中小型高清衛(wèi)星直播車的設計與應用

李壽水

（1.龍巖市融媒體中心，福建 龍巖 364000；2.邊壩縣融媒體中心，西藏 邊壩 855500）

新聞現(xiàn)場制作能力是衡量電視臺綜合實力的重要標志之一。為了保持競爭優(yōu)勢，提高新聞的時效性，同時在技術(shù)上能與中央（?。┡_對接，當前很多市級電視臺都裝備了衛(wèi)星直播車。為了既能實現(xiàn)新聞的快速直播，又能完成中型綜藝節(jié)目的錄制與直播，龍巖電視臺于2014年開始設計中小型高清衛(wèi)星直播車，并于2015年交付使用。該臺的高清衛(wèi)星直播車為多功能衛(wèi)星直播車，不僅可以實現(xiàn)新聞快速直播的目標以及承擔突發(fā)新聞的直播，還可以實現(xiàn)中小型晚會、訪談類節(jié)目的錄制和直播等。本文主要介紹高清衛(wèi)星直播車的車體布局、視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)和通話系統(tǒng)的設計。

1 衛(wèi)星直播車車體布局

詳細比對了諸多車型，通過空間、搭載的設備、載重量的測算，最終選擇了福建奔馳廂貨車FA5051XXY。該車總長7.345m、寬1.993m、高2.710 m，車體緊湊，全車密封，只需對骨架進行改造、加固以適合安裝衛(wèi)星天線、機柜機架等。車廂內(nèi)采用 “L” 型布局（見圖1）。[1]

圖1 高清電視衛(wèi)星直播車布局圖

1.1 電源系統(tǒng)

直播車的電源系統(tǒng)分為主供電系統(tǒng)和應急供電系統(tǒng)。主供電系統(tǒng)為市電三相交流電380 V、單相220 V交流電供電，輔助供電系統(tǒng)為柴油發(fā)電機供電，應急供電為山特6KVA在線式UPS供電，配備標準電池包；由市電、隔離變壓器、UPS、配電控制柜、照明系統(tǒng)組成。在市電穩(wěn)定充足的情況下由市電供電，先進入隔離變壓器后再進入UPS，由UPS向用電設備供電。

1.2 空調(diào)系統(tǒng)

安裝2臺單相頂裝式冷、暖一體式空調(diào)。制冷量3 500 W、制熱量2 000 W?？照{(diào)系統(tǒng)有冷熱送風道、回風道等；工作區(qū)采用可調(diào)節(jié)式出風口；設備機柜后部采用管式出風口，對設備降溫。2臺空調(diào)既可同時使用，也可單獨使用，互為備份。

1.3 車內(nèi)布局

為充分考慮車體配重，車內(nèi)配置3組19英寸機柜與工作臺面及監(jiān)視墻，機柜與工作臺呈 “L” 型放置，3個機柜及UPS電源的電池放在輪軸上，以減輕對底盤的壓力。車后面配置機架及攝像機放置柜（可放置4臺攝像機），并安裝電纜盤用于纏繞攝像機光纖電纜、供電電纜及視音頻線。

2 衛(wèi)星直播車視頻系統(tǒng)

視頻系統(tǒng)采用切換臺加矩陣的主備模式，主要由切換臺、攝像機、矩陣、交叉變換器、字幕機、錄像機、分配、監(jiān)視等設備組成，采用主、輔兩大通道方式（見圖 2）。

