新一代高清電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)思路

趙圣杰

（廣東電視臺，廣東 廣州 510066）

新一代高清電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)思路

趙圣杰

（廣東電視臺，廣東 廣州 510066）

新一代高清電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)的全高清的設(shè)計(jì)，旨在使轉(zhuǎn)播車具有更好的兼容性、靈活性以及安全性，并從全高清電視技術(shù)的優(yōu)勢著手，分別從車體空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)容量計(jì)算、配電系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)播車整體設(shè)計(jì)以及視頻系統(tǒng)、慢動作系統(tǒng)、VSM控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的描述，通過引入整體設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)播車內(nèi)的工作環(huán)境更加的舒適和諧。

全高清；雙側(cè)拉；空調(diào)；配電；整體設(shè)計(jì)；視頻系統(tǒng)；Tally/UMD；文件化；VSM控制系統(tǒng)

隨著電視技術(shù)的快速發(fā)展，電視轉(zhuǎn)播車[1-2]也經(jīng)歷了模擬、分量、標(biāo)清、高清等幾個階段，新一代高清電視轉(zhuǎn)播車與現(xiàn)有高清電視轉(zhuǎn)播車的區(qū)別在于不僅向下能滿足現(xiàn)有的高標(biāo)清節(jié)目制作需求，向上也能提供高于現(xiàn)有高清圖像質(zhì)量的滿足上變換到超高清（UHDTV1，分辨率3 840×2 160，簡稱4K）需求的節(jié)目素材，而且新一代的轉(zhuǎn)播車在車體、系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)計(jì)等方面超過了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)播車。

隨著2012倫敦奧運(yùn)會超高清電視技術(shù)的首次應(yīng)用，設(shè)備制造商和電視技術(shù)人員把關(guān)注的焦點(diǎn)集中到超高清電視技術(shù)上來，新的超高清電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的建設(shè)也指日可待。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一輛轉(zhuǎn)播車的設(shè)計(jì)壽命在10～15年，參考高清電視技術(shù)發(fā)展歷程，結(jié)合電子技術(shù)發(fā)展規(guī)律，4K超高清轉(zhuǎn)播車在未來3～5年內(nèi)就可以大規(guī)模裝備使用。因此，在當(dāng)前階段建設(shè)全高清1 080p/50轉(zhuǎn)播車無疑為合適的選擇，不僅設(shè)備制造商在攝、錄、編、播、存、傳輸都有現(xiàn)成的設(shè)備可供選擇，性價比也越來越高，而且對技術(shù)人員的業(yè)務(wù)要求也基本等同于高清的要求。

1 轉(zhuǎn)播車車體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

下面以廣東電視臺10訊道B類轉(zhuǎn)播車為例，根據(jù)筆者在轉(zhuǎn)播車設(shè)計(jì)和使用方面所積累的經(jīng)驗(yàn)，分別從車體設(shè)計(jì)、配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控以及整體設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行詳細(xì)描述。

1.1 車體方面

根據(jù)中國汽車行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及外形尺寸，新建造的高清轉(zhuǎn)播車的有效載荷必須符合中國交通部門的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合廣東地區(qū)的道路行駛條件，為了盡可能擴(kuò)大可用空間，轉(zhuǎn)播車采用12 m直掛車體建造?？傑囬L≤12m，寬2.5m（側(cè)拉廂收起），車廂體外總高度≤3.9 m，車廂內(nèi)部凈高≥1.9 m，車體采用雙側(cè)拉廂式結(jié)構(gòu)，雙側(cè)拉廂的內(nèi)深度≥1 m；為充分利用有限空間，車內(nèi)地板要平整無臺階。

整車全部車輪均為全空氣氣囊懸掛結(jié)構(gòu)，有效增加轉(zhuǎn)播車行駛過程中的減震效果。車體雙排輪后排增加后輪隨動系統(tǒng)，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，后輪隨轉(zhuǎn)彎反方向轉(zhuǎn)動，能夠使轉(zhuǎn)彎半徑變小，提高轉(zhuǎn)播車的道路適應(yīng)能力，并且減少后輪胎損傷。

