超高清全媒体转播车系统设计与功能实现

本文由《广播与电视技术》杂志独家授权。本文刊发于2019年第10期。

作者:

赵兴刚,周挺,王炜,宋煜 (贵州广播电视台电视录制中心)

【摘 要】

贵州广播电视台超高清全媒体转播车旨在打造一个集传统手段和新兴技术于一体的、全方位、多平台的信息化、立体式全媒体技术支撑平台。系统整体技术架构上,依托IP领域的先进技术和设备,建立以IP化架构为核心4K超高清转播系统,具备融媒体分发功能。该平台是业内首辆符合ST-2110标准的单流4K/IP转播车,采用了先进、安全的IP技术架构和高动态范围制作流程,同时体现出了高度的先进性、安全性、稳定性,以及良好的适应性、灵活性。

【关键词】

SMPTE ST-2110,4K HDR,双切换台,IP+基带双链路,双核心冗余设计,新媒体制作区,全媒体融合生产

0 引言

为适应超高清(4K)电视节目现场制作需求,贵州广播电视台在2019年5月顺利交付最新建设的超高清全媒体转播车,为贵州广播电视台超高清(4K)/高清节目制作提供强有力的技术支持,为将来贵州广播电视台超高清4K播出奠定坚实基础。超高清全媒体转播车确保传统广播电视生产制作能力的同时,强化媒体融合制作功能设计,系统中创新设立信息发布和视音频制作功能齐全的新媒体工作区,强调功能灵活实用,贴近新媒体一线节目生产需求。

1系统设计目标

1.1先进性

要充分利用IP网络的双向传输、多数据流传输和多格式数据流兼容等特性优化系统结构。视频、音频、同步和控制等系统均应使用IP交换机作为信号交换核心。

1.2稳定性

系统关键设备应热备份;系统应具有故障自动检测、自动恢复能力;应用管理系统应具备容错和应急能力。

1.3兼容性

超高清(4K)全媒体转播系统输入输出接口应具备较好的兼容性,输入输出接口应能兼容高清视频信号、模拟音频及数字音频信号。

1.4可扩展性

整体设计方案应具有前瞻性,充分预留设备扩展空间与信号接口,确保将来的扩展需求。

2系统构成

2.1 车体布局

超高清全媒体转播车车体为半挂式车体,侧拉厢采用内嵌式、双侧拉结构。按18个讯道(常驻)电视转播系统设计车内机柜、电视墙、操作台等,并为将来的系统扩容做合理预留。整车总长度(含车头)为17m,总高度为3.96m,宽度为2.4m,双侧拉展开后为4.56m。整车满足我国公路对车辆行驶的要求及户外转播制作的需求。

厢体布局(图1)分为音频区、导演区、第二制作区、在线包装区、慢动作制作区、技术区、核心设备区、新媒体制作区。布局设计科学合理,充分考虑各工作状态的实际需求,人员出入合理,对主体设备和信号调配机柜留出独立的检修操作界面,满足系统需求。

2.2 配电系统

配电系统(图2)设计两路外电输入接口,可进行互备倒换。外电输入采用三相五线制(三火一零一地),TN-S接地形式。全车配电总功率为35kVA,总功率在满足全车设计设备满负荷运行的条件下预留(30%)冗余;整车配备50kVA隔离变压器,带旁通开关。空调系统(动力电)和设备系统(工艺电)相对隔离的设计方式。设备系统用电采用3台10kW具有稳压功能的在线式UPS不间断电源,如UPS出现故障时可手动进行倒换。外电中断时,UPS可支持整车技术电系统设备继续工作,后备时间满足广电总局62号令外场转播安全播出规定,后备时间为15分钟。

2.3 空调系统

空调系统采用分体式设计,配备四台空调主机,并设有新风系统。空调总制冷功率达到了37kW制冷量。其中两台一拖二5P空调覆盖导演区、音频区、多功能区。两台独立3P的空调覆盖四个强制冷机柜的核心设备区和技术调光区。由于车体较长,重点考虑长距离制冷和制热的效率,保证各工作区域温度一致,在此基础上可实现每个相应区域做独立温度调节功能。

