淺析2022年北京冬奧會(huì)開閉幕式8K公共信號(hào)的音頻系統(tǒng)

方棲澤

（中央廣播電視總臺(tái)，北京 100859）

2022年北京冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“北京冬奧會(huì)”）開閉幕式在國(guó)家體育場(chǎng)（鳥巢）舉行，受到全世界的矚目。中央廣播電視總臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“總臺(tái)”）8K轉(zhuǎn)播團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用8K超高清轉(zhuǎn)播技術(shù)搭建系統(tǒng)，進(jìn)行北京冬奧會(huì)開閉幕式公共信號(hào)的制作與直播。此次制作播出對(duì)畫面和聲音的制作、傳輸都有更高要求，采用當(dāng)今世界最高電視播出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以帶給觀眾更真實(shí)、更震撼、沉浸式的視聽體驗(yàn)。筆者作為8K公共信號(hào)制作團(tuán)隊(duì)的一員，參與了開閉幕式8K公共信號(hào)的音頻制作，下面闡述基于A6超高清轉(zhuǎn)播車和A1三維聲錄音車組成的音頻系統(tǒng)架構(gòu)，以及基于三維聲格式聲音制作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 音頻系統(tǒng)架構(gòu)及信號(hào)傳輸

1.1 音頻系統(tǒng)架構(gòu)及信號(hào)路由

北京冬奧會(huì)開閉幕式直播音頻系統(tǒng)架構(gòu)的核心由A6轉(zhuǎn)播車和A1音頻車（見圖1）共同組成。其信號(hào)路由如圖2所示，A6轉(zhuǎn)播車的音頻系統(tǒng)接入OBS（Olympic Broadcasting Services，奧林匹克廣播服務(wù)公司）獲得分軌音頻信號(hào)，并將該信號(hào)通過光纖傳輸ADI信號(hào)給A1音頻車。同時(shí)，將場(chǎng)內(nèi)架設(shè)的ORTF 3D環(huán)境效果傳聲器信號(hào)通過鳥巢內(nèi)8K制作系統(tǒng)的接口箱回傳A6轉(zhuǎn)播車后，同樣通過光纖傳輸MADI信號(hào)再共享給A1音頻車。A1音頻車作為聲音精細(xì)制作的主用系統(tǒng)，從A6轉(zhuǎn)播車獲取分軌信號(hào)，精細(xì)制作形成完整的5.1.4格式的三維聲信號(hào)，將制作好的三維聲音頻信號(hào)返回A6轉(zhuǎn)播車，再以SMPTE ST 2110-30標(biāo)準(zhǔn)的AoIP信號(hào)傳送給總臺(tái)的主控系統(tǒng)。

圖1 A6轉(zhuǎn)播車和A1音頻車

圖2 北京冬奧會(huì)開閉幕式直播音頻信號(hào)路由

由于輸入信號(hào)數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境也較為復(fù)雜，為了保證A1音頻車與A6轉(zhuǎn)播車之間信號(hào)雙向安全高品質(zhì)傳輸，除通過光纜和接口機(jī)箱傳輸MADI音頻信號(hào)外，還配置了主備路由。主備MADI信號(hào)為從OBS發(fā)送的同源信號(hào)，獨(dú)立傳輸。

A1音頻車是總臺(tái)2021年剛剛建成的第一輛支持雙區(qū)制作的大型直播混音車，其中主區(qū)支持三維聲制作，副區(qū)支持環(huán)繞聲制作。開閉幕式直播的三維聲混音主要由主制作區(qū)的AVATUS調(diào)音臺(tái)完成，包括DSP處理機(jī)箱NEXUS STAR BD1和2臺(tái)信號(hào)接口機(jī)箱NEXUS BD3和BD4組成。AVATUS臺(tái)面與處理機(jī)箱STAR BD1通過主備光纜連接，形成控制信號(hào)的冗余連接。為避免系統(tǒng)內(nèi)存在信號(hào)傳輸單一節(jié)點(diǎn)，信號(hào)接口機(jī)箱BD3、BD4分別接收主備兩組同源MADI信號(hào)。A1音頻車內(nèi)部為IP、基帶雙系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，在IP連接部分，所有機(jī)箱IP板卡最高可收發(fā)256通道SMPTE ST 2110-30音頻信號(hào)，使用支持SMPTE ST 2022-7無縫冗余連接的RJ45接口連接主備交換機(jī)，組成完備的冗余音頻網(wǎng)絡(luò)。STAR BD1與BD3、BD4通過交換機(jī)連接的同時(shí)，也通過NEXUS系統(tǒng)原生TDM方式連接，每張板卡上配備兩組光纖接口，為雙向冗余光纖連接，單向光纖傳輸上限可以達(dá)到256通道。AVATUS臺(tái)面在物理層面上有60個(gè)推子，邏輯上分16層，可自定義三維聲、立體聲、單聲道邏輯輸入通道及輸出SUM、AUX、GROUP等母線的數(shù)量；支持VCA、AUTOMIX等功能，可以極大程度上減少調(diào)音臺(tái)使用的操作復(fù)雜程度，簡(jiǎn)潔有序地將信號(hào)源和輸出母線按需呈現(xiàn)在臺(tái)面上。節(jié)目制作時(shí)，PGM信號(hào)經(jīng)STAR BD1的處理，從BD3、BD4機(jī)箱發(fā)送給A6轉(zhuǎn)播車進(jìn)行統(tǒng)一編組輸出，如圖3所示。

