數(shù)字切換矩陣在廣電演播系統(tǒng)中的應(yīng)用

甘　媛

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院公共教學(xué)部，福建 福州 350007)

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數(shù)字切換矩陣在廣電演播系統(tǒng)中的應(yīng)用

甘媛

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院公共教學(xué)部，福建 福州 350007)

現(xiàn)代電視技術(shù)的發(fā)展日新月異，電視臺演播系統(tǒng)引入了數(shù)字切換矩陣來進(jìn)行信號的調(diào)度，來滿足不斷增多的節(jié)目的制播需求.首先分析了現(xiàn)代廣播電視臺數(shù)字演播系統(tǒng)中的數(shù)字切換矩陣技術(shù)，簡單闡述了數(shù)字切換矩陣的工作原理，然后從廣播電視臺的實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，探討了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)矩陣在電視臺演播系統(tǒng)中的演化與應(yīng)用.

數(shù)字切換矩陣；演播系統(tǒng)；應(yīng)用

隨著時代的變遷，多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，電視觀眾對于節(jié)目質(zhì)量的要求也越來越高.廣播電視行業(yè)的設(shè)備日新月異，而傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中的數(shù)字矩陣這一概念，已經(jīng)廣泛地滲透進(jìn)了廣播電視演播系統(tǒng)，衍生出來的廣播級的設(shè)備也廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的廣電行業(yè)中.現(xiàn)在從傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的角度，就格非公司生產(chǎn)的數(shù)字切換矩陣MRS32×32在某縣級廣播電視臺演播系統(tǒng)里的應(yīng)用進(jìn)行探討.

1　預(yù)備知識

1.1傳統(tǒng)矩陣的演化

在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中，矩陣(Matrix)是指縱橫排列的二維數(shù)據(jù)表格，最早來自于方程組的系數(shù)及常數(shù)所構(gòu)成的方陣.例如：M×N矩陣，如圖1.這一概念由19世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家凱利首先提出.矩陣是高等代數(shù)學(xué)中的常見工具，也常見于統(tǒng)計(jì)分析等應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科中.在物理學(xué)中，矩陣于電路學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和量子物理中都有應(yīng)用.

圖1　傳統(tǒng)矩陣示意圖

1.2數(shù)字切換矩陣的基本原理

而矩陣在廣電系統(tǒng)里的應(yīng)用也是很廣泛的，比如說數(shù)字切換矩陣，就是一個非常典型的應(yīng)用例子.其概念應(yīng)用了線性代數(shù)的概念，一般是指M路的輸入的情況下，有N路的輸出選擇，即形成了矩陣結(jié)構(gòu).所謂的數(shù)字切換矩陣，Digital Routing Switcher，就是對矩陣?yán)锶我庖粋€信號的調(diào)度調(diào)配，矩陣的任意一路輸出信號的輸入源，可以選擇矩陣的任意一路輸入信號，同時，矩陣的任意一路輸入信號，可以同時指派給矩陣的任意一路輸出信號，相互不干擾.

如圖2所示，該數(shù)字切換矩陣主要由輸入單元、開關(guān)矩陣單元、輸出單元以及控制單元組成，圖中橫線代表輸入信號線，豎線代表輸出母線，即信號的去向，橫豎交叉點(diǎn)代表電子開關(guān).我們把輸入信號到輸出母線的開關(guān)稱為交叉點(diǎn)，每個輸入信號都要通過電子開關(guān)(即交叉點(diǎn))連接到相應(yīng)的輸出母線上，由控制單元根據(jù)需求發(fā)出指令，找到信號交叉點(diǎn)，將輸入單元的信號調(diào)度到輸出單元，完成矩陣信號的調(diào)度[1].