2.4 制作系统系统

在系统整体技术架构上,依托IP领域的先进技术和设备。建立以IP化架构为核心4K超高清转播系统。在此基础之上,系统设计和设备选型中,紧紧围绕技术安全这一理念,整个系统具备各种备份方案与应急手段,核心系统均采用独立双通道备份设计,避免单一节点。整个制作系统架构合理、功能完善、具有一定冗余和容错能力,具备故障自动检测、自动恢复功能。

1.视频系统

系统配备14台SONY HDC4300超高清(4K)讯道摄像机、2台4800 4K超高速摄像机、2台4K超高清微波摄像机、3台4K硬盘录像机、4台蓝光高清录像机、2台4500 4K慢动作服务器和2套石墨4K在线包装系统,在4K制作模式下,可达到6路以上4K外来讯道(或高清制作模式下18路以上高清 SDI外来讯道)接入能力。在车内设置3台全媒体高清摄像机,以及1路4K测试信号作为常驻信号源。并预留3台6通道4K EVS慢动作服务器和2个超高清(4K)迅道接口、工位和安装位置。

整个视频系统(图3)采用IP+基带双链路架构设计,其中4K IP流和HD IP流都以ST-2110 IP方式架构,采用主备核心交换机做为信号调度中心,系统具有真正的系统冗余备份。HD基带信号源采用独立SDI架构,所有信号源分别进入切换台与矩阵,形成互为备份。在HD制作中,即使IP系统出现故障,SDI基带架构也能正常工作,给各种重大会议、节目直播提供坚定有力保障。其中IP系统可不断升级,满足将来多种形式的节目制作需要,SDI系统符合当前应用习惯,保护现有节目制作能力。

全车切换台系统采用两台4K/IP切换台XVS-8000和XVS-6000,两台切换台提供多格式处理能力,具备SDI/IP、UHD/HD混切功能, XVS-8000具有40路4K(160路HD) IP/SDI输入能力,XVS-6000具有12路4K(48路HD) IP/SDI输入能力,两台切换台配有多任务操作面板,可以应对复杂节目制作需求,并具备联动切换功能。技术系统采用HD SDR和4K HDR平行制作模式,4K摄像机设置为增益差模式,同时进行4K和HD信号输出,配合 SR-Live功能可实现全系统4K HDR和HD SDR精致监看制作。系统配置一台128×128HD SDI矩阵系统,兼容HD 1.5G/3G信号格式,可与切换台实现基带下HD备份,也可实现4K监看调度功能。

在4K制作模式下,以双切换台构成双路独立制作,两条链路均能够满足HDR和SDR的兼顾制作及监看。输出满足4K IP和4个4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)独立通道,所有4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)通道均可实现4K字幕上键和独立的音频嵌入,同时所有通道输出信号均可满足BT.2020色域,并且可以独立转换为不同的HDR格式(PQ/HLG/SLOG-3)。并且4个4K通道均能下变换输出相应的HD SDI信号。

系统在高清制作模式下,利用信号源标配的基带输出接口,通过双切换台和矩阵进行独立基带制作。输出4个独立的高清基带通道,所有通道均可实现字幕上键和独立的音频嵌入。

2.音频系统

音频系统(图4)采用IP+基带双链路架构设计,音频网络所使用的RAVENNA AES67板卡具备将音频接口箱、监听系统、调音台、音频工作站连接到IP交换机统一处理的能力,具备更高的传输密度,可发送128通道单音频流,支持双网络冗余和ST2022-7无缝切换,支持ST2110-30/31,与基于ST2110的IP视频系统完美融合。主调音台内部矩阵具备数字音频128通道输入、128通道输出,8个Automix编辑组,每组最多可支持32个立体声或者环绕声通道,其中音频矩阵具备5.1环绕声音频制作的能力,备用调音台在16通道输入、48数字音频通道的基础上还具备了32通道Dante的能力。监听系统采用 5.1环绕声监听系统。

