4K IP 超高清轉(zhuǎn)播車(chē)系統(tǒng)創(chuàng)新探索

王 瑄

（遼寧廣播電視集團(tuán)（臺(tái)），遼寧 沈陽(yáng) 110002）

0 引 言

遼寧廣播電視集團(tuán)（臺(tái)）4K IP 超高清融媒體轉(zhuǎn)播車(chē)建設(shè)為一輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，功能先進(jìn)完備的超高清（4K）節(jié)目制作平臺(tái)，為超高清（4K）/高清節(jié)目制作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，可滿(mǎn)足重大活動(dòng)、晚會(huì)、體育賽事等各類(lèi)型大中型節(jié)目的4K 高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）、高清標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍（Standard Dynamic Range，SDR）的現(xiàn)場(chǎng)制作需求。此外，系統(tǒng)在保證傳統(tǒng)廣電生產(chǎn)制作能力的同時(shí)，適應(yīng)融合媒體的發(fā)展要求，提供了支持多源匯聚和多屏發(fā)布的全媒體制作功能，設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)進(jìn)行信息發(fā)布和豎屏視音頻制作的融媒體工作區(qū)，可以功能完備地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)播車(chē)的全媒體融合生產(chǎn)制作，為節(jié)目轉(zhuǎn)播工作提供更為豐富靈活、更加與時(shí)俱進(jìn)的制作手段。

1 轉(zhuǎn)播車(chē)車(chē)體

轉(zhuǎn)播車(chē)車(chē)頭采用瑞典進(jìn)口VOLVO 品牌FH420車(chē)頭，國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)。車(chē)廂采用半掛設(shè)計(jì)，廂體長(zhǎng)13.75 m（不含車(chē)頭部分），采用內(nèi)套+外套雙側(cè)拉廂式結(jié)構(gòu)。外套拉廂完全展開(kāi)后寬1.8 m，內(nèi)套拉廂展開(kāi)距離1.6 m，有效拓展了車(chē)廂內(nèi)部空間，實(shí)際使用面積達(dá)到69 m2，有效解決了車(chē)廂內(nèi)橫向距離較短和車(chē)內(nèi)空間狹窄的問(wèn)題[1]。轉(zhuǎn)播車(chē)空間布局如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)播車(chē)空間布局圖

在轉(zhuǎn)播車(chē)布局設(shè)計(jì)方面，根據(jù)使用習(xí)慣及功能需求進(jìn)行車(chē)體結(jié)構(gòu)與空間的分配，滿(mǎn)足各類(lèi)轉(zhuǎn)播對(duì)工位的要求。車(chē)架鵝頸部位腹板和下翼板增加鋼板加強(qiáng)，使車(chē)架增大強(qiáng)度，最大限度地減小變形量。

車(chē)內(nèi)空間布局完全是根據(jù)使用團(tuán)隊(duì)需求設(shè)計(jì)的，由前至后分別為音頻制作區(qū)、主制作區(qū)、副制作區(qū)、融媒體制作區(qū)、訊道調(diào)光技術(shù)區(qū)、技術(shù)監(jiān)看區(qū)、慢動(dòng)作制作區(qū)、多功能區(qū)以及強(qiáng)冷機(jī)柜區(qū)，共計(jì)24個(gè)工位。通過(guò)設(shè)置隔斷，使各區(qū)域分工明確、互不干擾。車(chē)尾設(shè)備機(jī)柜區(qū)大部分帶獨(dú)立制冷功能，確保在北方冬季可滿(mǎn)足車(chē)內(nèi)工作人員的保暖需求，保障設(shè)備制冷，對(duì)設(shè)備和使用人員更加友好。拉廂頂部安裝了加熱系統(tǒng)，采用PTC 加熱膜方式，在鋁頂板外鋪設(shè)反射膜，將其產(chǎn)生的熱量與車(chē)頂隔離，并將產(chǎn)生的熱量向上反射，在北方極端天氣可實(shí)現(xiàn)融雪功能。

