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              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              行業新聞廣播與電視技術2019-11-12 09:30打印

              貴州廣播電視臺超高清全媒體轉播車旨在打造一個集傳統手段和新興技術于一體的、全方位、多平臺的信息化、立體式全媒體技術支撐平臺。系統整體技術架構上,依托IP領域的先進技術和設備,建立以IP化架構為核心4K超高清轉播系統,具備融媒體分發功能。該平臺是業內首輛符合ST-2110標準的單流4K/IP轉播車,采用了先進、安全的IP技術架構和高動態范圍制作流程,同時體現出了高度的先進性、安全性、穩定性,以及良好的適應性、靈活性。

              【關鍵詞】

              SMPTE ST-2110,4K HDR,雙切換臺,IP+基帶雙鏈路,雙核心冗余設計,新媒體制作區,全媒體融合生產

              0 引言

              為適應超高清(4K)電視節目現場制作需求,貴州廣播電視臺在2019年5月順利交付最新建設的超高清全媒體轉播車,為貴州廣播電視臺超高清(4K)/高清節目制作提供強有力的技術支持,為將來貴州廣播電視臺超高清4K播出奠定堅實基礎。超高清全媒體轉播車確保傳統廣播電視生產制作能力的同時,強化媒體融合制作功能設計,系統中創新設立信息發布和視音頻制作功能齊全的新媒體工作區,強調功能靈活實用,貼近新媒體一線節目生產需求。

              1 系統設計目標

              1.1先進性

              要充分利用IP網絡的雙向傳輸、多數據流傳輸和多格式數據流兼容等特性優化系統結構。視頻、音頻、同步和控制等系統均應使用IP交換機作為信號交換核心。

              1.2穩定性

              系統關鍵設備應熱備份;系統應具有故障自動檢測、自動恢復能力;應用管理系統應具備容錯和應急能力。

              1.3兼容性

              超高清(4K)全媒體轉播系統輸入輸出接口應具備較好的兼容性,輸入輸出接口應能兼容高清視頻信號、模擬音頻及數字音頻信號。

              1.4可擴展性

              整體設計方案應具有前瞻性,充分預留設備擴展空間與信號接口,確保將來的擴展需求。

              2 系統構成

              2.1 車體布局

              超高清全媒體轉播車車體為半掛式車體,側拉廂采用內嵌式、雙側拉結構。按18個訊道(常駐)電視轉播系統設計車內機柜、電視墻、操作臺等,并為將來的系統擴容做合理預留。整車總長度(含車頭)為17m,總高度為3.96m,寬度為2.4m,雙側拉展開后為4.56m。整車滿足我國公路對車輛行駛的要求及戶外轉播制作的需求。

              廂體布局(圖1)分為音頻區、導演區、第二制作區、在線包裝區、慢動作制作區、技術區、核心設備區、新媒體制作區。布局設計科學合理,充分考慮各工作狀態的實際需求,人員出入合理,對主體設備和信號調配機柜留出獨立的檢修操作界面,滿足系統需求。

              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              2.2 配電系統

              配電系統(圖2)設計兩路外電輸入接口,可進行互備倒換。外電輸入采用三相五線制(三火一零一地),TN-S接地形式。全車配電總功率為35kVA,總功率在滿足全車設計設備滿負荷運行的條件下預留(30%)冗余;整車配備50kVA隔離變壓器,帶旁通開關。空調系統(動力電)和設備系統(工藝電)相對隔離的設計方式。設備系統用電采用3臺10kW具有穩壓功能的在線式UPS不間斷電源,如UPS出現故障時可手動進行倒換。外電中斷時,UPS可支持整車技術電系統設備繼續工作,后備時間滿足廣電總局62號令外場轉播安全播出規定,后備時間為15分鐘。

              2.3 空調系統

              空調系統采用分體式設計,配備四臺空調主機,并設有新風系統。空調總制冷功率達到了37kW制冷量。其中兩臺一拖二5P空調覆蓋導演區、音頻區、多功能區。兩臺獨立3P的空調覆蓋四個強制冷機柜的核心設備區和技術調光區。由于車體較長,重點考慮長距離制冷和制熱的效率,保證各工作區域溫度一致,在此基礎上可實現每個相應區域做獨立溫度調節功能。

