小成本下的綜藝演播廳大屏控制系統(tǒng)4K化改造

泰州廣播電視臺：李家駒

目前，大屏顯示技術(shù)發(fā)展日新月異，巨型屏、異型屏隨處可見，屏幕像素越來越高，往往能帶來令人震撼的效果。與此同時，觀眾的要求也水漲船高。因此，對于尺寸較大的LED屏幕顯示來說，傳統(tǒng)高清系統(tǒng)已經(jīng)與之不相匹配。然而，作為市級電視臺，無論是前端的攝像系統(tǒng)，還是后端的播出系統(tǒng)，仍然還是停留在高清技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)之上，對于全面4K化改造并沒有提上日程。處在這樣的矛盾之間，如何通過小成本來提升綜藝演播廳大屏顯示的效果成了一個很好的研究方向。

1. 現(xiàn)有系統(tǒng)簡介

首先，我們對演播廳原有大屏顯示系統(tǒng)的現(xiàn)狀做了充分研究。通過數(shù)據(jù)分析，800平米演播廳使用的是P4屏體，每塊屏體分辨率為128*128，整屏寬28塊，高10塊，分辨率為3584*1280，即約460萬像素。高清視頻圖像畫面分辨率為1920*1080，即200多萬像素。原有系統(tǒng)是按照高清標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，在這種情況下，便損失了260萬像素所能承載的清晰度。此外，橫向大約2個像素點用來顯示了本應(yīng)該1個像素點顯示的內(nèi)容，也造成了畫面邊緣鋸齒化，清晰度明顯下降，視覺感受上會讓觀眾有一種模糊的感覺。在這樣的情形之下，我們決定對800平米綜藝演播廳大屏控制系統(tǒng)進行4K化的改造，以提升大屏畫面顯示質(zhì)量。

2. 4K化改造思路選擇

我臺800平演播廳大屏顯示與控制系統(tǒng)項目建于2018年，控制系統(tǒng)按照高清標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。在此情形之下，改造有兩種思路：

一種思路是進行大投入翻建。將大屏顯示與控制系統(tǒng)全部更換，采用分辨率更高的屏體，這樣的優(yōu)勢不言而喻，但是問題也很多。首先這樣改造費用很高，對于地市級電視臺來說資金壓力很大。其次，大規(guī)模改造會導(dǎo)致演播廳施工周期長，而800平演播廳是我臺唯一一個大規(guī)模綜藝演播廳，肩負(fù)著經(jīng)營創(chuàng)收的重要任務(wù)?，F(xiàn)如今整個經(jīng)營環(huán)境不佳，若在此時長時間停用勢必會對經(jīng)營創(chuàng)收造成很大的影響。綜上所述，大規(guī)模的改造推翻重來確實不合時宜。

第二種思路則是進行小投入的微改造。改造過程中保留原有屏體，僅對800平演播廳大屏導(dǎo)控系統(tǒng)進行4K化改造，將原有大屏拼接處理器的輸入信號由高清輸入改為4K輸入，從提升畫面本身分辨率與大屏實際利用率的角度去提升大屏畫面顯示的質(zhì)量。

經(jīng)討論研究，此次改造我們選用的是第二種思路。一方面，從理論上，4K畫面的分辨率為3840*2160，現(xiàn)有屏體的分辨率為3584*1280，在水平方向上，4K畫面的顯示基本做到了點對點對應(yīng)。另一方面，我們通過現(xiàn)場實驗對比對大屏顯示高清畫面與顯示4K畫面進行直接客觀的對比。實驗中我們選取一幅有文字的4K畫面。通過端口輸入源的調(diào)整，讓大屏左半邊顯示下變化的高清畫面，右半邊顯示4K畫面，經(jīng)肉眼比對，我們能直觀感受到兩個半屏的清晰度的差異，左半屏的圖像邊緣尤其是文字邊緣比較模糊，鋸齒化嚴(yán)重，而相比之下，右半邊屏幕顯示的4K畫面清晰度高，畫面質(zhì)量改善明顯。

總體來看，這樣的改造思路有很多優(yōu)點。第一，改造費用不高，保留了原有的大屏主體，保護了前期投資。第二，改造周期不長，對于演播廳經(jīng)營創(chuàng)收的影響不大。第三，效果提升明顯，橫向幾乎做到了點對點的顯示，如此改造提升了大屏利用率，視頻圖像分辨率有效提高，畫面質(zhì)量明顯改善。