圖2　數(shù)字切換矩陣的基本原理圖

2　應(yīng)用分析及解決方法

2.1數(shù)字切換矩陣在演播系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

在廣播電視臺的演播系統(tǒng)里，有很多的信號源，如攝像機(jī)CAM、放像機(jī)VTR、字幕機(jī)CG、非編NLE、外來信號EXT等十幾種，需要將這些信號進(jìn)行調(diào)配，建立通路，然后將節(jié)目信號錄制播出.如果按照傳統(tǒng)的做法，一個設(shè)備的信號傳到另一個設(shè)備上，需要一根電纜線，那么有幾臺設(shè)備，就要有幾根鏈接電纜線，再根據(jù)需求，直接把線纜連接相關(guān)的設(shè)備，類似于以前的電話接線員，不停地拔插線纜，來滿足需求.那么這將是多么龐大、錯綜復(fù)雜的工程，需要更多的空間、電纜、裝備和電子元件，而且還增加了設(shè)備故障點(diǎn)，出錯率高，不易排查.

而隨著電視節(jié)目數(shù)量的逐漸增多，在電視臺演播廳的演播系統(tǒng)中，逐漸采用矩陣作為節(jié)目信號源調(diào)度的重要設(shè)備.目前在某縣級廣播電視臺用的是一款格非公司生產(chǎn)的MRS32×32的數(shù)字切換矩陣，標(biāo)準(zhǔn)的1RU機(jī)架式結(jié)構(gòu)，雙電源設(shè)計(jì)，支持對32路嵌入數(shù)字信號的獨(dú)立的32條母線輸出切換，以及單母線輸出切換，可以滿足縣級電視臺目前的演播廳節(jié)目信號調(diào)度的要求.

圖3　數(shù)字切換矩陣系統(tǒng)圖

目前該廣播電視臺處于改造升級階段，暫時開設(shè)1個電視頻道，即電視綜合頻道，以及1個廣播頻率.電視臺實(shí)行日播，每天播出18個小時，其中自辦欄目有5個，在演播廳里錄制口播，然后與節(jié)目串編成片，進(jìn)行播出.其中錄制口播的時間總時長每天2個小時，因此該演播系統(tǒng)的錄制壓力比較小，接入的信號也相對簡單：3臺攝像機(jī)3路信號(CAM)、播出服務(wù)器2路信號(SEV)、錄像機(jī)2路(VTR)、非編1路(NLE)、視頻轉(zhuǎn)換器1路(VGA)、字幕機(jī)1路(CG)、在線包裝1路(3DM)、外來信號4路(EXT)、CLEAN信號1路、主路信號1路(PGM(M))、備路信號1路(PGM(B))，共18路信號.

如圖3，I/P是數(shù)字矩陣的輸入端口，目前接入了18路視頻信號，O/P是數(shù)字矩陣的輸出端口，目前接出了23路視頻信號，日后如果系統(tǒng)升級改造，需要添加新的設(shè)備，則可以通過空余的接口進(jìn)入矩陣，方便快捷，如圖4所示，可見MRS32×32這款矩陣信號的輸入與輸出的端口數(shù)量，對于一般的縣市臺的需求還是有冗余的.

圖4　MRS32×32矩陣背板接線圖

2.2數(shù)字切換矩陣信號調(diào)度的實(shí)際操作

在日常工作中，為保障節(jié)目的正常錄制，需要時刻監(jiān)看主路信號PGM(M)是否正常，這時可以用矩陣進(jìn)行信號的調(diào)度，將主路信號PGM(M)調(diào)度給TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備，即用TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備來監(jiān)看主路信號PGM(M)的內(nèi)容，實(shí)際操作步驟如下：

(1)先選擇信號目的源，如圖3所示，矩陣上O/P端TECH的端口號是32，這時在操作面板(圖5)下面一排按數(shù)字3、2，按確定鍵ENABLE，下面一排的數(shù)字液晶屏顯示數(shù)字32，這就選擇好了目的源TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備.圖3是矩陣系統(tǒng)圖，圖5是矩陣MRS-XYHS操作面板.

