5G直播車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全東寧

（新疆廣播電視臺(tái)，新疆 烏魯木齊 830044）

1 方案概述

融媒體時(shí)代的直播車設(shè)計(jì)既要符合新疆本地實(shí)際需求，又要充分融合新技術(shù)發(fā)展。整車設(shè)計(jì)方案基于依維柯高頂長(zhǎng)軸加長(zhǎng)貨車進(jìn)行技術(shù)改造，按6+4=10個(gè)訊道設(shè)計(jì)。其中，標(biāo)準(zhǔn)演播室攝像機(jī)訊道6個(gè)，無(wú)線訊道為4路可擴(kuò)展訊道。整車的有效載重量可以滿足6+4訊道的整體要求，長(zhǎng)、寬、高適合中國(guó)道路要求，符合國(guó)家頒布的有關(guān)車輛管理法規(guī)和規(guī)定要求。

2 視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 視頻系統(tǒng)

轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)設(shè)計(jì)為6+4訊道系統(tǒng)。電子現(xiàn)場(chǎng)制作（Electronic Field Production，EFP）系統(tǒng)傳輸采用光纖和無(wú)線的方式。無(wú)線訊道信號(hào)采用支持2K的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口協(xié)議（Network Device Interface，NDI）編碼方式通過(guò)無(wú)線或有線的方式傳輸。系統(tǒng)設(shè)計(jì)12×12矩陣，含數(shù)字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）幀同步器，支持所有SD和HD視頻格式。

EFP攝像系統(tǒng)采用6套演播室高清攝像機(jī)。攝像機(jī)信號(hào)光纜長(zhǎng)度100 m。配備5支廣播級(jí)18倍便攜式全伺服高清標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，1支廣播級(jí)14倍便攜式全伺服高清廣角鏡頭[1-2]。

2.2 切換系統(tǒng)

2.2.1 信號(hào)矩陣及應(yīng)急切換系統(tǒng)

為提高直播系統(tǒng)的的安播等級(jí)，采用主、備雙系統(tǒng)作為節(jié)目的傳輸通道。系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)度選用12×12幀同步SDI切換矩陣。12路輸入都已內(nèi)置同步器，可以作為同步器使用。SDI輸入信號(hào)可以自動(dòng)重新定時(shí)，可以同步切換格式相同的視頻。切換矩陣支持多格式視頻同時(shí)輸入，若能匹配同步幀率，還可以實(shí)現(xiàn)多格式間的無(wú)縫切換。矩陣可以快速靈活地切換遙控面板，既是系統(tǒng)的切換臺(tái)應(yīng)急備份系統(tǒng)，又是信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)。

2.2.2 主切換系統(tǒng)

主切換臺(tái)選用IP構(gòu)架的TriCaster TC1制作系統(tǒng)。一體化導(dǎo)播切換臺(tái)具有實(shí)時(shí)制作系統(tǒng)的全新功能，如多步驟宏命令實(shí)時(shí)輸出監(jiān)控、監(jiān)視器處理放大器、多畫面范圍、多畫面?zhèn)鬏斂刂啤U(kuò)展播放、按鈕鎖扣、潔凈的M/E輸出、多帳戶發(fā)布、場(chǎng)次錄制文件夾、自動(dòng)標(biāo)簽、外部輸入配置、切換器庫(kù)、邊緣羽化、網(wǎng)絡(luò)虛擬輸入IP指示燈以及縱向時(shí)間碼（Longitudinal Time Code，LTC）等。一體化導(dǎo)播切換平臺(tái)如圖1所示。

圖1 一體化導(dǎo)播切換平臺(tái)

導(dǎo)播平臺(tái)支持16路同步外部視頻輸入，兼容視頻源任意組合，最高分辨率可達(dá)4K UHD，幀率最高為60 f·s-1；還可以提供16路NDI編碼格式的網(wǎng)絡(luò)視頻輸入，獨(dú)立分辨率，支持摳像和填充功能；12個(gè)可配置的視頻錄制通道，通過(guò)IsoCorder技術(shù)，儲(chǔ)存在2×3 TB硬盤上。IsoCorder是多軌視頻錄制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)視頻多軌、多格式錄制，切片存儲(chǔ)且節(jié)約所需空間。錄像由切換臺(tái)和存儲(chǔ)卡錄像機(jī)完成，輸入信號(hào)由切換臺(tái)和視頻矩陣選擇提供[3]。

