戶外轉(zhuǎn)播系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)研究

徐維凡，周潔冰

(廣東廣播電視臺(tái)，廣東 廣州510066)

訊道數(shù)量是衡量戶外轉(zhuǎn)播系統(tǒng)規(guī)模和制作能力的主要指標(biāo)，攝像機(jī)訊道在整個(gè)系統(tǒng)投資中也占很大的比例，因此戶外轉(zhuǎn)播系統(tǒng)集成完成后，訊道數(shù)就基本固定下來，無法隨意增加。然而廣東廣播電視臺(tái)在戶外轉(zhuǎn)播工作中，常常需要增加攝像機(jī)。原因有兩點(diǎn):1)節(jié)目需要的攝像機(jī)太多;2)場地太大。這就涉及到轉(zhuǎn)播系統(tǒng)擴(kuò)展的問題。系統(tǒng)擴(kuò)展的目標(biāo)，是為制作人員提供盡可能多的功能，使導(dǎo)播感覺不到擴(kuò)展設(shè)備與既有設(shè)備的差異，給予節(jié)目制作人員充分的舒適感和便利性。本文就系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的視頻、音頻、通話和切換指示的接入技術(shù)進(jìn)行討論。

1 視頻系統(tǒng)級聯(lián)與擴(kuò)展

系統(tǒng)擴(kuò)展可以用圖1 所示的分層結(jié)構(gòu)來描述，攝像機(jī)信號(hào)接入屬于最基本的要求，通聯(lián)、返送、切換指示、返送、光圈控制和源名更改屬于較高層次的功能。在底層功能滿足的情況下會(huì)有更高層次的需求，而底層功能的缺失會(huì)導(dǎo)致上層功能實(shí)現(xiàn)毫無意義，越上層的功能實(shí)現(xiàn)起來越復(fù)雜。訊道級擴(kuò)展一般實(shí)現(xiàn)低層次的功能，通過ENG 或EFP 攝像機(jī)接入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高層次的功能，常通過2 套或2 套以上的系統(tǒng)級聯(lián)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。為方便敘述，本文將導(dǎo)播所操作的系統(tǒng)稱為主系統(tǒng)，接入主系統(tǒng)的系統(tǒng)稱為從系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)擴(kuò)展功能分層示意圖

視頻系統(tǒng)的擴(kuò)展包括視頻信號(hào)(本機(jī)、返送)、切換指示和與監(jiān)看系統(tǒng)有關(guān)的源名等方面。攝像機(jī)本機(jī)信號(hào)的接入很早就已實(shí)現(xiàn)，ENG 攝像機(jī)的SDI 輸出用同軸電纜接入系統(tǒng)幀同步機(jī)(卡)，有些簡單的系統(tǒng)切換臺(tái)自帶幀同步功能，幀同步機(jī)都可省去，返送一般在系統(tǒng)級擴(kuò)展中實(shí)現(xiàn)，也比較簡單。視頻系統(tǒng)擴(kuò)展的主要難點(diǎn)是切換指示的傳輸和源名的自動(dòng)切換。

1.1 切換指示和源名的原理

切換指示，用于提示導(dǎo)播、攝像等工種當(dāng)前的PGM 切換狀態(tài)，又稱TALLY。攝像機(jī)的切換指示由多個(gè)LED 燈實(shí)現(xiàn)，在攝像機(jī)身和尋像器上的多個(gè)位置有TALLY 燈，用于給攝像和主持人提供切換信息。以索尼的HDC2580 高清攝像機(jī)為例［1］，其TALLY 信號(hào)是三極管集電極輸出的直流通斷信號(hào)，TTL 電平，電壓為5 V，如圖2 所示，切換臺(tái)切中某臺(tái)攝像機(jī)時(shí)，從對應(yīng)的端口輸出一個(gè)直流電平進(jìn)入攝像機(jī)基站，基站通過光纜傳至攝像機(jī)機(jī)頭，經(jīng)攝像機(jī)放大后驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的TALLY燈。切換指示是非常重要的狀態(tài)信息，沒有切換指示會(huì)導(dǎo)致攝像長期高度緊張，導(dǎo)播混淆PGM 信號(hào)，主持人視線漂移等問題，影響節(jié)目質(zhì)量。

