福建新聞?lì)l道矩陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林新燕

（福建省廣播影視集團(tuán) 技術(shù)中心，福建 福州 350004）

福建新聞?lì)l道矩陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林新燕

（福建省廣播影視集團(tuán) 技術(shù)中心，福建 福州 350004）

介紹了福建省廣播影視集團(tuán)新聞?lì)l道中心機(jī)房和演播室的矩陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)需求、矩陣系統(tǒng)選型、系統(tǒng)框圖及實(shí)現(xiàn)等方面，詳盡分析了如何通過EVERTZ全新的EMR矩陣來使3個(gè)獨(dú)立的機(jī)房信號(hào)實(shí)現(xiàn)完全互聯(lián)互通，從而為系統(tǒng)信號(hào)調(diào)度分配帶來極大的便利。

矩陣系統(tǒng)；信號(hào)調(diào)度分配；光電轉(zhuǎn)換

1 設(shè)計(jì)背景

隨著福建廣播影視集團(tuán)新大樓竣工啟用，各個(gè)頻道也陸續(xù)搬遷到新大樓制作節(jié)目，頻道也面臨搬遷問題，由于現(xiàn)在的設(shè)備都是比較陳舊的標(biāo)清設(shè)備，所以希望通過這次搬遷建設(shè)兩個(gè)全新的高清演播室和中心收錄機(jī)房，隨著數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字矩陣系統(tǒng)是電視中心實(shí)現(xiàn)節(jié)目共享的主要設(shè)備，同樣，系統(tǒng)也需要配置新的矩陣系統(tǒng)，矩陣在演播室主要功能在于視音頻信號(hào)的調(diào)度和分配以及給分割器的輸入，給技術(shù)人員調(diào)度信號(hào)帶來極大的便利，在應(yīng)急情況下，主備切換臺(tái)都不能工作時(shí)，矩陣也可以進(jìn)行應(yīng)急切換，所以如何設(shè)計(jì)一套適合頻道實(shí)際應(yīng)用的矩陣系統(tǒng)是頻道技術(shù)人員所要解決的問題。

2 系統(tǒng)需求以及矩陣系統(tǒng)的選型

新聞?lì)l道有1個(gè)中心收錄機(jī)房和2個(gè)4信道高清演播室，矩陣系統(tǒng)除了要完成各個(gè)機(jī)房內(nèi)部信號(hào)傳輸調(diào)度的需求，而且需要完成在3個(gè)機(jī)房之間調(diào)度信號(hào)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

中心機(jī)房矩陣主要用來接收播出總控的外來信號(hào)（EXT），還有SNG、微波、衛(wèi)星、3G直播等各種調(diào)度信號(hào)，還有用來收錄衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)度，中心機(jī)房需要送至少8路信號(hào)給1號(hào)演播室（6路EXT信號(hào)，2路備用），1號(hào)演播室至少需要送5路信號(hào)給中心機(jī)房收錄采集（PGM主路、PGM備路、CLEAN信號(hào)3路），其中2路用來備用，用來通路壞掉或者高標(biāo)清同播采集的時(shí)候用，需要送6路信號(hào)給2號(hào)演播室（4路EXT信號(hào)，2路備用），2號(hào)演播室也要送5路信號(hào)給中心機(jī)房收錄采集，兩個(gè)演播室之間相互也要有4路視頻信號(hào)互通，這里還涉及到信號(hào)傳輸?shù)木嚯x問題，SDI的碼牢高達(dá)1.5 Gbit/s，是SDI（串行數(shù)字分量）碼率（270 Mbit/s）的5.5倍，使用75Ω同軸電纜和BNC接頭，傳輸模擬信號(hào)的75Ω同軸電纜可用于短距離傳輸HD-SDI。它對(duì)串行信號(hào)所造成的損耗可以被下一級(jí)輸入設(shè)備的均衡電路恢復(fù)，其最長傳輸距離為100 m，相同的電纜傳輸SDI信號(hào)的最長距離為300 m。建議在高清數(shù)字系統(tǒng)中使用專門為傳輸HD信號(hào)設(shè)計(jì)的同軸電纜，這種電纜使用了特殊的介質(zhì)，對(duì)高碼率串行數(shù)字信號(hào)的衰減比較小[1]，這些是理論測試的值，在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證信號(hào)的連續(xù)性，如果直線距離超過150 m以上，就要考慮用光纖傳輸。中心機(jī)房到2個(gè)演播室拉線距離至少500m以上，所以中心機(jī)房跟演播室之間傳輸高清信號(hào)都要用光纖傳輸，這就涉及光電轉(zhuǎn)換和光收光發(fā)板卡，而且通路需要的比較多，也會(huì)增加設(shè)備的投入。

