融媒體超高清新聞演播室建設

龍廷波

（徐州廣播電視傳媒集團，江蘇 徐州 221000）

0 引言

徐州廣播電視傳媒集團（以下簡稱徐州廣電）基于現實需求和適度超前理念，在新臺址建設了一個面積為255 m2的融媒體4K 超高清新聞演播室。演播室的建設遵循高標準兼顧經濟和創新性原則，可以實現全流程4K 超高清節目直播及錄制，同時兼顧高清流程制作[1]。徐州廣電著力突破傳統媒體的思維框架，融合互聯網新技術、新應用、新成果，突出融媒體的設計理念，強化與微信、微博、客戶端的互動體驗，與用戶進行多終端實時互動和多維立體展示；創新演播室的播報形態，充分利用多場景、多空間、背景大屏展示及軌道機器人拍攝系統等新興技術，呈現更立體、更豐富的節目互動形態，提高演播室攝像的全景別、自動化、智能化，提高節目的互動性。

1 演播室總體架構

超高清新聞演播室面積為255 m2，與200 m2小型綜藝演播室共用設備間及部分制播設備。建設過程中，首先進行聲學裝修和燈光系統建設，其次安裝發光二極管（Light Emitting Diode，LED）大屏和舞美系統，最后進行視音頻系統的集成。演播室視音頻系統采用純基帶4K 視頻系統架構，主備鏈路設計，既保障了節目制作和直播的安全，又可以滿足擴展性需求。背景屏幕包含大面積LED 顯示屏和小面積拼接液晶屏幕，滿足不同節目形態的需求。4K 包裝系統包含在線包裝、大屏包裝和虛擬前景，全部為主備設計，在提升節目效果的同時保障安全性。燈光系統為吊掛系統，可以根據各欄目的需求制定個性化的燈光方案，擴展性極佳。智能集控系統可將視音頻系統、燈光、大屏、機器人和在線包裝全部統一在一起，顯著提升工作效率，實現更智能、更便捷的節目錄制。各系統、各工種之間更有效地緊密協作，提高節目制作效率，同時可以準確地了解各系統運行狀態，全面保障演播室系統的長期穩定運行。

2 系統組成

2.1 視音頻系統

超高清新聞演播室視頻系統采用純基帶4K 視頻系統架構，采用12G-SDI 架構，以主切換臺+備切換臺為信號處理和匯聚核心。4K 超高清信號直接進入系統，高清信號上變換后參與4K 制作。系統配備4 訊道超高清攝像機，包含2 臺播出服務器、2 路PC、2 臺4K 硬盤錄像機、2 路在線包裝、2 路大屏包裝、2 路虛擬前景信號、2 臺非編以及6 路外來信號等信號源。演播室還配備了1 臺搖臂機器人和1 臺吊裝軌道機器人。

經過對比測試，技術部門選用了索尼XVS 系列的新一代G1 切換臺，在4K 超高清模式下支持24 路輸入和12 路輸出。XVS-G1 切換臺以混合架構為基礎，配置中央處理器（Central Processing Unit，CPU）和現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA），增加了圖形處理單元（Graphics Processing Unit，GPU），在保持高可靠性和穩定運行的同時，保持了高性能和靈活性。該切換臺利用4K 超高清分辨率硬件和高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）成像技術實現高速處理及超低延遲[2]。

255 m2超高清新聞演播室的音頻系統包括音頻輸入、音頻分配及音頻輸出3 個部分。調音臺采用聲藝SI PERFORMER-3 作為音頻系統核心。主、備調音臺采用通用型輸入輸出（General Purpose Input Output，GPIO）觸發方式實時聯動，由主調音臺發出通用輸出（General Purpose Output，GPO）信號，備調音臺根據接收的通用輸入（General Purpose Input，GPI）信號觸發對應的推子，保證主備調音臺的輸出信號保持一致。主、備調音臺兩路音頻節目信號（Program，PGM）經過主備2×1 切換器后進入加嵌器。視頻信號經12G 視頻分配、下變換器、高清視分輸出至各終端。視音頻系統框架如圖1所示。

圖1 視音頻系統框圖

2.2 背景大屏顯示系統

255 m2新聞演播室主顯示屏設計采用組合模式，主顯示屏底座標高0.40 m，整體高度3.28 m，可以確保主持人站/坐在屏前3 m 處，攝像機處在屏前8 m 處四周不穿幫，所有LED 屏均為前維護[3]。站播背景采用12 塊可拆分豎向液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）屏拼接的方式，實現手機App、電腦及攝像機等信息顯示，實現新媒體信息的無縫接入。為了確保LED 顯示屏的安全和美觀，在LED 屏四周設計可變色、反射光的燈箱，實現藝術性、實用性、安全性的統一結合。

