4K IP 超高清轉播車系統創新探索

王 瑄

（遼寧廣播電視集團（臺），遼寧 沈陽 110002）

0 引 言

遼寧廣播電視集團（臺）4K IP 超高清融媒體轉播車建設為一輛系統結構安全穩定，功能先進完備的超高清（4K）節目制作平臺，為超高清（4K）/高清節目制作提供強有力的技術支撐，可滿足重大活動、晚會、體育賽事等各類型大中型節目的4K 高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）、高清標準動態范圍（Standard Dynamic Range，SDR）的現場制作需求。此外，系統在保證傳統廣電生產制作能力的同時，適應融合媒體的發展要求，提供了支持多源匯聚和多屏發布的全媒體制作功能，設計了專門進行信息發布和豎屏視音頻制作的融媒體工作區，可以功能完備地實現轉播車的全媒體融合生產制作，為節目轉播工作提供更為豐富靈活、更加與時俱進的制作手段。

1 轉播車車體

轉播車車頭采用瑞典進口VOLVO 品牌FH420車頭，國六排放標準。車廂采用半掛設計，廂體長13.75 m（不含車頭部分），采用內套+外套雙側拉廂式結構。外套拉廂完全展開后寬1.8 m，內套拉廂展開距離1.6 m，有效拓展了車廂內部空間，實際使用面積達到69 m2，有效解決了車廂內橫向距離較短和車內空間狹窄的問題[1]。轉播車空間布局如圖1 所示。

圖1 轉播車空間布局圖

在轉播車布局設計方面，根據使用習慣及功能需求進行車體結構與空間的分配，滿足各類轉播對工位的要求。車架鵝頸部位腹板和下翼板增加鋼板加強，使車架增大強度，最大限度地減小變形量。

車內空間布局完全是根據使用團隊需求設計的，由前至后分別為音頻制作區、主制作區、副制作區、融媒體制作區、訊道調光技術區、技術監看區、慢動作制作區、多功能區以及強冷機柜區，共計24個工位。通過設置隔斷，使各區域分工明確、互不干擾。車尾設備機柜區大部分帶獨立制冷功能，確保在北方冬季可滿足車內工作人員的保暖需求，保障設備制冷，對設備和使用人員更加友好。拉廂頂部安裝了加熱系統，采用PTC 加熱膜方式，在鋁頂板外鋪設反射膜，將其產生的熱量與車頂隔離，并將產生的熱量向上反射，在北方極端天氣可實現融雪功能。

2 制作系統方案

2.1 系統架構

系統應用軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）的設計理念，實現信號資源的調度和配置；建立以IP 架構為核心的4K 超高清轉播系統，充分發揮其優勢和特點，實現視音頻及其他子系統間的IP 化傳輸及信號交換、調度；對關鍵節點設備設置熱備份，使系統具有故障自動檢測、自動恢復能力；滿足4K HDR 及高清SDR 的電視節目制作技術需求，具備多種形態新媒體節目的內容制作和分發能力，打造超大型超高清全媒體復合應用型節目制作系統[2]。視頻系統拓撲如圖2 所示。

圖2 視頻系統拓撲圖

2.2 系統技術要點

系統實現設備端到端的SMPTE ST 2110 系列標準的視音頻IP 信號傳輸，并通過IP 主備核心交換機進行調度和切換。系統可提供完整的超高清節目信號制作、記錄、處理和傳輸能力，同時兼容高清節目制作需求。

IP 管理系統能夠通過軟件的設置來規劃和定義節目制作的規模和形態，實現系統的統一調度配置；視頻/音頻信號通過交換機實現對信號源、監看源的調度能力。視頻切換臺及音頻調音臺具備多級切換和分級、分層輸出能力，視頻監視系統具備源名跟隨及動態集中管理能力，視/音頻系統之間具備自動跟隨和協同切換能力，視/音頻系統預留擴展能力，視/音頻系統及控制系統具備直播過程中的備份能力。

系統擁有兩個制作區，均具備獨立制作能力，能同時制作兩套不同內容的電視節目。系統具有先進性和前瞻性，并具備技術升級能力，能夠應對未來技術發展和業務規模不斷增長的總體技術需求。

2.3 視頻系統制作流程

本系統以制作4K HDR 電視節目為首要基礎，參與切換的信號包括攝像機信號、外來信號、慢動作信號、超高速回放信號、在線包裝信號以及交換機選切信號等，送入到切換臺的視頻流通過主備交換機完成調度。利用切換臺的控制面板進行主制作區信號的調度，同時實現字幕上鍵、開窗、快拍及宏功能調用等，完成切換臺PGM 信號的輸出。系統配備有IP 多畫面分割器，能夠滿足導演區的HDR多畫面監看和技術區的訊道SDR 監看以及技監設備HDR 信號靈活調度需求。

在超高清模式下，系統以4K 制作切換臺和IP交換機設備構成主備雙鏈路制作核心，滿足HDR/SDR 的制作及監看。2 路（TX1-TX3）PGM 主備輸出和2 路（TX2-TX4）副切主備輸出，均為切換臺、調音臺IP 輸出進入主備交換機，由主備核心交換設備調度IP PGM 至TX1-TX3，TX2-TX4 IPG 板卡輸出。每路輸出末端同時支持帶有音頻嵌入的12G/4×3G/3G HDR、3G SDR/HD HDR/HD SDR 的基帶信號。每個通道輸出的4K 和HD 信號均轉換為IP 格式返回主備交換設備，供系統調用[3]。