2.3 監(jiān)視（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)

2.3.1 技術(shù)區(qū)監(jiān)視器和應(yīng)急監(jiān)視系統(tǒng)

在技術(shù)區(qū)配置機(jī)架式廣播級(jí)監(jiān)視器4套，每套監(jiān)視器具有2塊獨(dú)立的7寸高清雙聯(lián)LCD監(jiān)視器。該顯示器可以顯示波形和矢量圖，可全屏也可單行顯示視頻波形，可顯示16通道音頻表，且具有綜合監(jiān)測(cè)與診斷（Integrated Monitoring and Diagnostics，IMD）及三色TALLY顯示等功能。

在工作時(shí)，技術(shù)區(qū)操作人員按照該顯示器顯示的單行視頻波形調(diào)整6路EFP攝像機(jī)和兩路外來(lái)信號(hào)的黑電平和白電平幅度。若主切換臺(tái)出現(xiàn)故障，畫面分割器不能正常工作，該組顯示器還可作為應(yīng)急顯示器使用。

2.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控和多畫面顯示器

導(dǎo)演區(qū)應(yīng)用TriCaster TC1自帶的3路多畫面顯示系統(tǒng)，在3臺(tái)TH-49SF12MCB液晶監(jiān)視器（49英寸）上，通過(guò)多畫面設(shè)備可以監(jiān)看全車所有參與制作的視頻內(nèi)容。

監(jiān)視器畫面配置可以按個(gè)人偏好定制風(fēng)格。通過(guò)靈活的畫面分割器，導(dǎo)播可以在3個(gè)多畫面監(jiān)視器中完成顯示范圍、直播指示器、工作區(qū)布局以及窗口等配置，實(shí)時(shí)查看節(jié)目制作期間的動(dòng)態(tài)。多畫面監(jiān)控畫面效果如圖2所示。

圖2 多畫面監(jiān)控畫面效果圖

2.3.3 音頻區(qū)監(jiān)看信號(hào)

系統(tǒng)選用的集成多通道音頻混音器支持4聲道音頻、數(shù)字音場(chǎng)處理（Digital Sound Field Processing，DSP）以及4×4×4音頻輸入和輸出路由；本機(jī)支持網(wǎng)絡(luò)音頻輸入和輸出；還可以讀入媒體格式文件，使用轉(zhuǎn)碼導(dǎo)入、存儲(chǔ)并播放多媒體文件。

2.3.4 在線包裝系統(tǒng)

切換臺(tái)具有強(qiáng)大的場(chǎng)景制作能力，可以實(shí)現(xiàn)虛擬圖文、整體包裝、實(shí)時(shí)虛擬、高級(jí)色鍵、字幕動(dòng)畫以及總線混合等創(chuàng)意功能，可以單獨(dú)或以播放列表形式存儲(chǔ)和顯示幾乎任何格式的圖像、圖片以及全屏或部分屏幕的圖形。系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)編輯和更新字幕內(nèi)容，或在實(shí)時(shí)制作時(shí)修改當(dāng)前字幕[4]。

2.4 時(shí)鐘與同步系統(tǒng)

2.4.1 時(shí)鐘系統(tǒng)

系統(tǒng)選用的衛(wèi)星時(shí)鐘設(shè)備可以支持GPS/北斗雙模衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)，可自動(dòng)尋星并進(jìn)行時(shí)間校正。在衛(wèi)星信號(hào)不能接收時(shí)，由系統(tǒng)自帶的高頻振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，可以支持7天以上的可靠時(shí)間精度，并顯示衛(wèi)星信號(hào)丟失標(biāo)記。

2.4.2 同步系統(tǒng)

同步系統(tǒng)采用雙路同步自動(dòng)倒換系統(tǒng)，帶外同步功能，行/場(chǎng)/副載波相位鎖定且相位可調(diào)，具有8路可倒換模擬同步輸出和OSD菜單功能，供電采用雙電源冗余備份方式。

2.5 音頻系統(tǒng)