整車采用五功能區(qū)布局方式，由車頭至車尾依次為音頻區(qū)、導(dǎo)演區(qū)、技術(shù)區(qū)、車尾工作區(qū)，慢動作區(qū)設(shè)置在導(dǎo)演區(qū)后排。如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)播車功能區(qū)劃分

1.2 空調(diào)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)播車空調(diào)系統(tǒng)要求在室外溫度為-20℃～+45℃時，車內(nèi)溫度達(dá)到23℃±3℃的人體舒適溫度，因此空調(diào)系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、制冷量計(jì)算以及送風(fēng)方式的選擇上至關(guān)重要。參考我國計(jì)算機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50174—1993）[3]，廣電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求如表1所示。

表1 廣電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求

由于轉(zhuǎn)播車內(nèi)空間有限，熱量主要來自設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱量、照明發(fā)熱量、人體散熱、補(bǔ)充新風(fēng)帶來的熱量、通過車體熱傳導(dǎo)的熱量，其中設(shè)備運(yùn)行的發(fā)熱量占全部發(fā)熱量的80%以上。

由于車內(nèi)設(shè)備基本都為國外進(jìn)口設(shè)備，而且設(shè)備布置密度相當(dāng)大，所以設(shè)備發(fā)熱量按450～650W/m2估算。車內(nèi)公共面積大概為20 m2，1 m2熱量為0.18 kW/m2，設(shè)備負(fù)載為12 kW，車內(nèi)最多可以容納20人。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用“功率及面積法”估算法，結(jié)合環(huán)境和人為因素計(jì)算所需空調(diào)制冷量為16 kW，換算成制冷量為7匹，為安全起見，考慮備份需求轉(zhuǎn)播車所需空調(diào)制冷量為12匹。

空調(diào)系統(tǒng)安裝2臺機(jī)柜制冷空調(diào)，集中安置在技術(shù)區(qū)的設(shè)備機(jī)柜提供集中制冷，保證設(shè)備的溫度控制在安全范圍之內(nèi)；3臺為工作區(qū)空調(diào)分別安裝在音頻區(qū)、導(dǎo)演區(qū)和技術(shù)區(qū)，可以獨(dú)立調(diào)控溫度，保證工作區(qū)的溫度舒適；另外，轉(zhuǎn)播車的空調(diào)系統(tǒng)同時還安裝有新風(fēng)注入裝置。轉(zhuǎn)播車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單獨(dú)制冷和風(fēng)道設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，如圖2所示（原圖為彩色圖片），紅色（深色）為回風(fēng)口，黃色（淺色）為出風(fēng)口。

圖2 轉(zhuǎn)播車空調(diào)風(fēng)道圖

工作區(qū)采用長條孔形出風(fēng)方式，通過送風(fēng)道將冷風(fēng)吹到出風(fēng)孔，利用出風(fēng)孔的倒風(fēng)板使冷風(fēng)均勻分散地吹到車內(nèi)空間，制作區(qū)和技術(shù)區(qū)采用浸淋式出風(fēng)方式，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)播車內(nèi)部風(fēng)向流動示意圖

1.3 配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)包括直流和交流2個部分，由隔離變壓器、穩(wěn)壓器、UPS、照明系統(tǒng)、直流電瓶等組成。全車配電通過一個20m2的3相5線電源電纜和外接電源電箱連接，通過隔離變壓器隔離后，1路進(jìn)入穩(wěn)壓器對電源電壓進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)整后送給UPS給全車設(shè)備供電，1路直接送給空調(diào)系統(tǒng)和非穩(wěn)壓電系統(tǒng)提供給照明和直流電瓶充電機(jī)等。

配電系統(tǒng)相電壓為380 V、線電壓220 V、頻率為50 Hz，為避免單一故障點(diǎn)，穩(wěn)壓器前后、UPS前后等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置倒換開關(guān)，并且具備配電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備故障的應(yīng)急措施，如圖4所示。在外電斷電的情況下，車內(nèi)UPS能夠維持全車設(shè)備20 min的節(jié)目制作需求，為故障恢復(fù)和節(jié)目備播留下充足的時間。另外，配電系統(tǒng)還具備防浪涌電壓保護(hù)功能。