(2)再選擇信號源信號，如圖3所示，矩陣上I/P端PGM(M)的端口號是17，這時在操作面板(圖5)上面一排按數(shù)字1、7，，按確定鍵ENABLE，上面一排的數(shù)字液晶屏顯示數(shù)字17，這就選擇好了信號源PGM(M).

通過以上這兩步操作，就將I/P端的PGM(M)信號調(diào)度到了O/P輸出端的TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備上.這樣就完成了信號調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了用TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備來監(jiān)看主路信號PGM(M)的內(nèi)容.

2.3數(shù)字切換矩陣的優(yōu)點(diǎn)

2.3.1快速簡易

在數(shù)字矩陣的MRS-XYHS操作面板上，上面一排是信號源信號I/P，用來選擇信號的出處，即你需要什么信號；下面一排是目的信號O/P，用來選擇目的源，即信號最后調(diào)度到的設(shè)備，標(biāo)號0到9，上下各九個按鈕.

例如：需要用錄像機(jī)VTR1來錄制攝像機(jī)CAM1拍攝的內(nèi)容，這時需要先選擇信號目的源，如圖3，矩陣上O/P端VTR1 IN的端口號是06，這時在下面一排按數(shù)字0、6，按確定鍵ENABLE，數(shù)字液晶屏顯示數(shù)字06，這就選擇好了目的源錄像機(jī)VTR1；錄像機(jī)簡稱VTR，攝像機(jī)簡稱CAM.

再選擇信號源信號，矩陣圖上I/P端CAM1的端口號是01，這時在上面一排按數(shù)字0、1，數(shù)字液晶屏顯示01，按確定鍵ENABLE，這就選擇好了信號源CAM1.

通過以上這兩步操作，就將I/P端的CAM1信號調(diào)度到了O/P輸出端的VTR1 IN上.這樣就完成了信號調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了用VTR1錄制CAM1的信號.

同理，I/P輸入端的01端口CAM1信號也可以分配給O/P輸出端的任意一個端口，可以完成矩陣?yán)锏钠渌盘栔g的任意切換.

2.3.2直觀便捷

如圖5所示，下面一排O/P液晶屏顯示的是數(shù)字32，即目的源選中的設(shè)備是TECH技術(shù)監(jiān)看設(shè)備.上面一排I/P液晶屏顯示的是數(shù)字17，第17路信號源是PGM(M)系統(tǒng)主輸出，將I/P第17路與O/P第32路建立連接，即系統(tǒng)主輸出的畫面在技術(shù)監(jiān)看設(shè)備上顯示，信號調(diào)度一目了然、直觀便捷[2].

2.3.3任意選擇

在廣播電視臺制播系統(tǒng)里的這套MRS32×32的數(shù)字切換矩陣，非常重要的一個功能就是實(shí)現(xiàn)對輸入數(shù)字信號的切換輸出，可以同時支持32路數(shù)字信號的輸入和32路圖像信號的輸出，可以將信號從演播系統(tǒng)中的任意一個輸入通道切換到任意一個輸出通道，方便快捷.在這個矩陣中，如圖3所示，對矩陣的任意一路輸出信號O/P的輸入源，可以選擇矩陣的任意一路輸入信號I/P.同時，數(shù)字矩陣的任意一路輸入信號I/P，可以同時指派給矩陣的任意一路輸出信號O/P，相互不干擾[3].

