tǒng)

方案設(shè)計(jì)時(shí)，監(jiān)看系統(tǒng)由三臺(tái)55英寸大屏進(jìn)行分割組成，其中一臺(tái)大屏采用主路切換臺(tái)自帶畫面分割進(jìn)行監(jiān)看，一臺(tái)采用畫面分割后進(jìn)行所有輸入信號(hào)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號(hào)監(jiān)看，信號(hào)由矩陣提供，另外一臺(tái)為PGM監(jiān)看。備路切換臺(tái)監(jiān)看系統(tǒng)單獨(dú)采用監(jiān)視器連接備路切換臺(tái)自帶畫面分割的方式進(jìn)行監(jiān)看。出現(xiàn)故障時(shí)，就能準(zhǔn)備把握故障點(diǎn)，及時(shí)處理故障。且主備兩臺(tái)切換臺(tái)的監(jiān)看系統(tǒng)完全獨(dú)立。

4.3 供電系統(tǒng)應(yīng)急備份設(shè)計(jì)

我臺(tái)演播廳供電采用兩條來自不同回路市電+UPS的供電方式，并且還配備了自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，當(dāng)2路市電均停電時(shí)，發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，保證演播室的正常供電。

5 系統(tǒng)維護(hù)

定時(shí)、按時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)巡檢，是提升系統(tǒng)設(shè)備壽命，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效手段。在系統(tǒng)維護(hù)中，主要應(yīng)對(duì)信號(hào)源設(shè)備、切換設(shè)備、連接線路等進(jìn)行巡檢維護(hù)。利用波形監(jiān)視器，定期對(duì)攝像機(jī)的底電平、伽瑪、拐點(diǎn)、色彩等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，利用后焦測(cè)試卡對(duì)攝像機(jī)后焦進(jìn)行調(diào)整，對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行一致性調(diào)整，使多臺(tái)攝像機(jī)的亮度及顏色一致。分節(jié)點(diǎn)對(duì)視頻系統(tǒng)通道指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，確保切換臺(tái)、周邊板卡通道性能指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語

昆明教育電視臺(tái)演播廳經(jīng)過改造后，實(shí)現(xiàn)了演播室制作的高清化，目前承擔(dān)著臺(tái)內(nèi)直播節(jié)目和訪談節(jié)目和教學(xué)節(jié)目的錄制播出，目前運(yùn)行穩(wěn)定。由于資金和場(chǎng)地的限制，視頻系統(tǒng)中還存在一些缺陷，也在不斷的完善當(dāng)中。對(duì)于中小型電視臺(tái)而言，在高清演播室視頻系統(tǒng)的建設(shè)中，要充分的考慮使用需求和資金情況來設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性放在首位，盡量選擇業(yè)內(nèi)比較成熟的產(chǎn)品，在今后的使用過程中，還要不斷提升自身技術(shù)，繼續(xù)做好系統(tǒng)維護(hù)工作，建立健全管理制度，這樣才能更好的服務(wù)于臺(tái)內(nèi)各制作部門，促進(jìn)昆明教育電視臺(tái)的健康、可持續(xù)的發(fā)展。