中小型電視臺高清演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計與實踐

李耀文

（昆明教育電視臺，云南 昆明 650216）

如今，各級電視臺也越來越關(guān)注高清演播室視頻系統(tǒng)的建設(shè)，并且高清視頻系統(tǒng)技術(shù)也在不斷優(yōu)化和完善。為確實提高節(jié)目制作質(zhì)量，在設(shè)計時就必須與實際需求和資金投入等條件結(jié)合起來綜合考慮，設(shè)計符合國家相關(guān)標準和自身需求的高清演播室視頻系統(tǒng)。

1 高清演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計原則

（1）高可靠性。昆明教育電視臺高清演播室的日常使用包含節(jié)目錄制和直播等功能，必須要保證播出的安全性[1]。高清演播室關(guān)鍵設(shè)備采用主備冗余設(shè)計，使用主切換臺+備切換臺+矩陣的架構(gòu)，這樣就能夠構(gòu)建相對獨立的雙通道，避免單點故障引發(fā)通道崩潰的問題出現(xiàn)，并且也能實現(xiàn)相互備份。在主備切換信號加嵌音頻后，再設(shè)置二選一倒換器，實現(xiàn)主備信號的切換。

（2）兼容性。演播室設(shè)計采用純高清與上、下變換相結(jié)合的系統(tǒng)模式[2]，高清演播室視頻系統(tǒng)以高清切換臺為核心，采用全高清內(nèi)核設(shè)計，信號源主要來源為EPF攝像機、錄放像機，但作為高標清過渡階段，還應(yīng)考慮標清信號的接入，標清信號在經(jīng)過外加上變換器或者采用切換臺的上變換通道后，進入視頻系統(tǒng)。此外，還應(yīng)考慮筆記本電腦的VGA信號、HDMI信號等各種多媒體設(shè)備的信號接入，這就需要在進行系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮除常規(guī)HDSDI信號外，還要配置足夠的信號轉(zhuǎn)換器，方便多媒體設(shè)備的接入，將這些信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成HDSDI信號，送入切換臺。如果制作或播出還處于標清階段時，還應(yīng)在末端節(jié)目添加下變換器，轉(zhuǎn)換成為播出、制作所需的信號格式。

（3）靈活性。演播室一般接入有攝像機、多媒體、播出返送、其他演播室等輸入信號，輸出信號除了供直播外還有現(xiàn)場錄制、技術(shù)監(jiān)看、燈光監(jiān)看等多路信號，為方便各種信號的處理分發(fā)，增加系統(tǒng)的靈活性，我們在系統(tǒng)中還應(yīng)配置視頻矩陣，作為所有輸入輸出信號的調(diào)度中心，所有輸入輸出信號均進入矩陣中，實現(xiàn)多渠道、多用途的分發(fā)。

（4）便于擴展和維護?？紤]到不同節(jié)目類型對視頻系統(tǒng)的需求不同，系統(tǒng)中還要做好信號輸入輸出接口和功能性的預(yù)留工作，以適應(yīng)不同節(jié)目類型和形式。為了便于日后維護工作，系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點還需設(shè)置跳線，在日常維護中，能通過跳線監(jiān)測各級的指標。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就能準確快速地找到出現(xiàn)運行異常的設(shè)備，通過跳線直接將其跳開，保障系統(tǒng)通道的暢通性。

（5）前瞻性。方案設(shè)計要充分符合本臺未來發(fā)展規(guī)劃，設(shè)備選型要選用目前電視行業(yè)的成熟、穩(wěn)定的產(chǎn)品，各項技術(shù)指標要符合國家相關(guān)規(guī)定。保證在一段時間內(nèi)的先進性，減少短時間內(nèi)資金的再次投入，并能滿足未來電視行業(yè)發(fā)展的需要。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

演播室采用4訊道設(shè)計，滿足訪談、教學(xué)等演播室節(jié)目的錄制或直播，主要包含了信號源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、TALLY系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、視頻信號傳輸、監(jiān)看系統(tǒng)、通話系統(tǒng)。

（1）信號源。演播室信號源有攝像機信號、錄放像機信號、多媒體信號、字幕機信號和其他演播室送來的信號，攝像機數(shù)量和錄放像機可根據(jù)演播室錄制需求來確定，目前需要3臺攝像機才能記錄各個方向的圖像[3]。多媒體信號需要配置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器和格式變換器，統(tǒng)一變換為HDSDI信號來使用。字幕機采用鍵控的方式實現(xiàn)字幕的疊加。所有信號源設(shè)備均輸出1080@50i的HDSDI信號，采用BNC接口接入。昆明教育電視臺演播室根據(jù)現(xiàn)在的使用需求，配備了4訊道16bit EPF高清演播室攝像機、2臺P2錄放像機信號、1路VGA信號、1路HDMI信號、l路字幕機信號，1路640㎡演播廳信號，所有信號經(jīng)視分后，接入主備切換臺和矩陣輸入端?？紤]到未來演播室信號源端的擴展，還預(yù)留有EXT信號接入2路，配合多格式變換器進行格式變換后，送入切換臺和矩陣，以提高演播室的信源處理能力。