圖2 龍巖電視臺高清電視衛(wèi)星直播車視頻系統(tǒng)框架圖

2.1 主視頻通道

主視頻通道以高清切換臺為中心。切換臺的輸入信號源為4路攝像機信號，4路經(jīng)由矩陣返送而來的外來信號（2路高清信號、1路標清信號、1路模擬信號），2路矩陣過來的返送信號、2路字幕機信號、2路錄像機信號，1路衛(wèi)星接收信號和1路測試信號。切換臺PGM1信號直接送往監(jiān)視器，內(nèi)置的多畫面分割器，使信號的監(jiān)看更加方便。1路AUX信號預留到接口板，1路AUX信號輸入矩陣，PGM第2個輸出接口作為視頻系統(tǒng)的主輸出，經(jīng)二選一后送往音頻加嵌器。音頻加嵌器的音源來自音頻系統(tǒng)，輸出數(shù)字信號進入帶時鐘重整的視頻分配器，從分配器出來的信號分別送往交叉格式變換器、車尾接口板輸出、矩陣輸入、衛(wèi)星編碼器、錄像機、字幕機、CCU等設備。通過交叉格式變換器出來的有1路高清PGM信號，直接輸出到接口板；2路標清數(shù)字信號,1路直接輸出到接口板，1路經(jīng)過分配放大后輸入2個標清錄像機、接口板。主通道的輸入/輸出都先經(jīng)過數(shù)字視頻跳線盤再接入目標端，以便于靈活調(diào)配信號和檢測。

2.2 輔視頻通道

輔視頻通道以16×16的廣播級視頻矩陣為中心。矩陣輸入信號源除了進入切換臺的所有信號源，還有切換臺的AUX信號，矩陣為整個系統(tǒng)所有的信號作了完整的備份，使得整個衛(wèi)星車視頻信號的調(diào)度和檢測變得極其方便。視頻矩陣的16個輸出通道也都得到充分利用：1路作為應急信號輸出通道，6路返送給切換臺主要用于調(diào)度信號，4路作為外來信號輸出至技術(shù)區(qū)監(jiān)看，4路通過視頻跳線盤輸出到接口板。并且在導演區(qū)配置1個矩陣控制面板，當需要矩陣作為切換設備使用時，導播就可以很方便地用矩陣切換信號。輔通道輸入/輸出端信號同樣都經(jīng)過數(shù)字視頻跳線盤，以便于靈活調(diào)配信號和檢測。視頻矩陣的使用為整個系統(tǒng)進一步擴展提供了可能。[2]

2.3 視頻監(jiān)看系統(tǒng)

視頻監(jiān)看系統(tǒng)主要監(jiān)看攝像機信號、錄像機信號、外來視頻信號、衛(wèi)星收發(fā)信號、PGM和PVW信號等。導演區(qū)采用兩塊大屏的布局方式，其中1塊大屏的信號監(jiān)看源自切換臺的多畫面輸出，另1塊源自二選一應急切換開關(guān)輸出后的PGM信號。技術(shù)區(qū)的監(jiān)看采用機架式專業(yè)液晶監(jiān)視器實現(xiàn)，并且配備了1臺Leader LV5381示波器，便于技術(shù)人員調(diào)光和信號監(jiān)看。[3]

2.4 主切換臺

主切換臺采用松下高清切換臺AV-HS450，主機只有2RU高，設計緊湊，能進行多種輸入與輸出信號選擇。內(nèi)置雙監(jiān)視器具多畫面顯示功能，可在2塊屏幕上顯示高達20幅圖像，每路輸入都有內(nèi)置的10bit幀同步器。這些性能可減少系統(tǒng)配備大量的幀同步器和多畫面分割器，大大簡化了系統(tǒng)的規(guī)模，非常適合在小型轉(zhuǎn)播車使用。其包含：1級M/E，16路SDI輸入，外加2路SDI輸入卡，每路帶幀同步功能、支持4路的上變換功能；6路SDI輸出；2路DVI-D輸出。與備份的16×16數(shù)字矩陣配合使用，使系統(tǒng)更加完整和靈活，為和其他轉(zhuǎn)播車及現(xiàn)場制作系統(tǒng)級聯(lián)或臨時擴展訊道提供了必不可少的準備。