3.监看系统

画面监看系统采用基带方式进行HD和4K信号监看,设备选用HD SDI画面分割器,画面分割器通过XLINK与矩阵相连,可以读取矩阵信号。画面分割器配备6块32入4出画分板卡,并能够输出4K HDR的画面分割信号。导演区采用6块X550 4K监视器能够兼顾HDR和SDR的监看需求。技术区采用1台 HHX310 4K技术监视器满足4K HDR监看需求。技术调光区监看采用四画面分割显示,具备JOYSTICK触发监看功能,能独立监看其中每一路迅道信号。在波形监测上,配备1台4K IP波形监视器PRISM,对4K信号链路、色域、nit值、波形等进行监看监测。配备1台HD波形监视器对HD链路信号平行进行波形监看监测。

4. TALLY系统

整车TALLY采用定制TALLY系统,系统通过NS-BUS TALLY协议读取交换机路由信息,通过串口读取切换台的交叉点信息,通过网线读取矩阵的交叉点信息。系统将这些交叉点信息输送给摄像机和画面分割器系统,实现TALLY显示和源名显示功能。TALLY系统采用红、绿、黄三色TALLY显示。在同时制作两场节目的情况下,采用PGM为红TALLY、PVW为绿TALLY的显示方案。在一场节目制作两个版本节目(如一版电视直播一版新媒体直播)的情况下,电视制作PGM为红TALLY、PVW为绿TALLY,新媒体制作PGM为黄色的TALLY的显示方案,如图5所示。

5.同步系统

整车视音频IP系统采用PTP同步作为主同步方式,采用BB作为备份同步方式,对于非IP设备使用BB同步方式。整车同步系统配备相应的输入输出接口,支持台主锁相和台从锁相。同步系统(图6)采用主备同步机加自动倒换器设计,实现同步系统的冗余备份和自动倒换功能。主备同步机采用SPG8000,能提供多路同步信号输出接口,支持PTP同步,支持BB和3电平同步;每路信号均可独立设置输出格式,以及独立调整时基偏置参数。当外同步异常以及重新锁定时,能够实现输出信号保持同步及平滑恢复。

6.通话系统

通话系统采用IP+基带并行架构系统,具备64路IP输入和16路模拟输入能力,IP系统可支持ST-2110 IP标准。车内共配置13套通话面板,内通系统覆盖全车8个区域和车外接口板工作区域。系统配置1台无线腰包通话系统和16台接入系统的对讲机通话系统,可满足转播车近场区域的通话覆盖。该通话系统具有多形态复合式IP通话功能,配置4台LQ 通话音频网关转换器,可通过互联网与总控系统、演播室、原有的转播车系统等进行联通,实现新旧通话系统的无缝连接。另外配备16个IGENT IC通话客户端,使用客户端APP通过4G网络与总控、转播车、演播室等系统进行通话连接。

7.时钟系统

时钟系统配备GPS高稳主时钟1台。除可以GPS授时外,主时钟还可以通过外部EBU TC时间码授时,也可以接受BB锁定授时。主时钟提供多路EBU TC时间码输出以及正、倒计时输出。在第一制作区、第二导演区、音频区、技术区和新媒体制作区都配备了显示时钟,可自由设置正计时,倒计时,开播时间等功能显示。

8.工位调度管理系统

该系统配备一套20入11出的KVM管理系统,将车内LSM管理系统、字幕、慢动作服务器、超高速服务器、矩阵、画分、同步通话、TALLY预留EVS、非编系统等都接入该系统,可以在全车任何一个区域工位通过KVM管理系统完成以上设备的设置和管理工作,方便、灵活、快捷的操作方式,可大大提高工作效率。

3设计重点和亮点

超高清(4K)全媒体转播平台为贵州广播电视台超高清(4K)/高清节目制作提供技术支持,因此在方案制定过程中结合贵州广播电视台实际情况做整体考虑,我们重点考虑了几个主要设计要点。