音頻部分的設(shè)計(jì)需要滿足中小型直播活動(dòng)時(shí)的音頻制作和直播高清節(jié)目時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的音頻采集與制作。在本方案中，音頻輸出通道設(shè)計(jì)采用單通道方式。主備調(diào)音臺(tái)均采用雅馬哈01V96I 32路數(shù)字調(diào)音臺(tái)，能夠滿足視音頻和后期制作的技術(shù)需求，功能強(qiáng)大，可以靈活地安裝進(jìn)較小的空間。音頻傳輸系統(tǒng)主要解決現(xiàn)場(chǎng)與直播車間的專業(yè)話筒拾音、信號(hào)返送以及內(nèi)通等問(wèn)題，并且需要預(yù)留足夠的線纜接口。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，備調(diào)音臺(tái)的信號(hào)源選取主話筒和工作站等常規(guī)設(shè)備為主要音源，不常用的音源無(wú)需考慮，以簡(jiǎn)化工作臺(tái)布局。

3 應(yīng)急與保障系統(tǒng)

3.1 通話系統(tǒng)

轉(zhuǎn)播車內(nèi)通話系統(tǒng)建立在切換臺(tái)TC1自帶的NDI編碼器通話系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，以TC1為核心，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以及單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)等通話模式。

3.2 報(bào)警系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)信號(hào)流程，報(bào)警系統(tǒng)采用系統(tǒng)框圖模塊的方式實(shí)現(xiàn)主備通道上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)監(jiān)控，并以不同顏色來(lái)警示信號(hào)的有無(wú)，同時(shí)，對(duì)于設(shè)備使用和維護(hù)狀況進(jìn)行日志記錄和安全警戒提示。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)急措施

主通道采用切換臺(tái)切換節(jié)目，矩陣作為切換臺(tái)的應(yīng)急節(jié)目切換器。當(dāng)主切換面板出故障時(shí)，矩陣操作面板可快速接管，成為主節(jié)目通道的切換面板。

輸出通道由切換臺(tái)TC1通過(guò)視分端口輸出。TC1還提供4路音頻加嵌和視頻上下變換功能，可以主備輸出高標(biāo)清和模擬PGM，且音頻嵌入可選。

導(dǎo)演區(qū)的監(jiān)視幕墻采用TC1自帶的3路多畫面屏幕分割器顯示。為防止部分監(jiān)視屏故障影響節(jié)目制作，系統(tǒng)采用4套2路7寸監(jiān)視器，通過(guò)合理調(diào)度來(lái)保證所有信源都能實(shí)時(shí)切換到監(jiān)控。

3.4 Tally系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Tally系統(tǒng)在直播節(jié)目制作系統(tǒng)中以字符或提示燈的形式，在攝像機(jī)尋像器、監(jiān)控墻及提詞器等設(shè)備上顯示，告訴直播人員當(dāng)前切出的PST和PGM信號(hào)，以視覺(jué)的形式呈現(xiàn)節(jié)目播出狀態(tài)。該系統(tǒng)可以提示現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演切換和應(yīng)急切換等信息，有獨(dú)立顯示設(shè)備、畫面分割器以及攝像機(jī)尋像器3種顯示模式。

4 5G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

節(jié)目直播時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人群大量聚集與移動(dòng)，會(huì)帶來(lái)巨量移動(dòng)熱點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景，因此傳輸系統(tǒng)需要超密超帶寬場(chǎng)景的解決方案。由于大量新業(yè)務(wù)的引入，增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhance Mobile Broadband，eMBB）業(yè)務(wù)速率向100 Mb·s-1發(fā)展，5G應(yīng)用場(chǎng)景將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的范圍。對(duì)于這些應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)論是相關(guān)的傳播特性還是組網(wǎng)規(guī)劃方案，都需要超前的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

4.1 無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1.1 5G基站設(shè)計(jì)

5G基站是5G無(wú)線組網(wǎng)的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)兩座基站。一座固定在車頂，安裝在倒伏控制器上，使用時(shí)天線直立站起，行車時(shí)天線倒伏在車頂；另一座基站作為移動(dòng)使用，通過(guò)以太網(wǎng)供電（Power Over Ethernet，POE）延伸至工作現(xiàn)場(chǎng)。

5G基站采用5 GHz收發(fā)射機(jī)，型號(hào)為AF-5XHD。該機(jī)采用LTU無(wú)線射頻技術(shù)，可以提供雙向無(wú)線不小于100 MHz的通道帶寬。1對(duì)收發(fā)射機(jī)加上全向天線或定向天線，組成一個(gè)5 GHz全向或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線傳輸系統(tǒng)解決方案。