圖2 SONY 攝像機(jī)TALLY 燈原理圖

源名是指是監(jiān)看系統(tǒng)的信號(hào)源名稱。目前的戶外轉(zhuǎn)播系統(tǒng)多采用源名跟隨機(jī)制，“跟隨”是相對于“靜態(tài)”而言，即源名會(huì)隨著信號(hào)源的改變而改變［2］。圖3 是本臺(tái)10 訊道高清轉(zhuǎn)播車的源名系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，切換臺(tái)和矩陣將交叉點(diǎn)和源名信息通過串行總線提供給TALLY 服務(wù)器，服務(wù)器通過檢索交叉點(diǎn)－源名映射表中獲取源名，將源名信息通過RS－485 總線發(fā)送至分割器及UMD 顯示器，實(shí)現(xiàn)源名的動(dòng)態(tài)顯示。其中分割器和UMD 顯示器都使用TSL 協(xié)議進(jìn)行通信。

圖3 轉(zhuǎn)播車TALLY 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

TSL 協(xié)議是TALLY 設(shè)備之間的通信協(xié)議，現(xiàn)在已有5.0版本，常用的有TSL3.0，TSL4.0 協(xié)議。TSL 協(xié)議的物理層采用RS－422/RS－485 串行總線結(jié)構(gòu)，所有的設(shè)備串聯(lián)在一起，分配不同的地址。一條電纜可連接最多127 個(gè)設(shè)備。了解TSL 報(bào)文的結(jié)構(gòu)對理解切換指示和源名有重要意義，TSL 報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖4 所示［3］。

每個(gè)TSL 數(shù)據(jù)包由地址、控制字、數(shù)據(jù)字段等部分組成。其中地址字段用于區(qū)分不同的設(shè)備，控制字段用于設(shè)置顯示

圖4 TSL4.0 協(xié)議包結(jié)構(gòu)

設(shè)備的亮度，而源名信息被包含在16 byte 的數(shù)據(jù)字段內(nèi)，可顯示8 個(gè)中文字符或16 個(gè)英文字符(由于源名顯示要求簡潔易懂，實(shí)際使用控制在5 ～8 個(gè)字符)，切換狀態(tài)信息在顏色字段顯示，所以使用TSL 協(xié)議通信的設(shè)備(切換臺(tái)、分割器)無須另接GPIO 就可實(shí)現(xiàn)切換指示。

1.2 系統(tǒng)級聯(lián)時(shí)切換指示和源名的實(shí)現(xiàn)

1.2.1 切換指示的實(shí)現(xiàn)

GPIO 設(shè)備和TSL 協(xié)議設(shè)備的GPIO 實(shí)現(xiàn)方式不同。攝像機(jī)、監(jiān)視器為GPIO 設(shè)備，切換指示通過并行接口傳遞，務(wù)必按照接口定義進(jìn)行接線。級聯(lián)時(shí)的切換指示大多通過GPIO 予以實(shí)現(xiàn)(通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)也可，但需修改原有TALLY 服務(wù)器程序，需集成商提供編程接口)，有時(shí)會(huì)涉及到多重接口和設(shè)備，每條接線都必須正確，否則信號(hào)就無法傳遞過去。以我臺(tái)10 訊道高清轉(zhuǎn)播車為例，切換臺(tái)有6 組TALLY 信號(hào)輸出到車尾接口板，再從接口板通過級聯(lián)箱將信號(hào)傳輸至EFP系統(tǒng)。其TALLY 系統(tǒng)接線圖如圖5 所示。

10 訊道高清轉(zhuǎn)播車切換臺(tái)選用的是索尼MVS8000GSF高清切換臺(tái)，其設(shè)備控制單元MKS8700 將GPIO 的輸出到車尾的DB25 口，一個(gè)接口內(nèi)共有4 路雙色TALLY 和2 路單色TALLY。通過光傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)紼FP，索尼攝像機(jī)的TALLY/通聯(lián)/音頻信號(hào)集成在一個(gè)接口，為了方便級聯(lián)，本臺(tái)EFP 系統(tǒng)的攝像機(jī)的TALLY 口已單獨(dú)引出在飛行箱接口板，使用XLR 接口，方便接線。