2.5 攝像機

攝像機采用4套松下高清演播室攝像機AKHS2500，其2/3英寸220萬像素的3CCD，具有在同等級別攝像機中最高的標準靈敏度F12（50Hz時），高達60dB的S/N創(chuàng)造了低噪點和低垂直拖尾的高畫質(zhì)影像。這款CCD采用了松下公司獨立開發(fā)的單通道傳輸和像素偏置技術(shù)，提高了高頻信號的調(diào)制頻率，大大提高了圖像的高分辨率，同時也降低了摩爾干擾。攝像機控制單元AK-HCU200MC含有豐富的接口，每個控制器有4路SDI輸出，可同時將高清視頻信號送到切換臺、矩陣、技監(jiān)、接口板，不需配備高清視分即可滿足系統(tǒng)設計的需要。它與攝像機之間采用光纖傳輸，可實現(xiàn)1 000m的遠距離傳送，滿足各種環(huán)境下的信號傳輸需求。當其與其他系統(tǒng)級聯(lián)時，作為主車能夠接受3路高清、1路標清/模擬視頻信號（可按照需求分配），以及模擬和數(shù)字音頻信號，并相應提供Tally指示和內(nèi)部通話的連接；與外系統(tǒng)連接時，作為從車能夠提供4路高/標清攝像機信號、2路錄像機信號、多路高/標清PGM信號，以及相應的模擬和數(shù)字音頻信號，并接受主系統(tǒng)的Tally指示（GPI）和內(nèi)部通話（4線）的連接。

3 衛(wèi)星直播車音頻系統(tǒng)和通話系統(tǒng)

3.1 音頻系統(tǒng)

衛(wèi)星直播車音頻系統(tǒng)要求能同時滿足單聲道、立體聲及多聲道節(jié)目的現(xiàn)場制作和傳輸需要。轉(zhuǎn)播車的調(diào)音，就是將節(jié)目現(xiàn)場的錄音合成或分軌音頻送到車上調(diào)音臺進行調(diào)整分配放大，再與視頻信號送到錄像機或傳送回臺里播出。調(diào)音臺是整個衛(wèi)星車音頻系統(tǒng)的核心設備，其音頻處理能力決定了整個音頻系統(tǒng)的處理能力，調(diào)音臺的安全性是整個音頻系統(tǒng)安全的關(guān)鍵，因此采用了性能可靠的YAMAHA 01V96i。在經(jīng)典機型01V96VCM的功能基礎上，01V96i新增了通過USB2.0傳輸方式的多軌錄音功能，進一步提升了音質(zhì)，是能夠勝任包括工程安裝、音頻制作以及現(xiàn)場擴聲工作的新一代全能型數(shù)字調(diào)音臺。而且其體積小巧，非常適合在小型轉(zhuǎn)播上使用。根據(jù)衛(wèi)星車的用途，音頻系統(tǒng)的設計較為簡單，環(huán)節(jié)較少。核心是調(diào)音臺，調(diào)音臺的立體聲主輸出，通過音頻跳線盤輸出到音頻分配放大器，然后再輸出，分別送往監(jiān)聽音箱、衛(wèi)星編碼器、車尾接口板等。輸入信號分別來自錄像機、解嵌、GSM電話橋、衛(wèi)星接收和外來信號等。[4]

3.2 通話系統(tǒng)

本車配備Clear-com通話系統(tǒng)，并配置GSM電話橋，可以實現(xiàn)市話通話。導播區(qū)配備MS-704四通道通話主站，通道B、C連接車尾端子板，便于日后系統(tǒng)的擴展；通道A連接技術(shù)區(qū)的通話分站，通過通話分站的通道B連接至車尾端子板，通道A連接至4線接口，可以實現(xiàn)與有線攝像機訊道攝像師的實時溝通；GSM電話橋的信號通過音頻系統(tǒng)進入通話系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電話撥號。在系統(tǒng)設計時，預留有足夠的通話端，以保證通話系統(tǒng)的完美級聯(lián)。

4 衛(wèi)星直播車衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)配備1臺高標清兼容編碼調(diào)制一體機，1臺高標清衛(wèi)星接收解碼器，1臺400W高功放。為了滿足系統(tǒng)的靈活性和擴展性，系統(tǒng)設計時采用編碼調(diào)制器1:1備份，高功放1:1備份的設計，車內(nèi)預留足夠的空間和線路為日后擴充使用。高功放內(nèi)置上變頻器，高功放與上變頻器為同一品牌，以保證衛(wèi)星傳輸?shù)陌踩?。且衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的編解碼器和高功放均采用國際知名品牌，能夠保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