（2）切換設(shè)備和矩陣。實際應(yīng)用中，采用兩臺高標清切換臺，實現(xiàn)主備架構(gòu)的方式較為常見。矩陣作為所有輸入、輸出信號的調(diào)度中心，完成信號的調(diào)度任務(wù)，也可選用單臺切換臺+矩陣的做法，矩陣配置多面板，用一臺矩陣面板作為備路切換，實現(xiàn)主備架構(gòu)。昆明教育電視臺在設(shè)計時，選用兩臺1.5級ME高標清切換臺和一臺32*32的矩陣，高標清切換臺還具有幀同步和部分通道上變換功能。矩陣配置雙面板，32*32的面板用于對信號調(diào)度進行操作，16*4面板在技術(shù)區(qū)使用，方便技術(shù)人員對輸入信源的技術(shù)指標進行選擇監(jiān)看。

（3）同步系統(tǒng)。目前，在電視系統(tǒng)中采用的同步信號主要是BB信號和三電平同步信號，BB信號以及支持高清和標清，而且相對比較簡單，因此，在高標清同播系統(tǒng)里我們?nèi)越y(tǒng)一采用BB信號作為同步信號[4]。以解決不同信號的同步鎖相問題。在昆明教育電視臺在同步系統(tǒng)設(shè)計中，采用了由播出系統(tǒng)提供BB信號作為同步信號，BB信號在經(jīng)過同步分配板卡后，分配到CCU、切換臺、周邊板卡等設(shè)備中，實現(xiàn)了演播室視頻系統(tǒng)和播出系統(tǒng)的同步。

（4）監(jiān)看系統(tǒng)。監(jiān)看系統(tǒng)能展示所有輸入信號源，通常分為導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)、技術(shù)監(jiān)看區(qū)和主持人監(jiān)看，在大型演播室中，還要設(shè)置燈光監(jiān)看和音響監(jiān)看。導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)通過電視墻分割屏的方式，監(jiān)看所有信號源和PVW、PGM信號，指揮調(diào)度攝像，完成現(xiàn)場制作。技術(shù)監(jiān)看區(qū)和導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)完全獨立，由矩陣調(diào)度信號，通過技術(shù)監(jiān)視器和示波器，監(jiān)看各路信號的指標。昆明教育電視臺在設(shè)計時，導(dǎo)播監(jiān)看區(qū)采用3塊55英寸大屏作分隔使用，技術(shù)監(jiān)看區(qū)采用技術(shù)監(jiān)視器進行監(jiān)看，并且備路切換臺單獨配置監(jiān)看屏幕。

（5）TALLY系統(tǒng)。通過并行TALLY信號連接的方式，由切換臺GPO發(fā)出指令，與CCU相連接，以指示燈的方式，對切入點切出點進行提示，使導(dǎo)播、攝像、主持人等各崗位的默契配合。

（6）通話系統(tǒng)。通話系統(tǒng)采用有線和無線的方式，主站+副站相結(jié)合，通常按崗位區(qū)分，攝像機人員和主持人崗位分別接入不同的通道。攝像人員通話經(jīng)CCU通過集成電纜進線傳輸，主持人采用無線通話基站進行傳輸。

（7）其他系統(tǒng)。在高清演播室視頻系統(tǒng)中，還涉及時鐘系統(tǒng)、電力保障系統(tǒng)，時鐘主要是通過主控機房或獨立時鐘源獲取。對于一個有直播任務(wù)的演播室來說，通常是采用主控機房或播出系統(tǒng)授時，保證整個演播室時鐘系統(tǒng)和主控及播出系統(tǒng)一致。電力供給系統(tǒng)是演播室最基本的保障，因采用不同回路的兩路市電和UPS的方式接入，保障整個演播室不能因停電造成播出事故。

3 信號流程設(shè)計

由圖1可知，信號源經(jīng)視分后分別送入主路切換臺和視頻矩陣，備切換臺的輸入信號由矩陣提供，在完成直播節(jié)目時，備路切換臺輸入信號和鍵位和主路完全一致，互為主備使用。如遇有特殊信號源需求或臨時加入信號源時，備路切換臺輸入端可由矩陣任意分配信號，這種連接方式可使備路切換臺輸入信號更為靈活、實用。主、備切換臺輸出的PGM信號經(jīng)音頻加嵌后，送到2×1倒換器，經(jīng)倒換選擇后的HDSDI信號經(jīng)延時后，送至播出，完成播出流程。如播出系統(tǒng)或編輯系統(tǒng)為標清時，采用高清信號末極下變換標清的方式提供標清節(jié)目。同時，加嵌音頻后的HDSDI和延時后的HDSDI信號分別送入視頻矩陣，經(jīng)視頻矩陣調(diào)度后，供監(jiān)看、攝像機回監(jiān)、錄制使用。VCR1、VCR2和非編站點都可作為播放插播內(nèi)容來使用，同時兩臺錄放像機和非編站點的輸入端均接入矩陣當中，所以也可以作為錄像機來使用，錄制信號由矩陣分配調(diào)度即可，這種連接方式實現(xiàn)了一機雙用，在確保播出安全的前提下，可根據(jù)不同的節(jié)目不同播出方式來自行選擇。在經(jīng)濟允許的情況下，也可選擇多通道錄制服務(wù)器來完成。

