貴州廣播電視臺超高清全媒體轉(zhuǎn)播車旨在打造一個集傳統(tǒng)手段和新興技術(shù)于一體的、全方位、多平臺的信息化、立體式全媒體技術(shù)支撐平臺。系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)上，依托IP領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，建立以IP化架構(gòu)為核心4K超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，具備融媒體分發(fā)功能。該平臺是業(yè)內(nèi)首輛符合ST-2110標(biāo)準(zhǔn)的單流4K/IP轉(zhuǎn)播車，采用了先進(jìn)、安全的IP技術(shù)架構(gòu)和高動態(tài)范圍制作流程，同時體現(xiàn)出了高度的先進(jìn)性、安全性、穩(wěn)定性，以及良好的適應(yīng)性、靈活性。

【關(guān)鍵詞】

SMPTE ST-2110，4K HDR，雙切換臺，IP+基帶雙鏈路，雙核心冗余設(shè)計，新媒體制作區(qū)，全媒體融合生產(chǎn)

0 引言

為適應(yīng)超高清(4K)電視節(jié)目現(xiàn)場制作需求，貴州廣播電視臺在2019年5月順利交付最新建設(shè)的超高清全媒體轉(zhuǎn)播車，為貴州廣播電視臺超高清(4K)/高清節(jié)目制作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為將來貴州廣播電視臺超高清4K播出奠定堅實基礎(chǔ)。超高清全媒體轉(zhuǎn)播車確保傳統(tǒng)廣播電視生產(chǎn)制作能力的同時，強(qiáng)化媒體融合制作功能設(shè)計，系統(tǒng)中創(chuàng)新設(shè)立信息發(fā)布和視音頻制作功能齊全的新媒體工作區(qū)，強(qiáng)調(diào)功能靈活實用，貼近新媒體一線節(jié)目生產(chǎn)需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

1.1先進(jìn)性

要充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸、多數(shù)據(jù)流傳輸和多格式數(shù)據(jù)流兼容等特性優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。視頻、音頻、同步和控制等系統(tǒng)均應(yīng)使用IP交換機(jī)作為信號交換核心。

1.2穩(wěn)定性

系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)熱備份;系統(tǒng)應(yīng)具有故障自動檢測、自動恢復(fù)能力;應(yīng)用管理系統(tǒng)應(yīng)具備容錯和應(yīng)急能力。

1.3兼容性

超高清(4K)全媒體轉(zhuǎn)播系統(tǒng)輸入輸出接口應(yīng)具備較好的兼容性，輸入輸出接口應(yīng)能兼容高清視頻信號、模擬音頻及數(shù)字音頻信號。

1.4可擴(kuò)展性

整體設(shè)計方案應(yīng)具有前瞻性，充分預(yù)留設(shè)備擴(kuò)展空間與信號接口，確保將來的擴(kuò)展需求。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 車體布局

超高清全媒體轉(zhuǎn)播車車體為半掛式車體，側(cè)拉廂采用內(nèi)嵌式、雙側(cè)拉結(jié)構(gòu)。按18個訊道(常駐)電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)設(shè)計車內(nèi)機(jī)柜、電視墻、操作臺等，并為將來的系統(tǒng)擴(kuò)容做合理預(yù)留。整車總長度(含車頭)為17m，總高度為3.96m，寬度為2.4m，雙側(cè)拉展開后為4.56m。整車滿足我國公路對車輛行駛的要求及戶外轉(zhuǎn)播制作的需求。

廂體布局(圖1)分為音頻區(qū)、導(dǎo)演區(qū)、第二制作區(qū)、在線包裝區(qū)、慢動作制作區(qū)、技術(shù)區(qū)、核心設(shè)備區(qū)、新媒體制作區(qū)。布局設(shè)計科學(xué)合理，充分考慮各工作狀態(tài)的實際需求，人員出入合理，對主體設(shè)備和信號調(diào)配機(jī)柜留出獨立的檢修操作界面，滿足系統(tǒng)需求。