1.2.2 系統(tǒng)源名自動(dòng)更改

系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，外來信號(hào)有時(shí)使用主系統(tǒng)幀同步設(shè)備的端口，此時(shí)要將幀同步設(shè)備的源名改為CAM+XX 的形式。如果是系統(tǒng)級擴(kuò)展，從系統(tǒng)的源名也要相應(yīng)更改，否則兩個(gè)相同的CAM1 會(huì)引起混亂。源名更改有兩種方式，一種是手動(dòng)更改，在需要的時(shí)候進(jìn)入設(shè)備控制界面更改;一種是自動(dòng)更改。自動(dòng)更改能使級聯(lián)更加快捷，減少技術(shù)人員的工作量。本臺(tái)兩臺(tái)高清轉(zhuǎn)播車級聯(lián)時(shí)，采用源名自動(dòng)更改方式，級聯(lián)時(shí)車的訊道源名從CAM1－6 自動(dòng)更改為CAM11－16。其實(shí)現(xiàn)方式，仍然是通過TSL 協(xié)議通信，將從系統(tǒng)TALLY 服務(wù)器作為主系統(tǒng)的外設(shè)進(jìn)行編址，當(dāng)主系統(tǒng)切選從系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，其源名信息通過以太網(wǎng)傳輸至從系統(tǒng)TALLY 服務(wù)器，使之檢測到級聯(lián)狀態(tài)，之后由從系統(tǒng)的TALLY 服務(wù)器通過TSL 協(xié)議將切換指示和更改的源名信息發(fā)送至分割器，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)源名跟隨和切換指示。

圖5 廣東廣播電視臺(tái)10 訊道高清轉(zhuǎn)播車通過光級聯(lián)箱實(shí)現(xiàn)4 訊道擴(kuò)展TALLY 接線圖

2 通話信號(hào)的擴(kuò)展

導(dǎo)演的拍攝意圖必須告訴攝像才能得到實(shí)現(xiàn)，沒有通話系統(tǒng)會(huì)使攝像和導(dǎo)演之間的溝通十分困難，因此通話系統(tǒng)在當(dāng)今節(jié)目制作中顯得越來越重要。通話系統(tǒng)的擴(kuò)展目標(biāo)，是使導(dǎo)播能與所有的攝像和工種通話，通話系統(tǒng)擴(kuò)展的難點(diǎn)在于不同通話信號(hào)之間的接駁。

2.1 常見通話信號(hào)與接口

通話信號(hào)和接口種類較多，標(biāo)準(zhǔn)不一導(dǎo)致通話系統(tǒng)對接比較復(fù)雜。通話信號(hào)有模擬四線、數(shù)字四線、數(shù)字兩線、模擬兩線等類型，接口有RJ－45，DB9，XLR 等。通話雙方話音物理通路分開的稱為四線系統(tǒng)，不分開的稱為兩線系統(tǒng)。四線信號(hào)可以拆分為兩線信號(hào)，兩線信號(hào)比較變成四線信號(hào)。同種類型的通話接口必須統(tǒng)一針腳定義后才能對接。常見4 線通話接口與針腳定義如表1 所示。

Riedel 的輸出電平是－4 dBμ，Telex 和Clearcom 是0 dBμ。因此在系統(tǒng)接入時(shí)需在軟件中將后者的電平適量調(diào)高。不同設(shè)備的通話接口針腳定義是通話系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，根據(jù)定義，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接入。

2.2 通話系統(tǒng)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)級擴(kuò)展時(shí)，涉及到兩套通話系統(tǒng)的級聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)通話矩陣的無縫接入，我臺(tái)的兩臺(tái)高清轉(zhuǎn)播車采用了同品牌的通話矩陣，通過光纖將兩個(gè)矩陣串在一起，從而整合成一個(gè)大矩陣，如圖6 所示，此時(shí)所有接入矩陣的端口都可以在控制軟件中進(jìn)行調(diào)配，形同一個(gè)矩陣。