圖3 北京冬奧會(huì)開閉幕式音頻系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 同步系統(tǒng)

A1音頻車配備了2臺(tái)SPG8000A同步器，提供系統(tǒng)所需PTP、BB以及WC等同步信號(hào)。由于單獨(dú)使用BB同步信號(hào)作為外同步源演算出的PTP缺少時(shí)間信息不能滿足系統(tǒng)需求，所以A1音頻車與A6轉(zhuǎn)播車相連接時(shí)采用BB+VITC信號(hào)，保證視音頻之間的同步鎖定，且SPG8000A生成的PTP信號(hào)可以滿足系統(tǒng)同步精度和時(shí)間碼的需求。

同步系統(tǒng)的物理連接如圖4所示，轉(zhuǎn)播車接收的GPS信號(hào)經(jīng)過同步機(jī)后，以BB+VITC的格式接入到音頻車車尾板“BB IN”接口，該信號(hào)進(jìn)入音頻SPG8000A主同步機(jī)，主同步機(jī)為備同步機(jī)提供了同步基準(zhǔn)信號(hào)，主備同步機(jī)光纖PTP接口輸出給華為CE6865主交換機(jī)提供PTP同步信號(hào)。部分BB接口和W.C.接口送往車尾板做預(yù)留同步接口。備同步機(jī)接收到主同步機(jī)送過來的同步信號(hào)后，為車內(nèi)周邊設(shè)備，如視頻矩陣和UPMAX三維聲上混器等提供同步信號(hào)。同步機(jī)為調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)提供了PTP、BB及WC，通過調(diào)音臺(tái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，進(jìn)行調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)同步選源。

圖4 同步機(jī)的連接

系統(tǒng)同時(shí)設(shè)計(jì)了以調(diào)音臺(tái)為同步核心的同步鏈路，用于同步機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)的備份，通過調(diào)音臺(tái)接口機(jī)箱的WC輸出，為系統(tǒng)內(nèi)WAVES效果器、192軌收錄工作站、PRIDIGY.MP信號(hào)轉(zhuǎn)換器等設(shè)備提供同步信號(hào)。

需要注意的是，同步機(jī)失鎖處理方式設(shè)置為STAY CURRENT FREQUNENCY，以確保在外同步意外中斷的情況下，不會(huì)對(duì)后級(jí)系統(tǒng)同步造成影響。使用同步機(jī)時(shí)，需注意最末級(jí)的REF LOOP接口需要連接終接電阻，以保證BB信號(hào)正常使用。

1.3 線性時(shí)間碼系統(tǒng)

線性時(shí)間碼（Linear Time Code，LTC）在該音頻系統(tǒng)制作中主要承擔(dān)校對(duì)正倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘，以及為音頻多軌收錄系統(tǒng)提供統(tǒng)一時(shí)間碼。

線性時(shí)間碼系統(tǒng)的物理連接如圖5所示，轉(zhuǎn)播車從TOC（Technical Operations Center，技術(shù)運(yùn)營(yíng)中心）中控機(jī)房獲取LTC信號(hào)，通過時(shí)間碼分配器后，再接入音頻車車尾板“LTC IN”XLR接口，該信號(hào)進(jìn)入AC-QU10高穩(wěn)母鐘，高穩(wěn)母鐘具備掉電守時(shí)功能，亦可手動(dòng)調(diào)整時(shí)間。隨后由高穩(wěn)母鐘輸出LTC信號(hào)進(jìn)入AC-EBUD12時(shí)間碼分配器，該分配器擁有12路LTC輸出通道，其中兩路送往兩套Avid Protools音頻多軌收錄系統(tǒng)的SYNC HD輸入接口，另外一路送往AC-TDCE倒計(jì)時(shí)控制器，該倒計(jì)時(shí)分配器擁有4路RS 485輸出接口，分別送往主制作區(qū)正倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘、副制作區(qū)正倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘、融合媒體區(qū)正倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘、技術(shù)區(qū)正倒計(jì)時(shí)時(shí)鐘。