2 制作系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)應(yīng)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)信號(hào)資源的調(diào)度和配置；建立以IP 架構(gòu)為核心的4K 超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視音頻及其他子系統(tǒng)間的IP 化傳輸及信號(hào)交換、調(diào)度；對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)備設(shè)置熱備份，使系統(tǒng)具有故障自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)恢復(fù)能力；滿(mǎn)足4K HDR 及高清SDR 的電視節(jié)目制作技術(shù)需求，具備多種形態(tài)新媒體節(jié)目的內(nèi)容制作和分發(fā)能力，打造超大型超高清全媒體復(fù)合應(yīng)用型節(jié)目制作系統(tǒng)[2]。視頻系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2 所示。

圖2 視頻系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備端到端的SMPTE ST 2110 系列標(biāo)準(zhǔn)的視音頻IP 信號(hào)傳輸，并通過(guò)IP 主備核心交換機(jī)進(jìn)行調(diào)度和切換。系統(tǒng)可提供完整的超高清節(jié)目信號(hào)制作、記錄、處理和傳輸能力，同時(shí)兼容高清節(jié)目制作需求。

IP 管理系統(tǒng)能夠通過(guò)軟件的設(shè)置來(lái)規(guī)劃和定義節(jié)目制作的規(guī)模和形態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度配置；視頻/音頻信號(hào)通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源、監(jiān)看源的調(diào)度能力。視頻切換臺(tái)及音頻調(diào)音臺(tái)具備多級(jí)切換和分級(jí)、分層輸出能力，視頻監(jiān)視系統(tǒng)具備源名跟隨及動(dòng)態(tài)集中管理能力，視/音頻系統(tǒng)之間具備自動(dòng)跟隨和協(xié)同切換能力，視/音頻系統(tǒng)預(yù)留擴(kuò)展能力，視/音頻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)具備直播過(guò)程中的備份能力。

系統(tǒng)擁有兩個(gè)制作區(qū)，均具備獨(dú)立制作能力，能同時(shí)制作兩套不同內(nèi)容的電視節(jié)目。系統(tǒng)具有先進(jìn)性和前瞻性，并具備技術(shù)升級(jí)能力，能夠應(yīng)對(duì)未來(lái)技術(shù)發(fā)展和業(yè)務(wù)規(guī)模不斷增長(zhǎng)的總體技術(shù)需求。

2.3 視頻系統(tǒng)制作流程

本系統(tǒng)以制作4K HDR 電視節(jié)目為首要基礎(chǔ)，參與切換的信號(hào)包括攝像機(jī)信號(hào)、外來(lái)信號(hào)、慢動(dòng)作信號(hào)、超高速回放信號(hào)、在線(xiàn)包裝信號(hào)以及交換機(jī)選切信號(hào)等，送入到切換臺(tái)的視頻流通過(guò)主備交換機(jī)完成調(diào)度。利用切換臺(tái)的控制面板進(jìn)行主制作區(qū)信號(hào)的調(diào)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)字幕上鍵、開(kāi)窗、快拍及宏功能調(diào)用等，完成切換臺(tái)PGM 信號(hào)的輸出。系統(tǒng)配備有IP 多畫(huà)面分割器，能夠滿(mǎn)足導(dǎo)演區(qū)的HDR多畫(huà)面監(jiān)看和技術(shù)區(qū)的訊道SDR 監(jiān)看以及技監(jiān)設(shè)備HDR 信號(hào)靈活調(diào)度需求。

在超高清模式下，系統(tǒng)以4K 制作切換臺(tái)和IP交換機(jī)設(shè)備構(gòu)成主備雙鏈路制作核心，滿(mǎn)足HDR/SDR 的制作及監(jiān)看。2 路（TX1-TX3）PGM 主備輸出和2 路（TX2-TX4）副切主備輸出，均為切換臺(tái)、調(diào)音臺(tái)IP 輸出進(jìn)入主備交換機(jī)，由主備核心交換設(shè)備調(diào)度IP PGM 至TX1-TX3，TX2-TX4 IPG 板卡輸出。每路輸出末端同時(shí)支持帶有音頻嵌入的12G/4×3G/3G HDR、3G SDR/HD HDR/HD SDR 的基帶信號(hào)。每個(gè)通道輸出的4K 和HD 信號(hào)均轉(zhuǎn)換為IP 格式返回主備交換設(shè)備，供系統(tǒng)調(diào)用[3]。