1.业界首辆端到端SMPTE ST-2110无压缩标准的4K IP转播车

该辆超高清全媒体转播车是业内首辆符合SMPTE ST-2110 4K无压缩标准的端到端的4K IP转播车,采用先进、安全的IP技术架构和HDR高动态范围制作流程,满足奥运会转播标准。整车IP构架基于COTS通用交换机,实现设备端到端的ST2110标准IP信号传输的4K/IP系统, 从摄像机到切换台,到服务器,到周边设备等,都是设备原生ST2110标准4K IP信号流,均支持2110-10/20/21/30协议。IP系统部分全面支持ST2022-7无缝倒换标准。视频和音频部分,全部实现符合ST2059-2标准PTP锁定,且大部分设备已经脱离传统BB信号锁定。

2.全系统IP+基带双链路,双核心冗余架构设计,具有较高安全性和功能性

该车系统采用IP+基带双链路架构设计,IP系统中任何一个设备端口全部是双网口,通过双交换机,双网络管理服务器,实现真正的IP双网络结构,真正实现同步、视频、音频等信号的无缝倒换。整个系统配置双交换机,双切换台系统,双同步系统,双通话系统,双调音台系统等,真正实现双核心双冗余设计,大大提高整个系统安全性。双链路和双核心设计,配合相应的工位和监看系统,可以进行4K HDR和HD SDR节目平行制作和多套节目制作能力,大大增加系统和功能性。

3.独立媒体制作区和导播区,实现融媒体互动直播制作能力,形成多种形式新媒体制作方式,满足融合生产需求

该转播车在车内设计独立的全媒体导播区和制作全车,具有独立工位、监听、监看系统,具有独立的TALLY显示和通话系统。在制作区域独立设置两个工位,具有互联网覆盖和接入能力,该区域有丰富的接口可供各种信号的输入输出,可通过KVM管理系统可进行非编剪辑、在线包装、在线网络直播、推流拉流、云平台分发、管理等功能。在车内设置3套HD小型摄像机均进入系统,可进行节目制作,导播可通过3台摄像机通过第一视角切入节目中,与观众形成互动直播功能。

4.具备多通道收录和多轨录音系统,满足精细化制作需求

该系统配置的两套4500慢动作服务器、两套4800超高速服务器、3台硬盘录像机、和4台蓝光录像机,可实30个HD通道或11个4K通道的同时收录能力。如按照设计预留的4K EVS进一步系统升级,最多可实现60个HD通过或者26个4K通过的强大收录功能。在音频系统中配置128路多轨录音系统,可同时记录128个声音通道,对精细化后期制作提供充足条件。

5.为未来系统升级考虑,预留充足扩展空间

该系统预留充足的扩展空间,其中预留3套EVS系统,共计18个4K(或36个HD)通道的扩展空间。并预留两套超高清(4K)摄像机讯道扩展能力,EVS和摄像机迅道扩展都预留相应的接口,设备安装位置、操作工位和监看系统;满足未来升级需要,在车尾预留多个25G和100G ST-2110 IP接口,方便系统以后进行远程制作和与其他系统连接,或者与其他转播车系统级联使用。

4总结

超高清 (4K) 全媒体转播平台自2019年5月投入使用以来,承担了多次节目制作任务,其中包括“中国国际大数据博览会”、“贵州卫视第四季《我在贵州等你》”等大型节目制作任务。在节目制作中,超高清(4K)全媒体转播平台表现良好、工作顺畅。系统紧密结合我台的节目制作应用特点,完全满足当前4K与HD节目同时制作的工作需求。这些节目规模不同,形态各异,在不同的节目制作要求下,本系统以不同的形态加以运用,均表现良好。制作能力和制作质量达到国际先进水平,完全满足最初的设计目标。

作者简介

赵兴刚,男,1983年生,学士,贵州广播电视台电视录制中心转播科副科长,主要从事广电技术方面的研究,曾参与过《贵州广播电视台二号综艺演播厅高清制作中心系统》、 《贵州广播电视台高清转播车车系统》等重大项目。

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