5G天線選擇AMO-5G10天線，它是具有10 dB增益的全方位雙路收發(fā)天線，與AF-5XHD收發(fā)射機(jī)配對(duì)，可用于點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的360°覆蓋。無(wú)線頻率范圍為4.8～6.2 GHz，最大發(fā)射功率為29 dBm，可通過(guò)程序設(shè)定上行鏈路和下行鏈路占空比，最大吞吐量為1.34 Gb·s-1，延遲為1.5～3.5 ms。

4.1.2 雙頻段無(wú)線傳輸系統(tǒng)

5G基站建設(shè)完成后，無(wú)線攝像機(jī)信號(hào)收發(fā)射機(jī)選用雙頻段無(wú)線傳輸系統(tǒng)，型號(hào)為B-DB-AC-5G。該系統(tǒng)內(nèi)置2.4 GHz和5 GHz雙射頻，發(fā)射功率為22 dBm，帶寬提升至300 Mb·s-1，使用通用N型天線接口。B-DB-AC-5G天線采用5G玻璃鋼防水天線，長(zhǎng)度不大于65 cm，增益可以達(dá)到12 dB。

4.2 交換設(shè)備

4.2.1 POE透?jìng)鹘粨Q機(jī)

POE透?jìng)鹘粨Q機(jī)的設(shè)計(jì)目的是為無(wú)線攝像機(jī)提供POE供電和分配網(wǎng)絡(luò)信號(hào)給信號(hào)回傳和信號(hào)返送。POE透?jìng)鹘粨Q機(jī)采用視頻透?jìng)鲗Ｓ媒粨Q機(jī)NanoSwitch N-SW，該機(jī)具有4端口POE透?jìng)鞴δ?，RJ45端口支持10/100/1 000 Mb·s-1以太網(wǎng)連接，支持被動(dòng)24 V POE供電（4對(duì)）。輸出方面，3個(gè)被動(dòng)24 V PoE端口可提供高達(dá)30 W的POE輸出。

4.2.2 光纖到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器

光纖到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器F-POE-G2用于移動(dòng)基站距離轉(zhuǎn)播車超過(guò)100 m的情況，可以用光纜無(wú)中繼傳輸2 km。光纖到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器具有PoE供電，可為設(shè)備提供更遠(yuǎn)更完整的數(shù)據(jù)連接及供電。

4.2.3 網(wǎng)管型千兆交換機(jī)

網(wǎng)管型千兆交換機(jī)采用UniFi Switch US-8-60W，具有8個(gè)外形緊湊的千兆以太網(wǎng)端口，其中4個(gè)為POE端口。每個(gè)自適應(yīng)POE端口提供的輸出功率高達(dá)15.4 W。該交換機(jī)可作為所有NDI信號(hào)主交換機(jī)。

4.3 編解碼系統(tǒng)

本系統(tǒng)信號(hào)輸入設(shè)計(jì)為6路有線+4路無(wú)線+2路外來(lái)信號(hào)，因此需要把視頻信號(hào)進(jìn)行編碼才能進(jìn)行傳輸。傳輸編碼器采用NDI技術(shù)編碼器。NDI為開(kāi)放式協(xié)議，具有延時(shí)低、幀精確及數(shù)據(jù)互通性強(qiáng)等特性。NDI視頻編碼器采用BDSTUM01NDI編碼器。該編碼器可將HD 2K 60P的視頻轉(zhuǎn)換為全帶寬的I幀（基幀）NDI流，以便在NDI廣播網(wǎng)絡(luò)上分發(fā)。端口具有3G-SDI輸入、HDMI 2.0輸出以及3G-SDI輸出，可通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻傳輸，供網(wǎng)絡(luò)中任何兼容的系統(tǒng)、設(shè)備及軟件使用。NDI視頻解碼器選用Pro Convert AIO RX單路NDI轉(zhuǎn)HDMI+SDI解碼器，作為信源監(jiān)測(cè)使用[5]。

5 結(jié) 語(yǔ)

該轉(zhuǎn)播車設(shè)計(jì)可以滿足當(dāng)前直播和5G傳輸需求，未來(lái)還需支持5G網(wǎng)聯(lián)無(wú)人機(jī)結(jié)合4K/8K/VR的超高清直播應(yīng)用，通過(guò)無(wú)人機(jī)掛載360°全景鏡頭進(jìn)行超高清拍攝，完成視頻采集、拼接以及視頻流處理，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)下行鏈路傳輸，用戶可以通過(guò)移動(dòng)終端，隨時(shí)隨地?zé)o延遲地體驗(yàn)激動(dòng)人心的現(xiàn)場(chǎng)直播。