系統(tǒng)配備4K DSK 鍵控器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)字幕疊加等常備功能，通過(guò)IPG 板卡接入主備交換設(shè)備，通過(guò)交換設(shè)備調(diào)度切換的方式，用于切換臺(tái)故障時(shí)的應(yīng)急上鍵。

鑒于系統(tǒng)規(guī)模，視頻系統(tǒng)配置兩臺(tái)100G 交換機(jī)作為視頻主備核心交換機(jī)。100G 交換機(jī)與25G交換機(jī)通過(guò)光口級(jí)聯(lián)成網(wǎng)[4]。切換臺(tái)具備4K 信號(hào)處理能力，配置滿(mǎn)足48 路IP 輸入、24 路IP 輸出，同時(shí)在主制作區(qū)配置3M/E 36 路直切面板，在第二制作區(qū)配置2M/E 28 路直切面板。

2.4 同步系統(tǒng)

4K IP 轉(zhuǎn)播車(chē)的同步系統(tǒng)支持模擬BB 黑場(chǎng)信號(hào)、三電平信號(hào)、字時(shí)鐘信號(hào)以及PTP 同步信號(hào)。兩臺(tái)主備同步信號(hào)發(fā)生器分別輸出兩路同步信號(hào)至同步倒換器。倒換器輸出經(jīng)分配后，為各設(shè)備提供同步信號(hào)。與傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)不同，基于IP 的系統(tǒng)在視頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)加入PTP 同步信號(hào)，并通過(guò)主備核心交換機(jī)接入[5]。同步系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D3 所示。

圖3 同步系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.5 融媒體系統(tǒng)

系統(tǒng)中配置了基于IP 的輕量化融媒體產(chǎn)品。系統(tǒng)主要采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口（Network Device Interface，NDI）協(xié)議傳輸，針對(duì)外場(chǎng)便捷導(dǎo)播制作的需求，滿(mǎn)足各種信號(hào)源的輸入和導(dǎo)播應(yīng)用。系統(tǒng)使用場(chǎng)景靈活，面對(duì)突發(fā)事件反應(yīng)快，在制作域，4K、HD 及各種形式的媒體信號(hào)可達(dá)到互聯(lián)互通，在保證節(jié)目質(zhì)量的同時(shí)豐富了節(jié)目形態(tài)。

融媒體設(shè)備可在系統(tǒng)制作過(guò)程中完成直播推拉流以及遠(yuǎn)程互動(dòng)，支持網(wǎng)絡(luò)直播、豎屏制作、遠(yuǎn)程控制等多種融合制作方式，滿(mǎn)足5G+4K 的新型應(yīng)用模式制作需求。在4K 超高清轉(zhuǎn)播車(chē)內(nèi)專(zhuān)門(mén)部署了融媒體系統(tǒng)制作區(qū)及工位，可以接入視頻系統(tǒng)末級(jí)12G PGM 基帶信號(hào)、手機(jī)信號(hào)、5G 回傳信號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)拉流信號(hào)等，并配備基于5G 和專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程制作系統(tǒng)，部署華為的5G CPE 設(shè)備為全車(chē)提供穩(wěn)定的5G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過(guò)測(cè)試調(diào)整找到最優(yōu)高壓縮碼率的視頻遠(yuǎn)程傳輸交互方案，保障網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定可靠、低延時(shí)、高效率[6]。

2.6 應(yīng)急方案

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮到各種安全備份方案，在任何使用環(huán)境下都沒(méi)有單一故障崩潰點(diǎn)，具有主備切換鏈路，采用視頻切換臺(tái)+主備交換機(jī)+主備控制系統(tǒng)應(yīng)急的高可靠備份方案，以保證切換系統(tǒng)鏈路的安全性。