4.1 衛(wèi)星天線

由于龍巖地處南方，雨季較長，決定選用全包型天線，通過對比選擇了日立PALs天線。PALs PDA-150 1.5mKu天線是專門為車載DSNG設計的，其重量輕、增益高、抗風能力強、使用耐久性好，發(fā)送和接收頻帶寬，特別適合中小型衛(wèi)星直播車使用。它的全包圍設計，閉合狀態(tài)下能將大部分戶外設備置入天線包圍倉內(nèi)，以提供足夠的防護。此外，天線的空氣動力學設計，可有效消除了車輛高速行駛時的風阻問題。

4.2 上行鏈路

本車的衛(wèi)星上行鏈路的編碼調(diào)制器采用哈雷Ellipse2000H編碼調(diào)制一體機，符合DVB-S/S2標準的QPSK、8PSK調(diào)制器，避免了編碼器和調(diào)制器2種設備的復雜設置，且更具安全性。Ellipse2000H具有BISS加擾，支持高標清MPEG-2 4:2:0編碼和H.264 4:2:0&4:2:2編碼。這種配置能夠滿足中央臺租用地方衛(wèi)星車時的要求。并且采用主備編碼調(diào)制器加倒換器的設計，充分保證了系統(tǒng)的應急安全，保證在特殊情況下系統(tǒng)的正常使用。該調(diào)制器能夠?qū)⑤斎氲臄?shù)字視音頻信號進行編碼和調(diào)制，輸出L波段信號，并提供L波段監(jiān)視輸出接口。[5]

編碼調(diào)制器輸出的L波段信號被送入編碼調(diào)制倒換器，倒換器通過對2個編碼調(diào)制器的狀態(tài)和輸出信號的檢測，自動或手動進行信號倒換。輸出信號經(jīng)過一分二功分器后送入2臺XICOM的400W高功放，XICOM高功放內(nèi)置的BUC對中頻信號進行頻譜搬移，將L波段信號變頻到Ku波段 （13.75~14.5GHz）上某個指定的頻率。高功放再將輸入的低功率Ku波段射頻信號進行功率放大，使其發(fā)射功率達到可以維持整個衛(wèi)星鏈路正常工作。[6]

高功放輸出的Ku波段射頻信號通過波導進入功放開關(guān)套件，功放自動倒換器通過檢測2個高功放的工作狀態(tài)，給開關(guān)套件發(fā)出切換指令，進行波導信號的自動倒換，也可以通過開關(guān)套件上的切換開關(guān)進行手動切換，開關(guān)套件的輸出信號經(jīng)車載天線系統(tǒng)發(fā)射上星。

4.3 下行鏈路

天線系統(tǒng)將天線接收到的微弱信號經(jīng)低噪聲放大器（LNB）進行變頻、放大，為接收設備提供一個高穩(wěn)定、高質(zhì)量的信號。同時，系統(tǒng)中配置了Harmonic Proview7000綜合接收解碼器，用于接收本車的上行衛(wèi)星信號或其他用戶發(fā)出的衛(wèi)星信號。它將來自LNB的L波段信號進行變頻、解調(diào)、解復用、解碼（支持MPEG-2 SD/HD 4:2:0和ATSC等廣播級解碼）后，輸出SDI數(shù)字視頻、模擬視頻、ASI碼流、數(shù)字音頻、模擬音頻和數(shù)據(jù)，音視頻信號進入音視頻系統(tǒng)進行相關(guān)應用和用于信號監(jiān)測。[7-8]

4.4 監(jiān)測系統(tǒng)

衛(wèi)星車配置1套頻譜儀式，對調(diào)制器的L波段監(jiān)測信號、LNB接收后下變頻出的L波段信號進行監(jiān)看和頻譜監(jiān)測，并進行信號調(diào)配。

5 結(jié)論

高清衛(wèi)星直播車投入使用后，充分發(fā)揮了車身小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、功能強大的特點，能夠在很多大型直播車到不了的農(nóng)村及偏遠地方進行直播。使用至今，已完成了2015年全國青運會火炬接力賽、2016年《連城訣》博擊賽等各種體育賽事及2021年《今日中國》福建篇的多點連線直播、省重點項目開工儀式等二百多場次的錄播直播任務，受到各方的好評。