系統(tǒng)安全性考慮：矩陣系統(tǒng)安全性主要有3個(gè)方面問題決定：1）控制系統(tǒng)和電源的安全性，當(dāng)前主流的廠家的矩陣系統(tǒng)都有雙備份系統(tǒng)，所以這里不用考慮。2）矩陣輸入/輸出板卡的安全，不能1張板卡包含所有的輸入輸出信號(hào)，這樣輸入輸出板卡壞了只會(huì)影響到部分輸入輸出，增加了系統(tǒng)的安全性。3）矩陣交叉點(diǎn)板的安全，由于矩陣系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著信號(hào)調(diào)度和分割器的輸入，同時(shí)也負(fù)擔(dān)著切換臺(tái)故障的時(shí)候應(yīng)急切換，所以對(duì)整個(gè)演播室系統(tǒng)正常運(yùn)行尤其重要，而且演播廳是用來新聞直播的演播系統(tǒng)，矩陣交叉點(diǎn)板卡對(duì)于整個(gè)矩陣系統(tǒng)非常重要，如果交叉點(diǎn)板卡壞了，那整個(gè)矩陣系統(tǒng)就沒法工作了，因此為了系統(tǒng)的安全性，要求矩陣必須配備雙交叉點(diǎn)板卡，當(dāng)其中個(gè)交叉點(diǎn)板故障時(shí)，一旦系統(tǒng)監(jiān)測到主交叉點(diǎn)板發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)切換到備份交叉點(diǎn)板，完全不需要人為干預(yù)[2]。監(jiān)看信號(hào)大部分通過矩陣調(diào)配提供，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)信號(hào)監(jiān)視管理。重要信號(hào)源要求有雙路備份監(jiān)看功能，保證矩陣發(fā)生故障時(shí)不影響基本的信號(hào)監(jiān)看[3]。

由于3個(gè)機(jī)房都需要矩陣并且信號(hào)互通，有兩種完全不同架構(gòu)的矩陣系統(tǒng)可以選擇：一種是哈里斯，MI?RADA，EVERTS單體式的矩陣，即中心機(jī)房和2個(gè)演播室各配備1臺(tái)矩陣，中心機(jī)房與演播室之間傳輸信號(hào)都用光纖傳輸，2個(gè)演播室之間信號(hào)傳輸用視頻線傳輸，這樣做的好處就是矩陣本身造價(jià)比較低，3個(gè)機(jī)房的矩陣完全獨(dú)立，互相之間影響比較小，系統(tǒng)也比較簡單，不容易出錯(cuò)，但需要額外購買大量的光收光發(fā)板卡，這些板卡價(jià)格也挺貴的，而且可以調(diào)度的信號(hào)比較少，矩陣之間要增加新的通路需要額外拉線和購買光發(fā)光收板卡。還有一種是EVERTS最新出的EMR分布式矩陣，這種矩陣就是在中心機(jī)房的矩陣中放1臺(tái)大的交叉點(diǎn)板和輸入輸出板卡矩陣，其他2個(gè)演播室中心機(jī)房的矩陣機(jī)箱只需要配備輸入輸出板卡，通過光纖連接到中心機(jī)房的大的交叉點(diǎn)板卡，這樣3個(gè)輸入輸出板卡都連接到同1個(gè)交叉點(diǎn)板卡上，等于組成了1個(gè)大矩陣，這樣做的好處是3個(gè)機(jī)房的信號(hào)可以任意調(diào)度，3個(gè)機(jī)房之間需要增加通路完全沒有問題，缺點(diǎn)就是由于中心機(jī)房到演播室距離比較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸要通過光纖，所以要額外購買EVERTZ 3505FR-XLINK用來傳輸演播室信號(hào)到中心機(jī)房交叉點(diǎn)板卡。通過EVERTZ這種矩陣使兩個(gè)演播室的信號(hào)可以任意調(diào)度，等于形成全新的1個(gè)演播室群，由于3個(gè)機(jī)房之間信號(hào)交互都通過矩陣內(nèi)部路由，減少布線，系統(tǒng)變得更加簡單，很多信號(hào)只要進(jìn)入矩陣輸入就行，不需要再通過矩陣的輸出拉線到3樓機(jī)房，所以系統(tǒng)選用這款矩陣系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。同時(shí)矩陣還負(fù)責(zé)到分割器的輸入，這里需要介紹一下EVERTZ獨(dú)有的XLINK技術(shù)，通過這個(gè)技術(shù)，分割器的輸入可以用過1根XLINK線連接，每個(gè)XLINK線可以傳輸32路高清信號(hào)，不需要占用矩陣的輸出，這樣就極大減少了矩陣輸出的規(guī)模，同時(shí)由于形成了1個(gè)大矩陣，機(jī)房之間的信號(hào)傳輸不需要額外拉線，也不需要占用輸入輸出口，矩陣的輸入輸出規(guī)模也可以相應(yīng)地減少，所以本文決定選用這款EVERTZ EMR矩陣系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)框圖和具體實(shí)現(xiàn)

首先，需要確定矩陣系統(tǒng)的規(guī)模，矩陣系統(tǒng)的規(guī)模主要是指：如果1個(gè)矩陣有M個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端，則該矩陣可以成為M×N矩陣[4]，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前輸入輸出的數(shù)量以及將來可能擴(kuò)展的要求，矩陣輸入只需要有64路輸入規(guī)模即可。對(duì)于輸出，由于EVERTS的矩陣到分割器可以通過XLINK輸入，同時(shí)3個(gè)機(jī)房形成了1個(gè)大矩陣，減少了機(jī)房之間的物理連接，所以演播廳矩陣輸出的規(guī)模只要32路輸出就足夠了。整個(gè)矩陣系統(tǒng)如圖2所示。