2.2 配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)(圖2)設(shè)計兩路外電輸入接口，可進(jìn)行互備倒換。外電輸入采用三相五線制(三火一零一地)，TN-S接地形式。全車配電總功率為35kVA，總功率在滿足全車設(shè)計設(shè)備滿負(fù)荷運行的條件下預(yù)留(30%)冗余;整車配備50kVA隔離變壓器,帶旁通開關(guān)。空調(diào)系統(tǒng)(動力電)和設(shè)備系統(tǒng)(工藝電)相對隔離的設(shè)計方式。設(shè)備系統(tǒng)用電采用3臺10kW具有穩(wěn)壓功能的在線式UPS不間斷電源,如UPS出現(xiàn)故障時可手動進(jìn)行倒換。外電中斷時，UPS可支持整車技術(shù)電系統(tǒng)設(shè)備繼續(xù)工作，后備時間滿足廣電總局62號令外場轉(zhuǎn)播安全播出規(guī)定，后備時間為15分鐘。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)采用分體式設(shè)計，配備四臺空調(diào)主機(jī)，并設(shè)有新風(fēng)系統(tǒng)?？照{(diào)總制冷功率達(dá)到了37kW制冷量。其中兩臺一拖二5P空調(diào)覆蓋導(dǎo)演區(qū)、音頻區(qū)、多功能區(qū)。兩臺獨立3P的空調(diào)覆蓋四個強(qiáng)制冷機(jī)柜的核心設(shè)備區(qū)和技術(shù)調(diào)光區(qū)。由于車體較長，重點考慮長距離制冷和制熱的效率，保證各工作區(qū)域溫度一致，在此基礎(chǔ)上可實現(xiàn)每個相應(yīng)區(qū)域做獨立溫度調(diào)節(jié)功能。

2.4 制作系統(tǒng)系統(tǒng)

在系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)上，依托IP領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。建立以IP化架構(gòu)為核心4K超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型中，緊緊圍繞技術(shù)安全這一理念，整個系統(tǒng)具備各種備份方案與應(yīng)急手段，核心系統(tǒng)均采用獨立雙通道備份設(shè)計，避免單一節(jié)點。整個制作系統(tǒng)架構(gòu)合理、功能完善、具有一定冗余和容錯能力，具備故障自動檢測、自動恢復(fù)功能。

1.視頻系統(tǒng)

系統(tǒng)配備14臺SONY HDC4300超高清(4K)訊道攝像機(jī)、2臺4800 4K超高速攝像機(jī)、2臺4K超高清微波攝像機(jī)、3臺4K硬盤錄像機(jī)、4臺藍(lán)光高清錄像機(jī)、2臺4500 4K慢動作服務(wù)器和2套石墨4K在線包裝系統(tǒng)，在4K制作模式下，可達(dá)到6路以上4K外來訊道(或高清制作模式下18路以上高清 SDI外來訊道)接入能力。在車內(nèi)設(shè)置3臺全媒體高清攝像機(jī)，以及1路4K測試信號作為常駐信號源。并預(yù)留3臺6通道4K EVS慢動作服務(wù)器和2個超高清(4K)迅道接口、工位和安裝位置。

整個視頻系統(tǒng)(圖3)采用IP+基帶雙鏈路架構(gòu)設(shè)計，其中4K IP流和HD IP流都以ST-2110 IP方式架構(gòu)，采用主備核心交換機(jī)做為信號調(diào)度中心，系統(tǒng)具有真正的系統(tǒng)冗余備份。HD基帶信號源采用獨立SDI架構(gòu)，所有信號源分別進(jìn)入切換臺與矩陣，形成互為備份。在HD制作中，即使IP系統(tǒng)出現(xiàn)故障，SDI基帶架構(gòu)也能正常工作，給各種重大會議、節(jié)目直播提供堅定有力保障。其中IP系統(tǒng)可不斷升級，滿足將來多種形式的節(jié)目制作需要，SDI系統(tǒng)符合當(dāng)前應(yīng)用習(xí)慣，保護(hù)現(xiàn)有節(jié)目制作能力。

全車切換臺系統(tǒng)采用兩臺4K/IP切換臺XVS-8000和XVS-6000，兩臺切換臺提供多格式處理能力，具備SDI/IP、UHD/HD混切功能， XVS-8000具有40路4K(160路HD) IP/SDI輸入能力，XVS-6000具有12路4K(48路HD) IP/SDI輸入能力，兩臺切換臺配有多任務(wù)操作面板，可以應(yīng)對復(fù)雜節(jié)目制作需求，并具備聯(lián)動切換功能。技術(shù)系統(tǒng)采用HD SDR和4K HDR平行制作模式，4K攝像機(jī)設(shè)置為增益差模式，同時進(jìn)行4K和HD信號輸出，配合 SR-Live功能可實現(xiàn)全系統(tǒng)4K HDR和HD SDR精致監(jiān)看制作。系統(tǒng)配置一臺128×128HD SDI矩陣系統(tǒng)，兼容HD 1.5G/3G信號格式，可與切換臺實現(xiàn)基帶下HD備份，也可實現(xiàn)4K監(jiān)看調(diào)度功能。