2.3 4K 包裝系統

255 m2演播室大屏包裝和在線包裝選用了新奧特公司的石墨軟件。在線包裝和虛擬植入配備4 通道在線包裝渲染及預覽系統，4 通道虛擬植入渲染，同時預置多種播出模板，應用管理運行系統（Management Operating System，MOS）服務器，與臺內文稿系統聯動，形成編輯到播出的一體化流程。石墨虛擬系統支持虛擬植入、虛擬演播室和在線包裝功能。石墨虛擬技術與石墨在線包裝無縫結合、融為一體，可疊加播出，能產生非常豐富的變化和效果。虛擬植入系統加上虛擬搖臂及攝像機器人，可以在演播室現場實拍畫面中實時添加虛擬特效。多個機位上的傳感器設備為虛擬系統提供真實坐標，隨著實拍畫面同精度推拉搖移，為大型新聞特別節目提供炫酷的虛擬植入包裝效果。

2.4 演播室舞美設計

徐州廣電突破傳統新聞演播室播報形式和思維，采用360°全景設計，演播室景區包括1 個單人/雙人/三人坐播區、3 個單人/雙人站播區，通過多場景空間以及低反光性主播桌和燈箱，滿足傳統新聞播報和新媒體互動應用[4]。演播室可實現多空間應用場景模式，滿足多機位、多景別、全景式4K 電視節目拍攝要求；依托融媒體建設，強化與微信、微博、客戶端的互動體驗，充分利用現有空間，設計多組顯示屏，為多種不同顯示內容、不同分辨率、不同寬高比App 提供合適的顯示介質；整體舞美效果與燈光設計、技術設備制作統籌規劃，舞美置景包含整體色彩、單體造型、空間布局、細部處理及裝飾材料材質等方面，突出新聞節目的整體特色設計。演播室整體布局如圖2 所示。

圖2 演播室整體布局圖

2.5 燈光系統

超高清新聞演播室定位為國內高水準的開放式新聞節目制作場所。演播室燈光功能定位是能承擔新聞播報、站播播報節目錄制和直播任務。演播室內空間長17.0 m，寬14.5 m，地面到吊掛層高度約7.8 m，采用基礎布光與點光源布光相結合的混合式布光方式，主光、輔助光選用LED 平板柔光燈，逆光選用LED 透射式聚光燈，用于增強主持人臉部輪廓、突出層次感。

演播室燈光信號系統采用智能數字控制設備，集成為一套符合本演播室具體要求的系統，采用國際標準DMX512 設計形式，并預留了部分信號回路[5]。信號控制傳輸系統將數字信號合理布局到演播室各個燈位，高效地實現燈光控制信號傳導的準確性。同時，使用數字隔離分配放大器來分配控制信號，可做到數字信號傳輸的零衰減，提高燈光系統的可靠性。信號系統具備2 500 Vrms 強電反串隔離保護功能，當末端燈光設備損壞，強電會進入數字電路，這樣可以避免反向傳導燒毀連接的燈光控制臺，使得系統的安全性進一步提升。每臺燈具信號均獨立接線，避免相互干擾。目前的燈光系統可以滿足日常制作需求，同時可以隨時進行系統升級和燈光設備擴展擴建。

2.6 智能集控系統

智能集控系統是一套為超高清演播室集群量身定做的智能監管平臺。系統采用集群式設計，實現更快、更便捷的節目錄制。各系統、各工種之間更有效地緊密協作，在提高節目制作效率的同時，通過對各類數據的統計挖掘分析，使技術人員及時、準確地了解業務運行狀態，為演播室視音頻系統的長期穩定運行提供全面的技術保障；通過與新聞文稿系統對接及圖形化編單方式實現了節目的半自動化、自動化錄制，提高了節目的制作效率。