圖5 LTC系統(tǒng)的連接

1.4 通話系統(tǒng)

A1音頻車通話系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了RTS (Request To Send) IP通話系統(tǒng)，可通過網(wǎng)線或光纖與轉(zhuǎn)播車及其他系統(tǒng)進(jìn)行IP級(jí)聯(lián)，同時(shí)還兼顧了傳統(tǒng)的連接方式。

此次與A6轉(zhuǎn)播車間的通話需求較簡(jiǎn)單，僅需主制作區(qū)工位與轉(zhuǎn)播車相應(yīng)人員進(jìn)行通話，所以直接在主制作區(qū)工位右側(cè)預(yù)留位置放置了TELEX KP-5032通話面板，該通話面板使用從車尾預(yù)留的通話網(wǎng)線連接，轉(zhuǎn)播車網(wǎng)線接口直接接到A1音頻車后接口板。

A6轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)內(nèi)部使用通話矩陣RTS ADAM（Advanced Digital Audio Matrix），通過IP接口連接到交換機(jī)，IP接口使用OMNEO IP技術(shù)進(jìn)行傳輸，將有OMNEO IP信號(hào)的交換機(jī)連接至外接口板，再?gòu)耐饨涌诎迮cA1音頻車外接口板對(duì)接，便可實(shí)現(xiàn)A1音頻車的通話面板與A6轉(zhuǎn)播車通話基站的級(jí)聯(lián)。

與A1音頻車RTS IP通話系統(tǒng)采用同樣的傳輸技術(shù)，方便進(jìn)行更大規(guī)模的系統(tǒng)互聯(lián)。OMNEO IP協(xié)議內(nèi)部的音頻傳輸協(xié)議為DANTE，用于解決通話相關(guān)音頻信號(hào)的傳輸問題，控制協(xié)議為OCA，用于解決通話相關(guān)的控制信號(hào)傳輸。

2 聲音制作

2.1 音頻信號(hào)分類

此次OBS發(fā)送的音頻信號(hào)包括一組制作好的PGM信號(hào)（4K Full Mix），一組不含觀效傳聲器的5.1.4信號(hào)（4K Clean 5.1.4），一組5.1.4環(huán)境聲信號(hào)（4K Amb 5.1.4），法英中三種語言的現(xiàn)場(chǎng)播報(bào)信號(hào)，領(lǐng)導(dǎo)人傳聲器信號(hào)，領(lǐng)導(dǎo)人備份傳聲器信號(hào)，嘉賓傳聲器信號(hào)。

為了完善拾音方案，場(chǎng)內(nèi)拾取的音頻信號(hào)還有，4路頂棚拾取煙火聲音的傳聲器（AT4050）信號(hào)，如圖6所示；以及為了拾取觀眾席中層和上層環(huán)境效果吊裝的4組立體聲傳聲器（AT4050ST）信號(hào)，共計(jì)8路；接入4臺(tái)FOP（Field of Play，比賽場(chǎng)地）內(nèi)攝像機(jī)位的立體聲機(jī)頭傳聲器信號(hào)，共計(jì)8路；還有1路蜘蛛攝像機(jī)（Spider）上的傳聲器信號(hào)；在場(chǎng)內(nèi)主席臺(tái)下方，架設(shè)了1支ORTF 3D三維聲傳聲器，共8路。

圖6 頂棚拾取場(chǎng)內(nèi)環(huán)境效果聲的傳聲器

除此之外，還接入轉(zhuǎn)播車EVS音頻信，共24路。

2.2 三維聲C聲道的制作原則

混音師依據(jù)OBS的制作標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自身的制作理念，對(duì)現(xiàn)有的音頻信號(hào)進(jìn)行混音制作后，分配到對(duì)應(yīng)聲道。其中，C聲道原則上是為各持權(quán)轉(zhuǎn)播商送評(píng)論席解說聲，不能將其他關(guān)鍵信息的混音加入這個(gè)通道，但是由于評(píng)論員在關(guān)閉評(píng)論傳聲器時(shí)，C聲道會(huì)完全靜音，觀眾也許會(huì)感覺到聲音的突變，所以需將一個(gè)有效的可持續(xù)的環(huán)境觀效聲送往C聲道，用于鋪墊評(píng)論員在關(guān)閉評(píng)論傳聲器時(shí)的聲音場(chǎng)景，這個(gè)信號(hào)的電平按照OBS的要求控制在-25 dBFS。這樣評(píng)論員在解說時(shí)，即使暫時(shí)關(guān)閉評(píng)論傳聲器，聽眾聽感上也不會(huì)有明顯變化。