對于不同品牌的矩陣，也可以通過電纜連接的方式進(jìn)行連接，我臺(tái)在戶外轉(zhuǎn)播時(shí)，轉(zhuǎn)播車與衛(wèi)星車的通話接入就采用了模擬四線接入的方式，用一條CAT－5 雙絞線將兩個(gè)矩陣的模擬四線口連接起來，實(shí)現(xiàn)話音的通信。此方法通過預(yù)先配置好兩系統(tǒng)的矩陣，可以實(shí)現(xiàn)任意端口間的通話，但對預(yù)先沒有考慮到的通話需求則不便滿足。比如主系統(tǒng)導(dǎo)播已經(jīng)設(shè)置好跟從系統(tǒng)導(dǎo)播通話，在節(jié)目制作過程中突然需要與從系統(tǒng)的無線通話主站通話，此時(shí)就需要臨時(shí)對從系統(tǒng)矩陣進(jìn)行配置。此外，由于矩陣協(xié)議不同，系統(tǒng)的級聯(lián)只能做到音頻接入，但矩陣的源名無法共享，一端矩陣無法設(shè)置對方的源名。如果要做到不同品牌的兩個(gè)矩陣無縫連接，需要增加1 臺(tái)服務(wù)器，用于不同協(xié)議之間的源名格式轉(zhuǎn)換，具體型號(hào)視不同廠家的矩陣而異。因此，臺(tái)內(nèi)的轉(zhuǎn)播系統(tǒng)統(tǒng)一通話矩陣的品牌對系統(tǒng)擴(kuò)展有重要意義。

表1 常見4 線通話接口類型和針腳定義

訊道級擴(kuò)展時(shí)，對于ENG 攝像機(jī)來說，通常只鋪設(shè)1 條視頻電纜傳回信號(hào)。通話方式一般采用無線通話腰包的方式予以實(shí)現(xiàn)?？梢詫o線通話主站的模擬四線口與矩陣的模擬四線口對接，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。使用EFP 攝像機(jī)時(shí)，攝像機(jī)基站有四線通話接口，用雙絞線將矩陣的模擬四線口與基站的通話口對接起來，就可以實(shí)現(xiàn)全雙工通話。

圖6 RIEDEL 通話系統(tǒng)軟件級聯(lián)狀態(tài)界面(截圖)

3 利用光傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高層次的級聯(lián)功能

如前文所述，PGM 返送信號(hào)和光圈遠(yuǎn)程控制屬于較高層次的功能，隨著通話和切換指示的實(shí)現(xiàn)，這兩項(xiàng)功能就漸漸呼之欲出。攝像通過查看返送信號(hào)可以獲悉導(dǎo)演切中機(jī)位的景別和拍攝對象，避免同景別重復(fù)拍攝，遠(yuǎn)程光圈控制可以讓技術(shù)人員調(diào)整光圈，減輕攝像的負(fù)擔(dān)，提高節(jié)目質(zhì)量。系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，主系統(tǒng)要向從系統(tǒng)提供PGM 聲音。有時(shí)從系統(tǒng)要另外制作一套立體聲節(jié)目，就需要向其提供全套音源信號(hào)。

進(jìn)入高清時(shí)代，高層次功能的實(shí)現(xiàn)主要是傳輸上的問題。1 920×1 080/50i 的高清視頻信號(hào)碼率為1.5 Gbit/s［4－5］，用同軸線纜的傳輸極限大約是200 m，超出此距離，信號(hào)眼圖很差，基本無法傳輸，而攝像機(jī)控制的多芯電纜長度一般為10 m，只能在訊道附近進(jìn)行控制。模擬音頻信號(hào)雖然傳輸距離較遠(yuǎn)，但是音源多時(shí)會(huì)有較大的線纜鋪設(shè)量，降低工作效率和安全性。為了實(shí)現(xiàn)更高層次的功能，使用光傳輸系統(tǒng)是一個(gè)極好的選擇。本臺(tái)的光傳輸系統(tǒng)就是為轉(zhuǎn)播車擴(kuò)展而設(shè)計(jì)的，考慮到擴(kuò)展時(shí)的視頻、音頻、通話、GPIO、網(wǎng)絡(luò)等信號(hào)的傳輸需求，在一個(gè)周邊機(jī)箱內(nèi)的解決方案，板卡配置情況如圖7所示。

其系統(tǒng)框圖如圖8 所示，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)6 路高清視頻、2路高清返送、16 路AES 音頻、8 路模擬音頻、3 路四線通話、8通道GPIO、以太網(wǎng)等信號(hào)的傳輸，基本可以實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)6訊道從視頻信號(hào)接入、通話到源名所有層次功能。該系統(tǒng)常用于本臺(tái)大型戶外轉(zhuǎn)播車節(jié)目中的車－現(xiàn)場信號(hào)傳輸、備份傳輸通道和系統(tǒng)級聯(lián)。