              2.4 制作系統系統

              在系統整體技術架構上,依托IP領域的先進技術和設備。建立以IP化架構為核心4K超高清轉播系統。在此基礎之上,系統設計和設備選型中,緊緊圍繞技術安全這一理念,整個系統具備各種備份方案與應急手段,核心系統均采用獨立雙通道備份設計,避免單一節點。整個制作系統架構合理、功能完善、具有一定冗余和容錯能力,具備故障自動檢測、自動恢復功能。

              1.視頻系統

              系統配備14臺SONY HDC4300超高清(4K)訊道攝像機、2臺4800 4K超高速攝像機、2臺4K超高清微波攝像機、3臺4K硬盤錄像機、4臺藍光高清錄像機、2臺4500 4K慢動作服務器和2套石墨4K在線包裝系統,在4K制作模式下,可達到6路以上4K外來訊道(或高清制作模式下18路以上高清 SDI外來訊道)接入能力。在車內設置3臺全媒體高清攝像機,以及1路4K測試信號作為常駐信號源。并預留3臺6通道4K EVS慢動作服務器和2個超高清(4K)迅道接口、工位和安裝位置。

              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              整個視頻系統(圖3)采用IP+基帶雙鏈路架構設計,其中4K IP流和HD IP流都以ST-2110 IP方式架構,采用主備核心交換機做為信號調度中心,系統具有真正的系統冗余備份。HD基帶信號源采用獨立SDI架構,所有信號源分別進入切換臺與矩陣,形成互為備份。在HD制作中,即使IP系統出現故障,SDI基帶架構也能正常工作,給各種重大會議、節目直播提供堅定有力保障。其中IP系統可不斷升級,滿足將來多種形式的節目制作需要,SDI系統符合當前應用習慣,保護現有節目制作能力。

              全車切換臺系統采用兩臺4K/IP切換臺XVS-8000和XVS-6000,兩臺切換臺提供多格式處理能力,具備SDI/IP、UHD/HD混切功能, XVS-8000具有40路4K(160路HD) IP/SDI輸入能力,XVS-6000具有12路4K(48路HD) IP/SDI輸入能力,兩臺切換臺配有多任務操作面板,可以應對復雜節目制作需求,并具備聯動切換功能。技術系統采用HD SDR和4K HDR平行制作模式,4K攝像機設置為增益差模式,同時進行4K和HD信號輸出,配合 SR-Live功能可實現全系統4K HDR和HD SDR精致監看制作。系統配置一臺128×128HD SDI矩陣系統,兼容HD 1.5G/3G信號格式,可與切換臺實現基帶下HD備份,也可實現4K監看調度功能。

              在4K制作模式下,以雙切換臺構成雙路獨立制作,兩條鏈路均能夠滿足HDR和SDR的兼顧制作及監看。輸出滿足4K IP和4個4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)獨立通道,所有4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)通道均可實現4K字幕上鍵和獨立的音頻嵌入,同時所有通道輸出信號均可滿足BT.2020色域,并且可以獨立轉換為不同的HDR格式(PQ/HLG/SLOG-3)。并且4個4K通道均能下變換輸出相應的HD SDI信號。

              系統在高清制作模式下,利用信號源標配的基帶輸出接口,通過雙切換臺和矩陣進行獨立基帶制作。輸出4個獨立的高清基帶通道,所有通道均可實現字幕上鍵和獨立的音頻嵌入。

              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              2.音頻系統

              音頻系統(圖4)采用IP+基帶雙鏈路架構設計,音頻網絡所使用的RAVENNA AES67板卡具備將音頻接口箱、監聽系統、調音臺、音頻工作站連接到IP交換機統一處理的能力,具備更高的傳輸密度,可發送128通道單音頻流,支持雙網絡冗余和ST2022-7無縫切換,支持ST2110-30/31,與基于ST2110的IP視頻系統完美融合。主調音臺內部矩陣具備數字音頻128通道輸入、128通道輸出,8個Automix編輯組,每組最多可支持32個立體聲或者環繞聲通道,其中音頻矩陣具備5.1環繞聲音頻制作的能力,備用調音臺在16通道輸入、48數字音頻通道的基礎上還具備了32通道Dante的能力。監聽系統采用 5.1環繞聲監聽系統。