在4K制作模式下，以雙切換臺構(gòu)成雙路獨立制作，兩條鏈路均能夠滿足HDR和SDR的兼顧制作及監(jiān)看。輸出滿足4K IP和4個4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)獨立通道，所有4K 4×3G(2SI、LEVEL A格式)通道均可實現(xiàn)4K字幕上鍵和獨立的音頻嵌入，同時所有通道輸出信號均可滿足BT.2020色域，并且可以獨立轉(zhuǎn)換為不同的HDR格式(PQ/HLG/SLOG-3)。并且4個4K通道均能下變換輸出相應(yīng)的HD SDI信號。

系統(tǒng)在高清制作模式下，利用信號源標(biāo)配的基帶輸出接口，通過雙切換臺和矩陣進(jìn)行獨立基帶制作。輸出4個獨立的高清基帶通道，所有通道均可實現(xiàn)字幕上鍵和獨立的音頻嵌入。

2.音頻系統(tǒng)

音頻系統(tǒng)(圖4)采用IP+基帶雙鏈路架構(gòu)設(shè)計，音頻網(wǎng)絡(luò)所使用的RAVENNA AES67板卡具備將音頻接口箱、監(jiān)聽系統(tǒng)、調(diào)音臺、音頻工作站連接到IP交換機(jī)統(tǒng)一處理的能力，具備更高的傳輸密度，可發(fā)送128通道單音頻流，支持雙網(wǎng)絡(luò)冗余和ST2022-7無縫切換，支持ST2110-30/31，與基于ST2110的IP視頻系統(tǒng)完美融合。主調(diào)音臺內(nèi)部矩陣具備數(shù)字音頻128通道輸入、128通道輸出，8個Automix編輯組，每組最多可支持32個立體聲或者環(huán)繞聲通道，其中音頻矩陣具備5.1環(huán)繞聲音頻制作的能力，備用調(diào)音臺在16通道輸入、48數(shù)字音頻通道的基礎(chǔ)上還具備了32通道Dante的能力。監(jiān)聽系統(tǒng)采用 5.1環(huán)繞聲監(jiān)聽系統(tǒng)。

3.監(jiān)看系統(tǒng)

畫面監(jiān)看系統(tǒng)采用基帶方式進(jìn)行HD和4K信號監(jiān)看，設(shè)備選用HD SDI畫面分割器，畫面分割器通過XLINK與矩陣相連，可以讀取矩陣信號。畫面分割器配備6塊32入4出畫分板卡,并能夠輸出4K HDR的畫面分割信號。導(dǎo)演區(qū)采用6塊X550 4K監(jiān)視器能夠兼顧HDR和SDR的監(jiān)看需求。技術(shù)區(qū)采用1臺 HHX310 4K技術(shù)監(jiān)視器滿足4K HDR監(jiān)看需求。技術(shù)調(diào)光區(qū)監(jiān)看采用四畫面分割顯示，具備JOYSTICK觸發(fā)監(jiān)看功能，能獨立監(jiān)看其中每一路迅道信號。在波形監(jiān)測上，配備1臺4K IP波形監(jiān)視器PRISM，對4K信號鏈路、色域、nit值、波形等進(jìn)行監(jiān)看監(jiān)測。配備1臺HD波形監(jiān)視器對HD鏈路信號平行進(jìn)行波形監(jiān)看監(jiān)測。

　4. TALLY系統(tǒng)

整車TALLY采用定制TALLY系統(tǒng)，系統(tǒng)通過NS-BUS TALLY協(xié)議讀取交換機(jī)路由信息，通過串口讀取切換臺的交叉點信息，通過網(wǎng)線讀取矩陣的交叉點信息。系統(tǒng)將這些交叉點信息輸送給攝像機(jī)和畫面分割器系統(tǒng)，實現(xiàn)TALLY顯示和源名顯示功能。TALLY系統(tǒng)采用紅、綠、黃三色TALLY顯示。在同時制作兩場節(jié)目的情況下，采用PGM為紅TALLY、PVW為綠TALLY的顯示方案。在一場節(jié)目制作兩個版本節(jié)目(如一版電視直播一版新媒體直播)的情況下，電視制作PGM為紅TALLY、PVW為綠TALLY，新媒體制作PGM為黃色的TALLY的顯示方案，如圖5所示。

5.同步系統(tǒng)