2.4在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的突發(fā)情況及解決方法

2.4.1矩陣連接錯誤

值得注意的是，由于演播廳制播系統(tǒng)的特殊性以及系統(tǒng)集成的需求，在搭建演播廳系統(tǒng)的時候，各路信號就有相對固定的設(shè)置，來保證節(jié)目的正常錄制.如圖3所示，O/P端的錄像機(jī)VTR1 IN的信號源一定是選在I/P的17路上，即PGM(M)系統(tǒng)主輸出，保證VTR1錄制主輸出節(jié)目信號，用于節(jié)目的保存和編輯.只有在突發(fā)情況下，才可以進(jìn)行解鎖切換數(shù)字矩陣.所以在面板的右側(cè)有個PROTECT保護(hù)鍵，在常亮的狀態(tài)下是面板保護(hù).日常工作中，就出現(xiàn)過演播系統(tǒng)里切換臺、調(diào)音臺、錄像機(jī)狀態(tài)都正常，可是錄像機(jī)VTR1錄下的信號偏偏不是系統(tǒng)主輸出PGM信號，通過工作人員的仔細(xì)排查，才發(fā)現(xiàn)矩陣沒有點(diǎn)亮PROTECT保護(hù)鍵，VTR1的輸入信號沒有鎖定在PGM(M)上，導(dǎo)致出現(xiàn)不正確的信號連接，重新定義后故障排除.由于矩陣的特殊性，會導(dǎo)致有很多種不同的線路連接，就需要時刻點(diǎn)亮保護(hù)鍵，就不會出現(xiàn)由于偶爾的誤操作而造成正在錄制節(jié)目的信號突然出錯的問題，防止人為的錯誤造成節(jié)目誤播事故.

圖6矩陣面板MRS-3201HS

2.4.2單母線應(yīng)急切換

在日常節(jié)目錄制過程中，也出現(xiàn)過切換臺故障，無法切換信號的情況，也是一種常出現(xiàn)的突發(fā)情況.當(dāng)切換臺發(fā)生故障，主輸出信號異常的時候，就需要用到MRS32×32的數(shù)字切換矩陣的單母線輸出功能.對應(yīng)在圖3上O/P輸出端的01端口EMG，EMG對應(yīng)的是系統(tǒng)的備路信號輸出，這時先將系統(tǒng)信號由主路輸出切換到備路輸出，同時圖6所示的矩陣面板MRS-3201HS解鎖，在1到32路之間任意選擇需要的信號，直接在該面板上切換，每選擇一個信號，按ENABLE確認(rèn)一次，這樣可以確保信號的正確性.這時演播系統(tǒng)用備路信號錄制，同時其他設(shè)備統(tǒng)一切換備路信號，完成對節(jié)目信號的正常調(diào)度，保障節(jié)目不中斷地正常錄制.

3　結(jié)束語

數(shù)字切換矩陣在廣播電視臺演播系統(tǒng)中起著極其重要的作用，擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)，安全可靠，操作簡易，方便快捷，在廣播電視領(lǐng)域不可或缺，這也是傳統(tǒng)數(shù)學(xué)中矩陣概念在現(xiàn)實(shí)社會中的實(shí)際運(yùn)用.數(shù)學(xué)作為一門具有高度抽象性和嚴(yán)密邏輯性的學(xué)科已經(jīng)深入到自然科學(xué)和社會科學(xué)的各個領(lǐng)域.

[1]張琦. 數(shù)字電視制播技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.

[2]鄭潮宇，趙伯聽，卓秀然. 基于數(shù)字視頻矩陣的氣象演播系統(tǒng)的應(yīng)用[J].福建電腦，2012，(6)：110-111.

[3]王凱.電視中心矩陣的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2005，(11)：67-69.

(責(zé)任編校：晴川)

The Application of Digital Switching Matrix in Radio and Television Studio System

GAN Yuan

(Department of Basic Education, Fujian Chuanzheng Communication College, Fuzhou Fujian 350007, China)

This paper analyzes the digital switching matrix technique in the modern radio and television digital studio system, simply expounds the working principle of digital switching matrix, and discusses the evolution and application of the traditional mathematics matrix in television studio system from the perspective of practical application in radio and television stations.

digital switching matrix; studio system; application

2016-06-21

甘媛(1981— )，女，江西高安人，福建船政交通職業(yè)學(xué)院公共教學(xué)部講師，碩士.研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué).

TN931

A

1008-4681(2016)05-0046-03