中心機(jī)房矩陣機(jī)箱配備2臺(tái)288×288交叉點(diǎn)板卡，矩陣規(guī)模為64×64，1號(hào)、2號(hào)演播室同樣配備64× 32規(guī)模的矩陣，演播室的每個(gè)輸入輸出板卡都通過2根XLINK經(jīng)過EVERTZ 3505FR-XLINK電—光轉(zhuǎn)換連接到3樓中心機(jī)房，然后中心機(jī)房經(jīng)過光—電轉(zhuǎn)換分別連接到主備交叉點(diǎn)板卡，這樣等于每個(gè)輸入輸入都通過兩個(gè)路由到交叉點(diǎn)板卡，最大可能地確保了系統(tǒng)的安全性，這里需要計(jì)算光纖和EVERTZ 3505FR-XLINK的數(shù)量，每個(gè)演播室輸入64路輸入，雙交叉點(diǎn)板就需要128路光發(fā)口，輸出32路，雙交叉點(diǎn)板卡就需要64路光收口，分割器輸入沒有配備雙交叉點(diǎn)板卡，所以每個(gè)演播室有4個(gè)16分割器，需要64路光發(fā)口，所以每個(gè)演播室需要192路光發(fā)口，需要64路光收口，兩個(gè)演播室總共需要384路光發(fā)口，需要128路光收口，總的需要拉512跟光纖，每臺(tái)EVERTZ 3505FR-XLINK最多可以支持128路光電或者電光轉(zhuǎn)換口，而且可以任意配置輸入輸出的個(gè)數(shù)，每個(gè)演播室剛好需要256個(gè)光電或者電光轉(zhuǎn)換口，所以配備2臺(tái)EVERTZ 3505FR-XLINK剛好滿足的要求，同時(shí)為了最大可能地保障演播室系統(tǒng)的安全性，演播廳的輸出板卡還有一張冷備，在矩陣設(shè)置時(shí)候，2張板卡設(shè)置成同樣的IP，這樣在演播廳輸出板卡出故障的時(shí)候，可以通過更換冷備板保證演播室正常運(yùn)行，這些板卡都是支持熱插拔的。考慮到分割器的輸入如果都是從矩陣輸出，如果矩陣系統(tǒng)發(fā)生故障，那監(jiān)看也全部黑屏，導(dǎo)致直播事故，所以還額外配置了2臺(tái)單獨(dú)的16路分割器，這2臺(tái)分割器的輸入從各個(gè)設(shè)備輸出或者視分直接接入，等于是備份了一些重要的信號(hào)源監(jiān)看，最大限度地保障了演播廳系統(tǒng)的安全。矩陣系統(tǒng)控制面板的配備，由于距離比較遠(yuǎn)，為了保證控制面板連接穩(wěn)定，控制面板也光電轉(zhuǎn)換通過光纖連接到中心機(jī)房，1號(hào)、2號(hào)演播室各配置3臺(tái)控制面板，1臺(tái)多母線面板，帶液晶屏，放在技術(shù)工作區(qū)，用來調(diào)度信號(hào)，2臺(tái)XY控制面板，其中1臺(tái)放在導(dǎo)播前面，用來應(yīng)急切換，另外一臺(tái)放在技術(shù)區(qū)，用來技術(shù)人員調(diào)度常用的信號(hào)。

自系統(tǒng)運(yùn)行以來，給節(jié)目的制作帶來極大的便利，3個(gè)機(jī)房的信號(hào)可以任意調(diào)度，演播廳直播過程中需要調(diào)度信號(hào)非常靈活方便，完全沒有限制，同樣，中心機(jī)房需要收錄演播室的任意信號(hào)，同時(shí)由于配置的是288×288的交叉點(diǎn)板卡，當(dāng)前只使用了192×128，未來需要擴(kuò)展系統(tǒng)只需要購買輸入輸出接口板卡和光電轉(zhuǎn)換器，就可以直接連接到這個(gè)矩陣系統(tǒng)中，為以后的擴(kuò)容提供了很大便利，減少了未來的設(shè)備投入。

圖2 矩陣系統(tǒng)

[1] MARTIN J，VAN D．Precition video coaxial cables partl：return?loss[J].Belden Electronics Division，2002（11）：34-37.

[2]馮曉宇.淺談當(dāng)前矩陣系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2006（9）：96-105.

[3] 譚鋒，邱宇哲，余暉.南方電視臺(tái)600平米高清新聞演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2010，34（11）：61-63.

[4]徐威，李宏虹.電視演播室[M].北京：中國廣播電視出版社，2006.

責(zé)任編輯：時(shí) 雯 投稿日期：2014-04-01

TN948

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林新燕，工程師，研究方向?yàn)檠莶ナ乙曇纛l系統(tǒng)。

【本文獻(xiàn)信息】林新燕.福建新聞?lì)l道矩陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2014，38（16）.