              3.監看系統

              畫面監看系統采用基帶方式進行HD和4K信號監看,設備選用HD SDI畫面分割器,畫面分割器通過XLINK與矩陣相連,可以讀取矩陣信號。畫面分割器配備6塊32入4出畫分板卡,并能夠輸出4K HDR的畫面分割信號。導演區采用6塊X550 4K監視器能夠兼顧HDR和SDR的監看需求。技術區采用1臺 HHX310 4K技術監視器滿足4K HDR監看需求。技術調光區監看采用四畫面分割顯示,具備JOYSTICK觸發監看功能,能獨立監看其中每一路迅道信號。在波形監測上,配備1臺4K IP波形監視器PRISM,對4K信號鏈路、色域、nit值、波形等進行監看監測。配備1臺HD波形監視器對HD鏈路信號平行進行波形監看監測。

               4. TALLY系統

              整車TALLY采用定制TALLY系統,系統通過NS-BUS TALLY協議讀取交換機路由信息,通過串口讀取切換臺的交叉點信息,通過網線讀取矩陣的交叉點信息。系統將這些交叉點信息輸送給攝像機和畫面分割器系統,實現TALLY顯示和源名顯示功能。TALLY系統采用紅、綠、黃三色TALLY顯示。在同時制作兩場節目的情況下,采用PGM為紅TALLY、PVW為綠TALLY的顯示方案。在一場節目制作兩個版本節目(如一版電視直播一版新媒體直播)的情況下,電視制作PGM為紅TALLY、PVW為綠TALLY,新媒體制作PGM為黃色的TALLY的顯示方案,如圖5所示。

              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              5.同步系統

              整車視音頻IP系統采用PTP同步作為主同步方式,采用BB作為備份同步方式,對于非IP設備使用BB同步方式。整車同步系統配備相應的輸入輸出接口,支持臺主鎖相和臺從鎖相。同步系統(圖6)采用主備同步機加自動倒換器設計,實現同步系統的冗余備份和自動倒換功能。主備同步機采用SPG8000,能提供多路同步信號輸出接口,支持PTP同步,支持BB和3電平同步;每路信號均可獨立設置輸出格式,以及獨立調整時基偏置參數。當外同步異常以及重新鎖定時,能夠實現輸出信號保持同步及平滑恢復。

              超高清全媒體轉播車系統設計與功能實現

              6.通話系統

              通話系統采用IP+基帶并行架構系統,具備64路IP輸入和16路模擬輸入能力,IP系統可支持ST-2110 IP標準。車內共配置13套通話面板,內通系統覆蓋全車8個區域和車外接口板工作區域。系統配置1臺無線腰包通話系統和16臺接入系統的對講機通話系統,可滿足轉播車近場區域的通話覆蓋。該通話系統具有多形態復合式IP通話功能,配置4臺LQ 通話音頻網關轉換器,可通過互聯網與總控系統、演播室、原有的轉播車系統等進行聯通,實現新舊通話系統的無縫連接。另外配備16個IGENT IC通話客戶端,使用客戶端APP通過4G網絡與總控、轉播車、演播室等系統進行通話連接。

              7.時鐘系統

              時鐘系統配備GPS高穩主時鐘1臺。除可以GPS授時外,主時鐘還可以通過外部EBU TC時間碼授時,也可以接受BB鎖定授時。主時鐘提供多路EBU TC時間碼輸出以及正、輸出。在第一制作區、第二導演區、音頻區、技術區和新媒體制作區都配備了顯示時鐘,可自由設置正計時,,開播時間等功能顯示。

              8.工位調度管理系統

              該系統配備一套20入11出的KVM管理系統,將車內LSM管理系統、字幕、慢動作服務器、超高速服務器、矩陣、畫分、同步通話、TALLY預留EVS、非編系統等都接入該系統,可以在全車任何一個區域工位通過KVM管理系統完成以上設備的設置和管理工作,方便、靈活、快捷的操作方式,可大大提高工作效率。