整車視音頻IP系統(tǒng)采用PTP同步作為主同步方式，采用BB作為備份同步方式，對于非IP設(shè)備使用BB同步方式。整車同步系統(tǒng)配備相應(yīng)的輸入輸出接口，支持臺主鎖相和臺從鎖相。同步系統(tǒng)(圖6)采用主備同步機(jī)加自動倒換器設(shè)計，實現(xiàn)同步系統(tǒng)的冗余備份和自動倒換功能。主備同步機(jī)采用SPG8000，能提供多路同步信號輸出接口，支持PTP同步，支持BB和3電平同步;每路信號均可獨立設(shè)置輸出格式，以及獨立調(diào)整時基偏置參數(shù)。當(dāng)外同步異常以及重新鎖定時，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出信號保持同步及平滑恢復(fù)。

6.通話系統(tǒng)

通話系統(tǒng)采用IP+基帶并行架構(gòu)系統(tǒng)，具備64路IP輸入和16路模擬輸入能力，IP系統(tǒng)可支持ST-2110 IP標(biāo)準(zhǔn)。車內(nèi)共配置13套通話面板，內(nèi)通系統(tǒng)覆蓋全車8個區(qū)域和車外接口板工作區(qū)域。系統(tǒng)配置1臺無線腰包通話系統(tǒng)和16臺接入系統(tǒng)的對講機(jī)通話系統(tǒng)，可滿足轉(zhuǎn)播車近場區(qū)域的通話覆蓋。該通話系統(tǒng)具有多形態(tài)復(fù)合式IP通話功能，配置4臺LQ 通話音頻網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換器，可通過互聯(lián)網(wǎng)與總控系統(tǒng)、演播室、原有的轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)等進(jìn)行聯(lián)通，實現(xiàn)新舊通話系統(tǒng)的無縫連接。另外配備16個IGENT IC通話客戶端，使用客戶端APP通過4G網(wǎng)絡(luò)與總控、轉(zhuǎn)播車、演播室等系統(tǒng)進(jìn)行通話連接。

7.時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)配備GPS高穩(wěn)主時鐘1臺。除可以GPS授時外，主時鐘還可以通過外部EBU TC時間碼授時，也可以接受BB鎖定授時。主時鐘提供多路EBU TC時間碼輸出以及正、輸出。在第一制作區(qū)、第二導(dǎo)演區(qū)、音頻區(qū)、技術(shù)區(qū)和新媒體制作區(qū)都配備了顯示時鐘，可自由設(shè)置正計時，，開播時間等功能顯示。

8.工位調(diào)度管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)配備一套20入11出的KVM管理系統(tǒng)，將車內(nèi)LSM管理系統(tǒng)、字幕、慢動作服務(wù)器、超高速服務(wù)器、矩陣、畫分、同步通話、TALLY預(yù)留EVS、非編系統(tǒng)等都接入該系統(tǒng)，可以在全車任何一個區(qū)域工位通過KVM管理系統(tǒng)完成以上設(shè)備的設(shè)置和管理工作，方便、靈活、快捷的操作方式，可大大提高工作效率。

3 設(shè)計重點和亮點

超高清(4K)全媒體轉(zhuǎn)播平臺為貴州廣播電視臺超高清(4K)/高清節(jié)目制作提供技術(shù)支持，因此在方案制定過程中結(jié)合貴州廣播電視臺實際情況做整體考慮，我們重點考慮了幾個主要設(shè)計要點。

1.業(yè)界首輛端到端SMPTE ST-2110無壓縮標(biāo)準(zhǔn)的4K IP轉(zhuǎn)播車

該輛超高清全媒體轉(zhuǎn)播車是業(yè)內(nèi)首輛符合SMPTE ST-2110 4K無壓縮標(biāo)準(zhǔn)的端到端的4K IP轉(zhuǎn)播車，采用先進(jìn)、安全的IP技術(shù)架構(gòu)和HDR高動態(tài)范圍制作流程，滿足奧運會轉(zhuǎn)播標(biāo)準(zhǔn)。整車IP構(gòu)架基于COTS通用交換機(jī),實現(xiàn)設(shè)備端到端的ST2110標(biāo)準(zhǔn)IP信號傳輸?shù)?K/IP系統(tǒng), 從攝像機(jī)到切換臺,到服務(wù)器,到周邊設(shè)備等,都是設(shè)備原生ST2110標(biāo)準(zhǔn)4K IP信號流，均支持2110-10/20/21/30協(xié)議。IP系統(tǒng)部分全面支持ST2022-7無縫倒換標(biāo)準(zhǔn)。視頻和音頻部分,全部實現(xiàn)符合ST2059-2標(biāo)準(zhǔn)PTP鎖定,且大部分設(shè)備已經(jīng)脫離傳統(tǒng)BB信號鎖定。