圖4 電源系統(tǒng)簡圖

1.4 車體監(jiān)控系統(tǒng)

車體監(jiān)控系統(tǒng)是為了更好地了解轉(zhuǎn)播車的狀態(tài)，隨時監(jiān)控影響轉(zhuǎn)播車安全的各種因素，保障轉(zhuǎn)播車以及轉(zhuǎn)播設(shè)備的安全。

車體監(jiān)控分為車體及周圍環(huán)境監(jiān)視和車體控制。周圍環(huán)境監(jiān)視使用5個帶夜視功能的高清攝像頭在轉(zhuǎn)播車前后左右以及車頂桅桿監(jiān)看、記錄周圍環(huán)境狀態(tài)，保障設(shè)備安全和安全播出。另外，在轉(zhuǎn)播車的關(guān)鍵位置，包括門、地板上掀處、樓梯安放位置、登頂梯等位置放置19個感應(yīng)器，通過傳感器技術(shù)和工業(yè)自動化技術(shù)結(jié)合可編程邏輯控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)可視化的車體監(jiān)控平臺，對支撐腿、側(cè)拉廂以及側(cè)拉平臺狀態(tài)的全方位監(jiān)控，而且能夠通過觸摸終端進(jìn)行操作，滿足車體操作的高安全性、可靠性、高效率要求。

1.5 轉(zhuǎn)播車整體設(shè)計(jì)

雖然車體為雙側(cè)拉廂結(jié)構(gòu)，考慮到目前國內(nèi)外的車體制造材料和工藝，主設(shè)備區(qū)不考慮側(cè)拉，并且把主設(shè)備區(qū)放在車體的后輪軸上，提高承載能力；為了提高車內(nèi)的工作空間，車內(nèi)不設(shè)維修通道，采用外開門方式，有側(cè)拉頂棚遮陽避雨；設(shè)備區(qū)通過雙層玻璃推拉門與工作區(qū)隔離，實(shí)現(xiàn)降噪并提高制冷質(zhì)量，提升技術(shù)區(qū)工作環(huán)境。技術(shù)操作區(qū)采用外側(cè)拉和內(nèi)設(shè)彈性維修通道相結(jié)合的方式，設(shè)備維修時，技術(shù)操作臺面可以電動控制外移80 cm，節(jié)目制作時技術(shù)臺面可以緊靠側(cè)拉廂內(nèi)壁，有效地拓展了技術(shù)區(qū)的空間，這樣的設(shè)計(jì)使技術(shù)區(qū)的橫向空間擴(kuò)展了近1.2 m的距離。為改善長時間節(jié)目制作帶來的視覺疲勞，通過監(jiān)視器后移來提高觀看舒適度，監(jiān)視器距離人眼1.5 m。技術(shù)區(qū)和導(dǎo)演區(qū)通過推拉玻璃門隔開，如圖5所示。

圖5 技術(shù)區(qū)布局圖

導(dǎo)演區(qū)和慢動作區(qū)為雙側(cè)拉，慢動作區(qū)在導(dǎo)演區(qū)后排。導(dǎo)演區(qū)電視墻采用單屏和四畫面分割相結(jié)合的方式，可以有效地避免大屏災(zāi)難，而且能夠提高導(dǎo)演監(jiān)看的舒適度。電視墻和導(dǎo)演操作臺采用電動方式前后移動，正常情況下，電視墻緊靠側(cè)拉廂內(nèi)壁，需要維修時電視墻可以外移80 cm，留出維修通道。慢動作區(qū)為固定臺面，后排座椅采用固定箱式結(jié)構(gòu)，可借助液壓桿上掀，內(nèi)裝攝像機(jī)及其附件，如圖6所示。由于導(dǎo)演區(qū)和慢動作區(qū)中間無隔斷，在導(dǎo)演區(qū)采用5.1監(jiān)聽方式。