              3 設計重點和亮點

              超高清(4K)全媒體轉播平臺為貴州廣播電視臺超高清(4K)/高清節目制作提供技術支持,因此在方案制定過程中結合貴州廣播電視臺實際情況做整體考慮,我們重點考慮了幾個主要設計要點。

              1.業界首輛端到端SMPTE ST-2110無壓縮標準的4K IP轉播車

              該輛超高清全媒體轉播車是業內首輛符合SMPTE ST-2110 4K無壓縮標準的端到端的4K IP轉播車,采用先進、安全的IP技術架構和HDR高動態范圍制作流程,滿足奧運會轉播標準。整車IP構架基于COTS通用交換機,實現設備端到端的ST2110標準IP信號傳輸的4K/IP系統, 從攝像機到切換臺,到服務器,到周邊設備等,都是設備原生ST2110標準4K IP信號流,均支持2110-10/20/21/30協議。IP系統部分全面支持ST2022-7無縫倒換標準。視頻和音頻部分,全部實現符合ST2059-2標準PTP鎖定,且大部分設備已經脫離傳統BB信號鎖定。

              2.全系統IP+基帶雙鏈路,雙核心冗余架構設計,具有較高安全性和功能性

              該車系統采用IP+基帶雙鏈路架構設計,IP系統中任何一個設備端口全部是雙網口,通過雙交換機,雙網絡管理服務器,實現真正的IP雙網絡結構,真正實現同步、視頻、音頻等信號的無縫倒換。整個系統配置雙交換機,雙切換臺系統,雙同步系統,雙通話系統,雙調音臺系統等,真正實現雙核心雙冗余設計,大大提高整個系統安全性。雙鏈路和雙核心設計,配合相應的工位和監看系統,可以進行4K HDR和HD SDR節目平行制作和多套節目制作能力,大大增加系統和功能性。

              3.獨立媒體制作區和導播區,實現融媒體互動直播制作能力,形成多種形式新媒體制作方式,滿足融合生產需求

              該轉播車在車內設計獨立的全媒體導播區和制作全車,具有獨立工位、監聽、監看系統,具有獨立的TALLY顯示和通話系統。在制作區域獨立設置兩個工位,具有互聯網覆蓋和接入能力,該區域有豐富的接口可供各種信號的輸入輸出,可通過KVM管理系統可進行非編剪輯、在線包裝、在線網絡直播、推流拉流、云平臺分發、管理等功能。在車內設置3套HD小型攝像機均進入系統,可進行節目制作,導播可通過3臺攝像機通過第一視角切入節目中,與觀眾形成互動直播功能。

              4.具備多通道收錄和多軌錄音系統,滿足精細化制作需求

              該系統配置的兩套4500慢動作服務器、兩套4800超高速服務器、3臺硬盤錄像機、和4臺藍光錄像機,可實30個HD通道或11個4K通道的同時收錄能力。如按照設計預留的4K EVS進一步系統升級,最多可實現60個HD通過或者26個4K通過的強大收錄功能。在音頻系統中配置128路多軌錄音系統,可同時記錄128個聲音通道,對精細化后期制作提供充足條件。

              5.為未來系統升級考慮,預留充足擴展空間

              該系統預留充足的擴展空間,其中預留3套EVS系統,共計18個4K(或36個HD)通道的擴展空間。并預留兩套超高清(4K)攝像機訊道擴展能力,EVS和攝像機迅道擴展都預留相應的接口,設備安裝位置、操作工位和監看系統;滿足未來升級需要,在車尾預留多個25G和100G ST-2110 IP接口,方便系統以后進行遠程制作和與其他系統連接,或者與其他轉播車系統級聯使用。

              4 總結

              超高清 (4K) 全媒體轉播平臺自2019年5月投入使用以來,承擔了多次節目制作任務,其中包括“中國國際大數據博覽會”、“貴州衛視第四季《我在貴州等你》”等大型節目制作任務。在節目制作中,超高清(4K)全媒體轉播平臺表現良好、工作順暢。系統緊密結合我臺的節目制作應用特點,完全滿足當前4K與HD節目同時制作的工作需求。這些節目規模不同,形態各異,在不同的節目制作要求下,本系統以不同的形態加以運用,均表現良好。制作能力和制作質量達到國際先進水平,完全滿足最初的設計目標。

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