圖1 信號流程圖

4 應(yīng)急備份設(shè)計

4.1 視頻訊道應(yīng)急備份設(shè)計

在整個視頻訊道鏈路中，主信號鏈路盡量減少不必要環(huán)節(jié)，設(shè)備的選用需要配置冗余雙電源，關(guān)鍵設(shè)備采用主備冗余，盡量選擇可掉電直通并有記憶的周邊設(shè)備。最大限度保證信號鏈路安全、高效傳送至播出系統(tǒng)。

攝像機為多機位配置，并且昆明教育電視臺所有演播廳中均使用同一型號、同一接口的攝像機，當一臺故障時，可采取一些非必要機位臨時取代或臨時更換攝像機。切換臺是整個高清演播室視頻系統(tǒng)的核心部分，切換臺故障，將導(dǎo)致整個演播室癱瘓，基于安全播出需要，必須使用2臺切換臺或一臺切換臺+矩陣切換面板的方式來保障，在2臺切換設(shè)備的PGM輸出端，配置2×1倒換器。正常情況下，我們使用主切換設(shè)備進行畫面切換，當發(fā)生故障時，通過2×1且倒換器將信號鏈路倒換到備切換設(shè)備，保障信號鏈路暢通與正常播出。如使用一臺切換臺+矩陣切換面板來做備份時，還應(yīng)考慮配置相應(yīng)的同步板卡，使畫面切換流暢、不跳幀。周邊板卡和延時器均選用具備掉電直通功能設(shè)備。由于演播廳離播出系統(tǒng)較近，采用主備雙鏈路雙路由的方式將HDSDI信號送至播出系統(tǒng)，并由播出系統(tǒng)直接返送演播室信號至演播室，實現(xiàn)閉環(huán)監(jiān)看，在演播室中就能直接掌握傳輸鏈路情況。

4.2 監(jiān)看系統(tǒng)

方案設(shè)計時，監(jiān)看系統(tǒng)由三臺55英寸大屏進行分割組成，其中一臺大屏采用主路切換臺自帶畫面分割進行監(jiān)看，一臺采用畫面分割后進行所有輸入信號和關(guān)鍵節(jié)點的信號監(jiān)看，信號由矩陣提供，另外一臺為PGM監(jiān)看。備路切換臺監(jiān)看系統(tǒng)單獨采用監(jiān)視器連接備路切換臺自帶畫面分割的方式進行監(jiān)看。出現(xiàn)故障時，就能準備把握故障點，及時處理故障。且主備兩臺切換臺的監(jiān)看系統(tǒng)完全獨立。

4.3 供電系統(tǒng)應(yīng)急備份設(shè)計

我臺演播廳供電采用兩條來自不同回路市電+UPS的供電方式，并且還配備了自啟動發(fā)電機，當2路市電均停電時，發(fā)電機自動啟動，保證演播室的正常供電。

5 系統(tǒng)維護

定時、按時進行系統(tǒng)維護巡檢，是提升系統(tǒng)設(shè)備壽命，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效手段。在系統(tǒng)維護中，主要應(yīng)對信號源設(shè)備、切換設(shè)備、連接線路等進行巡檢維護。利用波形監(jiān)視器，定期對攝像機的底電平、伽瑪、拐點、色彩等技術(shù)指標進行調(diào)整，利用后焦測試卡對攝像機后焦進行調(diào)整，對多臺攝像機進行一致性調(diào)整，使多臺攝像機的亮度及顏色一致。分節(jié)點對視頻系統(tǒng)通道指標進行檢測，確保切換臺、周邊板卡通道性能指標在規(guī)定范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語

昆明教育電視臺演播廳經(jīng)過改造后，實現(xiàn)了演播室制作的高清化，目前承擔著臺內(nèi)直播節(jié)目和訪談節(jié)目和教學(xué)節(jié)目的錄制播出，目前運行穩(wěn)定。由于資金和場地的限制，視頻系統(tǒng)中還存在一些缺陷，也在不斷的完善當中。對于中小型電視臺而言，在高清演播室視頻系統(tǒng)的建設(shè)中，要充分的考慮使用需求和資金情況來設(shè)計，把系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性放在首位，盡量選擇業(yè)內(nèi)比較成熟的產(chǎn)品，在今后的使用過程中，還要不斷提升自身技術(shù)，繼續(xù)做好系統(tǒng)維護工作，建立健全管理制度，這樣才能更好的服務(wù)于臺內(nèi)各制作部門，促進昆明教育電視臺的健康、可持續(xù)的發(fā)展。