3. 方案論證

在系統(tǒng)設(shè)計上，如何控制好成本也是本文論述的一大重點，做到保護前期投資。操作方式仍需便捷可靠，方便操作人員使用。在這樣的思路下對系統(tǒng)進行調(diào)整。

3.1 源設(shè)備的選擇

在此次改造過程中，我們將原有大屏資源進行充分利用，讓其整體效果得到提升。原大屏顯示源設(shè)備為兩臺非線性編輯器，型號為惠普Z820，視頻處理軟件采用的是Eduis8，輸出板卡采用的是Decklink Studio 4K采集與輸出卡。經(jīng)研究我們發(fā)現(xiàn)此卡能夠最高輸出30幀4k分辨率的畫質(zhì)，且同時擁有3G-SDI輸出口與HDMI-4K視頻輸出。但這里存在幾個問題，一方面，此卡無法輸出高幀的4K畫面，另一方面，此卡為HDMI-4K輸出，安全性和擴展性不佳，此外，Z820處理4K畫面能力不足。所以這里考慮對源設(shè)備進行調(diào)整，考慮調(diào)用型號為Z8的新工作站，并配備DeckLink 8K Pro采集與輸出卡。

新非編配備了Eduis10作為視頻處理軟件，無論是從硬件還是軟件上看，性能較之前都有很大提升，在處理4K畫面時更加輕松高效。其配備的DeckLink 8K Pro是一款先進的第三代8速PCI Express采集和輸出卡，專為高分辨率8K流程所打造，搭載4個12G-SDI接口，其還可對四個12G-SDI接口進行配置，以高達(dá)4K DCI 60p的任意格式或幀率實現(xiàn)四路不同視頻流的多通道采集和輸出。

在前期測試中，也發(fā)現(xiàn)一些問題，Eduis10在顯示輸出時有一定的缺陷，顯示輸出無法達(dá)到或50幀以上，所以無法實現(xiàn)高幀畫質(zhì)輸出，這就需要一些周邊設(shè)備輔助才能讓系統(tǒng)正常運行，這點在下面的設(shè)備選型中會具體地講述。當(dāng)然如果說選擇更換顯示輸出能達(dá)到50幀的設(shè)備，固然也能解決這樣的問題，但是經(jīng)詢價，此設(shè)備的價格較高，如果選用此設(shè)備，那么此次改造在小成本下是無法完成的。

3.2 視頻處理器的調(diào)整

源信號提升的問題得到論證之后，接下來就要考慮原有的視頻信號處理器、發(fā)送卡的帶載能力能否滿足要求。我們現(xiàn)有的視頻處理器諾瓦MCTRL500，它的總帶載為230萬個像素。發(fā)送模塊包含了兩張發(fā)送卡，這里我們用兩張發(fā)送卡去拼湊出一幅460萬像素的畫面，這與現(xiàn)有大屏的分辨率基本吻合，設(shè)備則不需要調(diào)整。

4. 具體方案與設(shè)備選型

論證完可行性，接下來就需要對整個系統(tǒng)進行全盤考慮，此改造系統(tǒng)是4K信號與高清信號混合的系統(tǒng)，核心設(shè)備的更換與周邊設(shè)備的調(diào)整選型，都要配合整個系統(tǒng)進行。

4.1 具體方案

此次改造保持了原有系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)基本不變。核心處理部分，切換臺從高清換成4K，改造后的輸入信號為4路4K信號與4路高清信號的混合輸入信號，輸出信號變?yōu)?路4K輸出信號。系統(tǒng)框圖具體調(diào)整如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

4.2 設(shè)備的選型

4.2.1 切換臺選型

作為800平米演播廳視頻系統(tǒng)的核心，切換臺起著重要的作用，它是信號的調(diào)度中心，這里我們使用的是一款松下AV-HS410MC 4K切換臺，此切換臺為高清版本的升級款，其物理接口、外形大小、按鍵布局與先前的高清切換臺基本一致，對于節(jié)目部門的操作人員來說，操作方式幾乎沒有發(fā)生變化。另外，此切換臺還能夠兼容4K信號與高清信號混合輸入，靈活性較強。