圖7 光發(fā)射機(jī)箱板卡配置圖

圖8 我臺(tái)光級聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)框圖(截圖)

4 實(shí)際節(jié)目中的系統(tǒng)擴(kuò)展案例

2014 年9 月，廣州國際登高邀請賽在廣州地標(biāo)廣州塔舉行，我臺(tái)承擔(dān)比賽轉(zhuǎn)播任務(wù)。本次登高賽共有6 000 多人報(bào)名，分核心筒和蜘蛛俠棧道兩個(gè)賽道同時(shí)進(jìn)行，比賽起點(diǎn)在廣州塔2 樓觀景平臺(tái)，終點(diǎn)在廣州塔488 平臺(tái)，起點(diǎn)有啟動(dòng)儀式，終點(diǎn)有頒獎(jiǎng)儀式。節(jié)目組要求在起點(diǎn)用3 ～4 個(gè)機(jī)位拍攝起跑儀式，在賽道中段的3 個(gè)點(diǎn)安排4 ～6 個(gè)機(jī)位拍攝選手畫面，在終點(diǎn)用4 個(gè)機(jī)位拍攝選手沖線畫面和頒獎(jiǎng)儀式。

本次轉(zhuǎn)播的難點(diǎn)在于在垂直空間內(nèi)大間隔分布了數(shù)量不等的機(jī)位，轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)的訊道雖然很多但是只能提供在距地面100 m 以內(nèi)的高度內(nèi)使用。為了全方位報(bào)道比賽畫面，我們制定了詳細(xì)的技術(shù)方案，如圖9 所示。

圖9 2014 廣州塔國際登高賽轉(zhuǎn)播系統(tǒng)圖

本次轉(zhuǎn)播采用10 訊道高清轉(zhuǎn)播車作為主系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)度中心，同時(shí)負(fù)責(zé)提供2 樓觀景平臺(tái)的訊道。位于塔身中段的機(jī)位，通過單機(jī)微波的方式傳輸至高清車，由于無線訊道的特點(diǎn)，這些機(jī)位只能實(shí)現(xiàn)信號(hào)回傳和通話功能。由于塔頂平臺(tái)距地面488 m，不可能使用轉(zhuǎn)播車訊道，經(jīng)過測試此處微波信號(hào)衰減較大。為了如實(shí)記錄終點(diǎn)的比賽結(jié)果，在塔頂架設(shè)一套4 訊道高清EFP 系統(tǒng)，如果使用衛(wèi)星、微波等無線方式將塔頂信號(hào)送回，將無法實(shí)現(xiàn)通話、返送等功能，導(dǎo)致塔頂團(tuán)隊(duì)無法看到播出信號(hào)，與轉(zhuǎn)播車的通信無法得到保障，影響節(jié)目效果。因此通過光纖接入轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)。通過前文所述的視頻、通話等各層次的擴(kuò)展技術(shù)，將轉(zhuǎn)播車、EFP 和若干無線訊道無縫地銜接在一起，組成了一個(gè)空間維度巨大的系統(tǒng)，順利完成了轉(zhuǎn)播任務(wù)。

5 結(jié)束語

隨著電視技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)擴(kuò)展將向多元化和常態(tài)化發(fā)展，對擴(kuò)展的功能要求將越來越高。作為技術(shù)人員，目標(biāo)是使擴(kuò)展工作簡單化，使系統(tǒng)與系統(tǒng)的接入無縫化。擴(kuò)展的核心問題主要集中在信號(hào)傳輸、接口匹配和標(biāo)準(zhǔn)化。在系統(tǒng)集成階段時(shí)，應(yīng)考慮到未來的需求，預(yù)留充足的接口，后集成的系統(tǒng)與較早的系統(tǒng)做到接口定義一致，從而簡化擴(kuò)展時(shí)的工作量。本文結(jié)合實(shí)際工作情況提出了一些系統(tǒng)擴(kuò)展的解決方案和經(jīng)驗(yàn)，希望能起到拋磚引玉的作用。同時(shí)也呼吁廣電設(shè)備廠商和電視臺(tái)，加快通話和控制信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，早日結(jié)束接口種類過多的現(xiàn)狀。

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