智能集控系統采用客戶端/服務器（Client/Server，C/S）架構模式，匯聚分析軟件模塊、數據采集軟件模塊，通過對各類數據的統計挖掘分析，可以及時、準確地了解業務運行狀態，發現系統運行瓶頸，從而提高對問題的解決能力和對系統的運維能力，為系統的長期穩定運行提供全面的技術保障；通過對設備的一鍵式邏輯組合控制及分權限自動控制，為系統的高效率運行提供了技術支撐；通過編輯不同的設備節目模板，組合成個性的節目場景，使節目表現形式更加生動；通過與新聞文稿系統對接及圖形化編單方式實現了節目的半自動化、自動化錄制，提高了節目制作的效率及精準度。自動化制作流程如圖3 所示。

圖3 自動化制作流程圖

3 技術難點及解決方案

3.1 外來信號接入系統

隨著移動通信技術的發展，對外來信號的處理越來越復雜。針對手機端傳來的信號，部署兩臺設備，每臺可以同時接入5 個前端手機直播設備，2 路串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）輸出，可以保證目前直播需求。對畫質要求較高且拍攝場景固定的節目，選擇使用網絡設備接口（Network Device Interface，NDI）傳輸，在攝像機端安裝編碼器，NDI 信號經過專用網絡傳輸至演播室，NDI 解碼器輸出4K 信號經解嵌器送至切換臺。轉播車來的信號經光收轉換成SDI 信號接入系統。PC 設備輸出的高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）和視頻圖形陣列（Video Graphics Array，VGA）信號經轉換器轉換成SDI 信號接入切換臺。

3.2 智能集控系統的使用

根據演播室多場景應用的需求，采用模板調用功能實現設備（如切換臺、調音臺、燈光、攝像機器人、多畫面信號布局等）自動調整到相應預設工作狀態，大大縮短了播前準備時間，提高了工作效率。但是集控的指令和人工操作存在區別，在大大減少人工工作量的同時，還需要根據不同的節目來調整相關的細節，真正滿足各節目的制作效果需求，使節目生產達到標準化、精確化。

3.3 超高清和高清同播

演播室的設計為4K HDR 與高清（High Definition，HD）標準動態范圍（Standard Dynamic Range，SDR）同播制作系統。HD SDR 為4K 信號下變換而來，直播節目以HD SDR 信號為主，同時要兼顧4K 節目的錄制。4K 超高清、高清電視節目同播一直是困擾各個電視臺的難點，原因在于4K HDR 相對于HD SDR，分辨率提高4 倍，動態范圍從最高近200 nit 增強到1 000 nit，色彩也更加豐富。兩種格式同時制作時，既要保證4K 超高清的高動態范圍和高分辨率，又要保證高清節目的畫面效果，避免亮度過曝或過暗和色彩偏離。

演播室攝像機選用SONY HDC3500。索尼公司支持原始的混合對數伽馬（Hybrid Log Gamma，HLG），從早期的HLG_Live 升級為一套新的HDR Look，目前攝像機端的設置有Live、Natural、Mild 3 個選項。上下變化板卡使用的是GV 公司的產品，其下變換查找表（Look-Up Table，LUT）僅有HLG BT.2100 to SDR 能與攝像機端的曲線HDR Look-Natural 匹配。這個板卡還提供了英國廣播公司（British Broadcasting Corporation，BBC）的多種下變換LUT 表，對比測試各個選項發現，觀感和參數都不如HLG BT.2100 to SDR 好。在上變換方面，索尼G1 切換臺支持HD 和UHD 信號兼容，對HD 信號自動上變換，但是上變換后的畫面偏色嚴重，無法使用。因為攝像機UHD 信號的下變換確認為HLG BT.2100 to SDR，在此基礎上，其他的HD 信號經過GV 上變換卡上變換SDR to HLG BT.2100。理論上說，上變換和下變換是一個互逆過程，效果應該最好。對比測試也證明了這個觀點。為同時保證4K 超高清和高清節目的技術質量和主觀觀看效果，今后會繼續進行大量測試對比工作。

4 結語

融媒體超高清新聞演播室投入使用已經超過一年時間，每天播出兩檔新聞直播節目，8 檔錄制節目，完成多次重大活動直播，如“伏羊節火種傳遞”和“村BA”籃球比賽的直播，系統運行高效、平穩。融媒體新聞演播室的投入使用，帶動徐州電視臺微博、微信、抖音、快手及喜馬拉雅等多種新媒體的使用。在今后的工作中，技術部門會充分利用虛擬現實（Virtual Reality，VR）、拓展現實（Extended Reality，XR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等技術和先進的設備來賦能節目生產，打造區域數字媒體，建設智慧應用新場景，推進徐州廣電從融媒向智媒發展。