系統配備4K DSK 鍵控器設備，實現字幕疊加等常備功能，通過IPG 板卡接入主備交換設備，通過交換設備調度切換的方式，用于切換臺故障時的應急上鍵。

鑒于系統規模，視頻系統配置兩臺100G 交換機作為視頻主備核心交換機。100G 交換機與25G交換機通過光口級聯成網[4]。切換臺具備4K 信號處理能力，配置滿足48 路IP 輸入、24 路IP 輸出，同時在主制作區配置3M/E 36 路直切面板，在第二制作區配置2M/E 28 路直切面板。

2.4 同步系統

4K IP 轉播車的同步系統支持模擬BB 黑場信號、三電平信號、字時鐘信號以及PTP 同步信號。兩臺主備同步信號發生器分別輸出兩路同步信號至同步倒換器。倒換器輸出經分配后，為各設備提供同步信號。與傳統基帶系統不同，基于IP 的系統在視頻網絡內加入PTP 同步信號，并通過主備核心交換機接入[5]。同步系統拓撲如圖3 所示。

圖3 同步系統拓撲圖

2.5 融媒體系統

系統中配置了基于IP 的輕量化融媒體產品。系統主要采用網絡設備接口（Network Device Interface，NDI）協議傳輸，針對外場便捷導播制作的需求，滿足各種信號源的輸入和導播應用。系統使用場景靈活，面對突發事件反應快，在制作域，4K、HD 及各種形式的媒體信號可達到互聯互通，在保證節目質量的同時豐富了節目形態。

融媒體設備可在系統制作過程中完成直播推拉流以及遠程互動，支持網絡直播、豎屏制作、遠程控制等多種融合制作方式，滿足5G+4K 的新型應用模式制作需求。在4K 超高清轉播車內專門部署了融媒體系統制作區及工位，可以接入視頻系統末級12G PGM 基帶信號、手機信號、5G 回傳信號以及網絡拉流信號等，并配備基于5G 和專線網絡的遠程制作系統，部署華為的5G CPE 設備為全車提供穩定的5G 網絡信號，通過測試調整找到最優高壓縮碼率的視頻遠程傳輸交互方案，保障網絡傳輸穩定可靠、低延時、高效率[6]。

2.6 應急方案

系統在設計時已充分考慮到各種安全備份方案，在任何使用環境下都沒有單一故障崩潰點，具有主備切換鏈路，采用視頻切換臺+主備交換機+主備控制系統應急的高可靠備份方案，以保證切換系統鏈路的安全性。

IP 系統在IP 流傳輸層面就已經實現了主備交換機各種信號的備份，在信號輸入端，通過SDN 控制，實時檢測并實現視頻流的應急分配，在輸出端利用索尼LSM IP 管理系統的技術優勢，使系統內各種IP 流信號在交換機層面做到無縫凈切換，保證IP 流信號輸出正常，完成應急作用。

系統設計中有4 路IP 末級鏈路，并且配備由DSK 板卡作為基帶層面的上鍵應急。4 路IP 鏈路信號經IP 交換機切換輸出，經IPG 轉換為12G UHD 信號后接入HDRC4000，進行12G UHD 直通和下變換成3G HD，再分別經過視分板卡輸出。

當某一設備出現故障，導播可以通過應急面板手動進行切換，使系統工作在應急備份模式下，保證節目正常播出。

2.7 系統集成中所遇問題及解決辦法

集成過程中，工程師發現EVS 服務器上的USB接口的延長距離有限，嘗試更換了3 種品牌的USB延長設備，通過觀察測試，無法通過USB 延長線預埋到工位實現操控，必須把長度控制在3 m 以內的安全距離，因此，最終在機柜前端設計接口板，通過短USB 線連接實現服務器受控。

在轉播車錄制節目過程中，操作人員發現電視墻監看大屏有延時，出現聲畫不同步的現象。經過排查系統PTP 同步、IP 畫分輸出以及上屏HDMI線纜等發現，是由于監看墻顯示屏的刷新率低造成顯示端聲畫不同步。后期通過將監看墻顯示屏設置到游戲模式，以高刷新率降低延時量。

在音頻系統調試過程中，工程師發現RTW 5.1監聽表橋在主網可以正常鎖定PTP、收音頻流，但備口鎖不上PTP，且調音臺會干擾RTW 監聽表橋的PTP 鎖定。與廠家反饋溝通后，音頻工程師將監聽表橋接到通話系統交換機上，仍無法實現鎖定。最后排查是備口的AES67 模塊故障。通過返廠維修并進行固件升級，最終解決了PTP 鎖定問題。

3 結 語

遼寧廣播電視集團（臺）4K 超高清轉播車系統采用網絡化、智能化、融合化的系統架構。視頻系統滿足SMPTE-2110 標準的4K UHD IP 信號的傳輸及交換，并兼顧HD SDR、BT.709標準的節目制作。音頻系統配置和監聽環境滿足5.1.4 三維聲制作并兼容立體聲和單聲道的制作。轉播車還具備全媒體節目制作分發能力。系統設計兼顧傳統的操作習慣和使用特點，操作界面方便友好，很好地滿足了遼寧廣播電視集團（臺）節目制作和產業發展需求。