2.3 延時(shí)問題

本次節(jié)目制作中延時(shí)問題有以下幾個(gè)方面需要注意。

（1）經(jīng)TOC機(jī)房回傳的由OBS制作的4K PGM MIX信號(hào)，與場(chǎng)內(nèi)主席臺(tái)、主持人、嘉賓傳聲器信號(hào)存在延時(shí)，將這兩類音頻信號(hào)輸入多軌工作站后，經(jīng)過多次波形比對(duì)，發(fā)現(xiàn)PGM信號(hào)比人聲傳聲器信號(hào)慢63 ms，于是將此延時(shí)量加在這些人聲傳聲器推子上，保證在使用人聲傳聲器通道音頻信號(hào)時(shí)，不會(huì)聽到兩個(gè)“人聲”。

（2）制作好的三維聲信號(hào)，與A6轉(zhuǎn)播車8K PGM視頻信號(hào)存在延時(shí)，經(jīng)過反復(fù)比對(duì)，最終決定在音頻母線出口加上190 ms的延時(shí)，致使聲畫同步。

（3）在場(chǎng)內(nèi)架設(shè)的ORTF 3D傳聲器，聲音信號(hào)是通過光纖直接進(jìn)入A1音頻系統(tǒng)，它與OBS的4K PGM MIX信號(hào)也存在一定的延時(shí)，輸入多軌工作站后，經(jīng)過多次波形比對(duì)，發(fā)現(xiàn)PGM信號(hào)比ORTF 3D傳聲器信號(hào)慢60 ms，因此，在ORTF 3D傳聲器信號(hào)的通道上設(shè)定延時(shí)60 ms。

2.4 多軌混錄

A1音頻車配置了2套多軌工作站，分別負(fù)責(zé)主區(qū)和副區(qū)的音頻多軌信號(hào)的混錄。主區(qū)工作站最多支持192軌音頻信號(hào)，副區(qū)工作站最多支持64軌音頻信號(hào)。主副區(qū)多軌工作站由主機(jī)APPLE MAC PRO、多軌音頻制作軟件AVID Protools、信號(hào)路由矩陣AVID MTRX及專業(yè)音視頻時(shí)鐘同步器AVID SYNC HD組成。SYNC HD作為混錄系統(tǒng)的同步源，從音頻車同步系統(tǒng)獲取同步分號(hào)分發(fā)給多軌工作站及MTRX，保證系統(tǒng)同步。MTRX主要承擔(dān)多軌混錄系統(tǒng)與調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)的連接及信號(hào)路由，調(diào)音臺(tái)輸出信號(hào)經(jīng)由MTRX信號(hào)轉(zhuǎn)換路由輸出到工作站。多軌工作站及Protools軟件用于混音及存儲(chǔ)多軌工程文件。

為了更精細(xì)地制作三維聲信號(hào)，將所有采集、共享的音頻信號(hào)都通過MTRX輸入多軌工作站中，在工作空余時(shí)間，通過回放功能將信號(hào)返回調(diào)音臺(tái)，逐一對(duì)每一路信號(hào)進(jìn)行更細(xì)致的調(diào)試，從而混合出更理想的沉浸式環(huán)繞聲聽感。

圖7 A1音頻車多軌混錄系統(tǒng)的連接

3 結(jié)語

北京冬奧會(huì)開閉幕式8K公共信號(hào)的音頻信號(hào)完全采用三維聲制作方式，并成功播出，驗(yàn)證了本次音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)搭建是可靠穩(wěn)定的?；谶@次2022北京冬奧開閉幕式的寶貴經(jīng)驗(yàn)，相信對(duì)今后開閉幕式類活動(dòng)的三維聲音混音方式和三維聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建和運(yùn)行，可以起到他山之石的作用。

在如今高速發(fā)展的融媒體時(shí)代，隨著未來三維聲制作的全面普及，音頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也許會(huì)增加更多元素，人們可以通過多種終端設(shè)備去感受沉浸式三維聲帶來的極致聽覺享受。

限于時(shí)間、條件等因素，對(duì)于系統(tǒng)架構(gòu)、方案實(shí)施闡述難免有不到之處，還請(qǐng)讀者指正。