圖6 導(dǎo)演區(qū)布局

音頻區(qū)在整車的最前面，背靠車頭，音頻操作員通過玻璃窗和導(dǎo)演相呼應(yīng)，有效地利用了整車的橫向空間，進(jìn)一步提高空間的利用率。音頻區(qū)和導(dǎo)演區(qū)之間通過走廊連接，針對南方的多雨天氣，走廊可以放置雨傘、雨衣等物件，保障車內(nèi)環(huán)境的濕度和整潔，如圖7所示。

同時音頻區(qū)內(nèi)的設(shè)計(jì)也充分考慮了廣播聲學(xué)要求，如圖8所示。另外，在內(nèi)飾的設(shè)計(jì)上還要兼顧人性化設(shè)計(jì)，既要滿足節(jié)目制作需求，又要體現(xiàn)便利性，比如筆筒、USB充電接口、劇本照明燈等設(shè)計(jì)。

圖7 音頻區(qū)布局

圖8 轉(zhuǎn)播車內(nèi)飾

2 轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用最新的廣電技術(shù)成果，既體現(xiàn)靈活性、兼容性，又滿足安全播出以及文件化制作需求，主要從視頻系統(tǒng)、UMD系統(tǒng)、慢動作系統(tǒng)以及VSM系統(tǒng)來詳細(xì)描述。

2.1 視頻系統(tǒng)

視頻系統(tǒng)采用全高清處理設(shè)備，采用上下變換滿足高清和標(biāo)清制作需要，如圖9所示。

信號源的全高清信號均同時進(jìn)入主備切換臺及多碼流視頻矩陣，部分通道高清信號先進(jìn)入多碼流視頻矩陣，進(jìn)行信號的上邊換后再接入切換臺。導(dǎo)演區(qū)信號監(jiān)看采用獨(dú)立屏+四畫面分割方式，所有信號均由矩陣輸出，防止大屏災(zāi)難。

系統(tǒng)采用雙2×1選擇開關(guān)進(jìn)行主備聯(lián)動切換，正常情況下矩陣應(yīng)急切換母線選在備切換臺的主輸出上，保證主備輸出通道信號的一致性；當(dāng)主切換臺發(fā)生故障時，通過備切換臺來進(jìn)行節(jié)目切換，即使備切換臺也發(fā)生故障，還有矩陣應(yīng)急母線來選切節(jié)目輸出，達(dá)到二備的功能，雙2×1采用聯(lián)動控制切換。在通道上采用主、備雙通道鏡像方式來提高系統(tǒng)的安全性，采用完全獨(dú)立的2個節(jié)目輸出通道，保證整個節(jié)目信號的路由通道上沒有唯一系統(tǒng)崩潰點(diǎn)，最大程度上保障安全播出，應(yīng)急切換時有Tally顯示，具備字幕疊加功能。

圖9 視頻系統(tǒng)圖

2.2 Tally/UMD系統(tǒng)

在Tally/UMD系統(tǒng)中，采用紅、黃、綠三色Tally提示，紅色提示為主PGM所切信號，黃色為備切換臺PGM所切信號，綠色為矩陣所切信號。系統(tǒng)通過串口獲取矩陣和主備切換臺的交叉點(diǎn)信息，經(jīng)過Tally服務(wù)器處理后向UMD設(shè)備以及畫面分割器發(fā)送Tally和UMD信息，同時，為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，采用主備熱備份Tally服務(wù)器方式，支持一鍵切換主備功能。系統(tǒng)支持GPI輸出功能，滿足調(diào)音臺跟隨切換臺要求，如圖10所示。

圖10 Tally/UMD系統(tǒng)

2.3 慢動作系統(tǒng)