IP 系統(tǒng)在IP 流傳輸層面就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了主備交換機(jī)各種信號(hào)的備份，在信號(hào)輸入端，通過(guò)SDN 控制，實(shí)時(shí)檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)視頻流的應(yīng)急分配，在輸出端利用索尼LSM IP 管理系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)內(nèi)各種IP 流信號(hào)在交換機(jī)層面做到無(wú)縫凈切換，保證IP 流信號(hào)輸出正常，完成應(yīng)急作用。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有4 路IP 末級(jí)鏈路，并且配備由DSK 板卡作為基帶層面的上鍵應(yīng)急。4 路IP 鏈路信號(hào)經(jīng)IP 交換機(jī)切換輸出，經(jīng)IPG 轉(zhuǎn)換為12G UHD 信號(hào)后接入HDRC4000，進(jìn)行12G UHD 直通和下變換成3G HD，再分別經(jīng)過(guò)視分板卡輸出。

當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)播可以通過(guò)應(yīng)急面板手動(dòng)進(jìn)行切換，使系統(tǒng)工作在應(yīng)急備份模式下，保證節(jié)目正常播出。

2.7 系統(tǒng)集成中所遇問(wèn)題及解決辦法

集成過(guò)程中，工程師發(fā)現(xiàn)EVS 服務(wù)器上的USB接口的延長(zhǎng)距離有限，嘗試更換了3 種品牌的USB延長(zhǎng)設(shè)備，通過(guò)觀(guān)察測(cè)試，無(wú)法通過(guò)USB 延長(zhǎng)線(xiàn)預(yù)埋到工位實(shí)現(xiàn)操控，必須把長(zhǎng)度控制在3 m 以?xún)?nèi)的安全距離，因此，最終在機(jī)柜前端設(shè)計(jì)接口板，通過(guò)短USB 線(xiàn)連接實(shí)現(xiàn)服務(wù)器受控。

在轉(zhuǎn)播車(chē)錄制節(jié)目過(guò)程中，操作人員發(fā)現(xiàn)電視墻監(jiān)看大屏有延時(shí)，出現(xiàn)聲畫(huà)不同步的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)排查系統(tǒng)PTP 同步、IP 畫(huà)分輸出以及上屏HDMI線(xiàn)纜等發(fā)現(xiàn)，是由于監(jiān)看墻顯示屏的刷新率低造成顯示端聲畫(huà)不同步。后期通過(guò)將監(jiān)看墻顯示屏設(shè)置到游戲模式，以高刷新率降低延時(shí)量。

在音頻系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，工程師發(fā)現(xiàn)RTW 5.1監(jiān)聽(tīng)表橋在主網(wǎng)可以正常鎖定PTP、收音頻流，但備口鎖不上PTP，且調(diào)音臺(tái)會(huì)干擾RTW 監(jiān)聽(tīng)表橋的PTP 鎖定。與廠(chǎng)家反饋溝通后，音頻工程師將監(jiān)聽(tīng)表橋接到通話(huà)系統(tǒng)交換機(jī)上，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎖定。最后排查是備口的AES67 模塊故障。通過(guò)返廠(chǎng)維修并進(jìn)行固件升級(jí)，最終解決了PTP 鎖定問(wèn)題。

3 結(jié) 語(yǔ)

遼寧廣播電視集團(tuán)（臺(tái)）4K 超高清轉(zhuǎn)播車(chē)系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化、智能化、融合化的系統(tǒng)架構(gòu)。視頻系統(tǒng)滿(mǎn)足SMPTE-2110 標(biāo)準(zhǔn)的4K UHD IP 信號(hào)的傳輸及交換，并兼顧HD SDR、BT.709標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)目制作。音頻系統(tǒng)配置和監(jiān)聽(tīng)環(huán)境滿(mǎn)足5.1.4 三維聲制作并兼容立體聲和單聲道的制作。轉(zhuǎn)播車(chē)還具備全媒體節(jié)目制作分發(fā)能力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)兼顧傳統(tǒng)的操作習(xí)慣和使用特點(diǎn)，操作界面方便友好，很好地滿(mǎn)足了遼寧廣播電視集團(tuán)（臺(tái)）節(jié)目制作和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。