2.全系統(tǒng)IP+基帶雙鏈路，雙核心冗余架構(gòu)設(shè)計，具有較高安全性和功能性

該車系統(tǒng)采用IP+基帶雙鏈路架構(gòu)設(shè)計，IP系統(tǒng)中任何一個設(shè)備端口全部是雙網(wǎng)口，通過雙交換機(jī)，雙網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器，實現(xiàn)真正的IP雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)同步、視頻、音頻等信號的無縫倒換。整個系統(tǒng)配置雙交換機(jī)，雙切換臺系統(tǒng)，雙同步系統(tǒng)，雙通話系統(tǒng)，雙調(diào)音臺系統(tǒng)等，真正實現(xiàn)雙核心雙冗余設(shè)計，大大提高整個系統(tǒng)安全性。雙鏈路和雙核心設(shè)計，配合相應(yīng)的工位和監(jiān)看系統(tǒng)，可以進(jìn)行4K HDR和HD SDR節(jié)目平行制作和多套節(jié)目制作能力，大大增加系統(tǒng)和功能性。

3.獨立媒體制作區(qū)和導(dǎo)播區(qū)，實現(xiàn)融媒體互動直播制作能力，形成多種形式新媒體制作方式，滿足融合生產(chǎn)需求

該轉(zhuǎn)播車在車內(nèi)設(shè)計獨立的全媒體導(dǎo)播區(qū)和制作全車，具有獨立工位、監(jiān)聽、監(jiān)看系統(tǒng)，具有獨立的TALLY顯示和通話系統(tǒng)。在制作區(qū)域獨立設(shè)置兩個工位，具有互聯(lián)網(wǎng)覆蓋和接入能力，該區(qū)域有豐富的接口可供各種信號的輸入輸出，可通過KVM管理系統(tǒng)可進(jìn)行非編剪輯、在線包裝、在線網(wǎng)絡(luò)直播、推流拉流、云平臺分發(fā)、管理等功能。在車內(nèi)設(shè)置3套HD小型攝像機(jī)均進(jìn)入系統(tǒng)，可進(jìn)行節(jié)目制作，導(dǎo)播可通過3臺攝像機(jī)通過第一視角切入節(jié)目中，與觀眾形成互動直播功能。

4.具備多通道收錄和多軌錄音系統(tǒng)，滿足精細(xì)化制作需求

該系統(tǒng)配置的兩套4500慢動作服務(wù)器、兩套4800超高速服務(wù)器、3臺硬盤錄像機(jī)、和4臺藍(lán)光錄像機(jī)，可實30個HD通道或11個4K通道的同時收錄能力。如按照設(shè)計預(yù)留的4K EVS進(jìn)一步系統(tǒng)升級，最多可實現(xiàn)60個HD通過或者26個4K通過的強(qiáng)大收錄功能。在音頻系統(tǒng)中配置128路多軌錄音系統(tǒng)，可同時記錄128個聲音通道，對精細(xì)化后期制作提供充足條件。

5.為未來系統(tǒng)升級考慮，預(yù)留充足擴(kuò)展空間

該系統(tǒng)預(yù)留充足的擴(kuò)展空間，其中預(yù)留3套EVS系統(tǒng)，共計18個4K(或36個HD)通道的擴(kuò)展空間。并預(yù)留兩套超高清(4K)攝像機(jī)訊道擴(kuò)展能力，EVS和攝像機(jī)迅道擴(kuò)展都預(yù)留相應(yīng)的接口，設(shè)備安裝位置、操作工位和監(jiān)看系統(tǒng);滿足未來升級需要，在車尾預(yù)留多個25G和100G ST-2110 IP接口，方便系統(tǒng)以后進(jìn)行遠(yuǎn)程制作和與其他系統(tǒng)連接，或者與其他轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)級聯(lián)使用。

4 總結(jié)

超高清 (4K) 全媒體轉(zhuǎn)播平臺自2019年5月投入使用以來，承擔(dān)了多次節(jié)目制作任務(wù)，其中包括“中國國際大數(shù)據(jù)博覽會”、“貴州衛(wèi)視第四季《我在貴州等你》”等大型節(jié)目制作任務(wù)。在節(jié)目制作中，超高清(4K)全媒體轉(zhuǎn)播平臺表現(xiàn)良好、工作順暢。系統(tǒng)緊密結(jié)合我臺的節(jié)目制作應(yīng)用特點，完全滿足當(dāng)前4K與HD節(jié)目同時制作的工作需求。這些節(jié)目規(guī)模不同，形態(tài)各異，在不同的節(jié)目制作要求下，本系統(tǒng)以不同的形態(tài)加以運用，均表現(xiàn)良好。制作能力和制作質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平，完全滿足最初的設(shè)計目標(biāo)。