由于此轉(zhuǎn)播系統(tǒng)定位于體育賽事和綜合文藝類節(jié)目的錄直播，因此慢動作重放和多訊道錄制成為此轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。慢動作系統(tǒng)采用EVS服務(wù)器，支持Avid DNxHD，ProRes422，AVC-Intra，Dvcpro HD等編解碼格式；系統(tǒng)以Xhub為核心來共享素材，2臺視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)信號的采集和輸出來滿足體育賽事慢動作重放的要求；服務(wù)器錄制的素材可以實(shí)時備份到Xfile[2]素材歸檔主機(jī)內(nèi)的大容量移動硬盤內(nèi)；滿足現(xiàn)場制作中需要的素材遷移、歸檔和備份工作，同時能夠滿足文藝節(jié)目中的多通道錄制需求，減少轉(zhuǎn)碼所帶來的對圖像質(zhì)量的損失，形成從主要依賴磁帶制作的環(huán)境向無帶化轉(zhuǎn)移，既提高設(shè)備利用率，節(jié)約了成本，又提高了質(zhì)量和效率。IPDirector可以連接到任何一臺服務(wù)器上，控制整個網(wǎng)絡(luò)中所有機(jī)器錄制的片斷和信號源，提供內(nèi)容標(biāo)記、資產(chǎn)管理、編輯、精彩集錦和高級瀏覽的功能，如圖11所示。

圖11 慢動作視頻服務(wù)器系統(tǒng)

2.4 集中控制系統(tǒng)

VSM（Virtual Studio Manager）集中控制系統(tǒng)，將各個產(chǎn)商的產(chǎn)品通過在邏輯層的綁定，達(dá)到對轉(zhuǎn)播車內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行集中管理，從而提高系統(tǒng)的靈活性和便利性。另外，轉(zhuǎn)播車通過配置數(shù)據(jù)矩陣、KVM來滿足車內(nèi)工位和設(shè)備的靈活調(diào)度。

VSM融合了目前市面上的大多數(shù)主流廣電設(shè)備，包括視音頻矩陣、切換臺、調(diào)音臺、畫面分割器、通話系統(tǒng)、周邊設(shè)備等，通過自帶協(xié)議，將不同廠商、不同協(xié)議的設(shè)備無縫融合在一起，通過運(yùn)行VSMstudio軟件，管理、配置、控制全車設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)置在軟件內(nèi)完成，操作方便快捷。VSM為主備服務(wù)器設(shè)計(jì)，當(dāng)其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)問題時，另外一臺服務(wù)器自動接管控制，不需要手動倒換，如圖12所示。

VSM把視音頻系統(tǒng)的矩陣、CCU增益、切換臺、調(diào)音臺、通話矩陣等所有的交叉點(diǎn)在一個系統(tǒng)下進(jìn)行一個邏輯層面調(diào)度和管理，既能夠分類管理，又可以實(shí)時顯示當(dāng)前狀態(tài)，系統(tǒng)全局和局部快照。在轉(zhuǎn)播車導(dǎo)演區(qū)和音頻區(qū)可以設(shè)置不同快照切換。

圖12 VSM控制系統(tǒng)

本文根據(jù)現(xiàn)代高清電視技術(shù)的現(xiàn)狀以及未來發(fā)展，綜合現(xiàn)有高清設(shè)備狀況，提出了新一代高清電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)全高清的設(shè)計(jì)思路，并在吸取國內(nèi)外成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使車體設(shè)計(jì)更加舒適和人性化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也更加靈活和安全，VSM控制系統(tǒng)具備了轉(zhuǎn)播車全局集中管理控制的優(yōu)勢，使得新一代的轉(zhuǎn)播車在很多實(shí)際的應(yīng)用中做到游刃有余，兼容性更強(qiáng)，既能滿足大中型體育賽事的轉(zhuǎn)播，又可以在文件化的多通道錄制中大顯身手。在細(xì)節(jié)的把握上，不僅可以實(shí)現(xiàn)視音頻矩陣跟隨，攝像機(jī)返送PGM聲音，導(dǎo)演區(qū)環(huán)繞聲監(jiān)聽，也考慮到了到了通話系統(tǒng)的雙備份，多通道錄制系統(tǒng)的異構(gòu)備份等應(yīng)急備份方式，充分保障了安全播出，也集中體現(xiàn)了最新廣電技術(shù)的靈活應(yīng)用。

[1] 肖炅.湖南廣播電視臺12訊道高清電視轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2014（1）：56-60.

[2]施榮.高清轉(zhuǎn)播車的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)[J].電視工程，2006（4）：56-57.

[3]GB50174—1993，電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].1993.

TN948

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2014-03-20

【本文獻(xiàn)信息】趙圣杰.新一代高清電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)思路[J].電視技術(shù)，2014，38（22）.