4.2.2 格式轉(zhuǎn)換器的選型

此次改造過程中共增加3個4K格式轉(zhuǎn)換器，上文提到前端視頻輸出源最高只能輸出2160p30的畫面，預(yù)接入50p的系統(tǒng)中，則需要通過4K格式轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換才能實現(xiàn)。在切換臺的輸出端，同樣需要使用4K格式轉(zhuǎn)換器將12G-SDI信號轉(zhuǎn)換為HDMI-4K信號接入大屏拼接處理器，實現(xiàn)4K信號的輸出。綜上所述，4K格式轉(zhuǎn)換器的使用讓所有的信號在系統(tǒng)中都“跑”了起來。這里選用的4K格式轉(zhuǎn)換器是BMD公司的一款廣播級格式轉(zhuǎn)換器——Teranex AV，Teranex AV擁有僅67毫秒的極低延遲特性，能以極快的速度將任何HDMI或SDI視頻格式轉(zhuǎn)換成不同格式，能以10bit品質(zhì)提供多種上、下、交叉變換和格式轉(zhuǎn)換，并且可達(dá)2160p60格式，完全滿足我們的當(dāng)前要求。

其次此系統(tǒng)還選用了2個4K下變換器。對于系統(tǒng)的矩陣部分，改造后系統(tǒng)仍使用原有的高清矩陣，4K信號則需要通過下變換器進行格式轉(zhuǎn)換才能進入矩陣系統(tǒng)。這里我們選用中帝威公司(DeviceWell)型號為MD2092的12G SDI下變換器。這是一款國產(chǎn)4K級信號轉(zhuǎn)換器，基于廣播級單鏈路12G SDI信號設(shè)計的4K級信號轉(zhuǎn)換設(shè)備。此設(shè)備還內(nèi)置HDMI編碼器，支持4K信號下變換至全高清HDMI信號輸出，接口豐富。設(shè)備的SDI輸入信號頻率自動適應(yīng)，無須額外設(shè)定，簡單實用。

4.2.3 周邊設(shè)備的選型

由于源信號格式的改變，音頻解嵌的問題也需要重新考慮。在高清系統(tǒng)中使用的音頻解嵌器已經(jīng)無法正常使用，且此系統(tǒng)對于2臺非編輯的采集與輸出卡做了調(diào)整，DeckLink 8K Pro采集與輸出卡在設(shè)計的過程并沒有保留RS-422控制的辮子線接口，因此不能獨立輸出音頻信號。因此，我們只能通過新的音頻解嵌器來滿足需求。選用BMD公司的一款音頻解嵌設(shè)備--Teranex Mini SDI to Audio 12G，將音頻信號分離輸出至調(diào)音臺，以保證音頻信號的傳輸。

另外，對于外來信號部分，該系統(tǒng)對原有的幀同步卡進行了升級，將原有的僅能傳輸1.5G-SDI信號的幀同步卡換為3G-SDI幀同步卡。

對于系統(tǒng)的監(jiān)看部分，為了節(jié)約成本，我們只增加了一臺4K監(jiān)視器對送大屏的4K信號進行技術(shù)監(jiān)看。而對于畫分監(jiān)看，則采用2臺4K分辨率電視機，實現(xiàn)低成本的4K監(jiān)看。

5. 結(jié)束語

此次泰州電視臺800平演播廳大屏系統(tǒng)4K化改造選用的是對大屏控制系統(tǒng)進行4K化微改造的方案。一方面，在改造效果上，隨著屏體利用率變高，其清晰度相較之前有了大幅提升，改造效果達(dá)到了先前的預(yù)期。另一方面，在成本控制上，此次改造方案并沒有大動作的改造，我們盡可能多地保留了原有設(shè)備，保護前期投資，同時也利用好臺里的一些閑置資源，僅用十余萬資金便完成了此次改造任務(wù)，相比全系統(tǒng)4K化建設(shè)而言，此次改造在保證效果的前提下節(jié)約了四五十萬的資金投入，達(dá)到了花小錢辦大事的目的。

另外，從長遠(yuǎn)的角度來看，隨著技術(shù)進步，4K化時代也許會提前到來，IP模式也許會成為未來電視視音頻技術(shù)的發(fā)展方向。那么處在這樣一個發(fā)展變革的十字路口，對于創(chuàng)收經(jīng)營壓力增大的地市級電視臺來說，選擇小成本的4K化改造方案，既節(jié)約了成本，也規(guī)避了風(fēng)險，不失為明智之舉。