中小型電視臺高清演播室視頻系統設計與實踐

李耀文

（昆明教育電視臺，云南 昆明 650216）

如今，各級電視臺也越來越關注高清演播室視頻系統的建設，并且高清視頻系統技術也在不斷優化和完善。為確實提高節目制作質量，在設計時就必須與實際需求和資金投入等條件結合起來綜合考慮，設計符合國家相關標準和自身需求的高清演播室視頻系統。

1 高清演播室視頻系統設計原則

（1）高可靠性。昆明教育電視臺高清演播室的日常使用包含節目錄制和直播等功能，必須要保證播出的安全性[1]。高清演播室關鍵設備采用主備冗余設計，使用主切換臺+備切換臺+矩陣的架構，這樣就能夠構建相對獨立的雙通道，避免單點故障引發通道崩潰的問題出現，并且也能實現相互備份。在主備切換信號加嵌音頻后，再設置二選一倒換器，實現主備信號的切換。

（2）兼容性。演播室設計采用純高清與上、下變換相結合的系統模式[2]，高清演播室視頻系統以高清切換臺為核心，采用全高清內核設計，信號源主要來源為EPF攝像機、錄放像機，但作為高標清過渡階段，還應考慮標清信號的接入，標清信號在經過外加上變換器或者采用切換臺的上變換通道后，進入視頻系統。此外，還應考慮筆記本電腦的VGA信號、HDMI信號等各種多媒體設備的信號接入，這就需要在進行系統設計時充分考慮除常規HDSDI信號外，還要配置足夠的信號轉換器，方便多媒體設備的接入，將這些信號統一轉換成HDSDI信號，送入切換臺。如果制作或播出還處于標清階段時，還應在末端節目添加下變換器，轉換成為播出、制作所需的信號格式。

（3）靈活性。演播室一般接入有攝像機、多媒體、播出返送、其他演播室等輸入信號，輸出信號除了供直播外還有現場錄制、技術監看、燈光監看等多路信號，為方便各種信號的處理分發，增加系統的靈活性，我們在系統中還應配置視頻矩陣，作為所有輸入輸出信號的調度中心，所有輸入輸出信號均進入矩陣中，實現多渠道、多用途的分發。

（4）便于擴展和維護?？紤]到不同節目類型對視頻系統的需求不同，系統中還要做好信號輸入輸出接口和功能性的預留工作，以適應不同節目類型和形式。為了便于日后維護工作，系統中關鍵設備節點還需設置跳線，在日常維護中，能通過跳線監測各級的指標。一旦系統出現故障，就能準確快速地找到出現運行異常的設備，通過跳線直接將其跳開，保障系統通道的暢通性。

（5）前瞻性。方案設計要充分符合本臺未來發展規劃，設備選型要選用目前電視行業的成熟、穩定的產品，各項技術指標要符合國家相關規定。保證在一段時間內的先進性，減少短時間內資金的再次投入，并能滿足未來電視行業發展的需要。

2 系統結構

演播室采用4訊道設計，滿足訪談、教學等演播室節目的錄制或直播，主要包含了信號源系統、同步系統、TALLY系統、時鐘系統、視頻信號傳輸、監看系統、通話系統。

（1）信號源。演播室信號源有攝像機信號、錄放像機信號、多媒體信號、字幕機信號和其他演播室送來的信號，攝像機數量和錄放像機可根據演播室錄制需求來確定，目前需要3臺攝像機才能記錄各個方向的圖像[3]。多媒體信號需要配置相應的轉換器和格式變換器，統一變換為HDSDI信號來使用。字幕機采用鍵控的方式實現字幕的疊加。所有信號源設備均輸出1080@50i的HDSDI信號，采用BNC接口接入。昆明教育電視臺演播室根據現在的使用需求，配備了4訊道16bit EPF高清演播室攝像機、2臺P2錄放像機信號、1路VGA信號、1路HDMI信號、l路字幕機信號，1路640㎡演播廳信號，所有信號經視分后，接入主備切換臺和矩陣輸入端?？紤]到未來演播室信號源端的擴展，還預留有EXT信號接入2路，配合多格式變換器進行格式變換后，送入切換臺和矩陣，以提高演播室的信源處理能力。

（2）切換設備和矩陣。實際應用中，采用兩臺高標清切換臺，實現主備架構的方式較為常見。矩陣作為所有輸入、輸出信號的調度中心，完成信號的調度任務，也可選用單臺切換臺+矩陣的做法，矩陣配置多面板，用一臺矩陣面板作為備路切換，實現主備架構。昆明教育電視臺在設計時，選用兩臺1.5級ME高標清切換臺和一臺32*32的矩陣，高標清切換臺還具有幀同步和部分通道上變換功能。矩陣配置雙面板，32*32的面板用于對信號調度進行操作，16*4面板在技術區使用，方便技術人員對輸入信源的技術指標進行選擇監看。

（3）同步系統。目前，在電視系統中采用的同步信號主要是BB信號和三電平同步信號，BB信號以及支持高清和標清，而且相對比較簡單，因此，在高標清同播系統里我們仍統一采用BB信號作為同步信號[4]。以解決不同信號的同步鎖相問題。在昆明教育電視臺在同步系統設計中，采用了由播出系統提供BB信號作為同步信號，BB信號在經過同步分配板卡后，分配到CCU、切換臺、周邊板卡等設備中，實現了演播室視頻系統和播出系統的同步。

（4）監看系統。監看系統能展示所有輸入信號源，通常分為導播監看區、技術監看區和主持人監看，在大型演播室中，還要設置燈光監看和音響監看。導播監看區通過電視墻分割屏的方式，監看所有信號源和PVW、PGM信號，指揮調度攝像，完成現場制作。技術監看區和導播監看區完全獨立，由矩陣調度信號，通過技術監視器和示波器，監看各路信號的指標。昆明教育電視臺在設計時，導播監看區采用3塊55英寸大屏作分隔使用，技術監看區采用技術監視器進行監看，并且備路切換臺單獨配置監看屏幕。

（5）TALLY系統。通過并行TALLY信號連接的方式，由切換臺GPO發出指令，與CCU相連接，以指示燈的方式，對切入點切出點進行提示，使導播、攝像、主持人等各崗位的默契配合。

（6）通話系統。通話系統采用有線和無線的方式，主站+副站相結合，通常按崗位區分，攝像機人員和主持人崗位分別接入不同的通道。攝像人員通話經CCU通過集成電纜進線傳輸，主持人采用無線通話基站進行傳輸。

（7）其他系統。在高清演播室視頻系統中，還涉及時鐘系統、電力保障系統，時鐘主要是通過主控機房或獨立時鐘源獲取。對于一個有直播任務的演播室來說，通常是采用主控機房或播出系統授時，保證整個演播室時鐘系統和主控及播出系統一致。電力供給系統是演播室最基本的保障，因采用不同回路的兩路市電和UPS的方式接入，保障整個演播室不能因停電造成播出事故。

3 信號流程設計

由圖1可知，信號源經視分后分別送入主路切換臺和視頻矩陣，備切換臺的輸入信號由矩陣提供，在完成直播節目時，備路切換臺輸入信號和鍵位和主路完全一致，互為主備使用。如遇有特殊信號源需求或臨時加入信號源時，備路切換臺輸入端可由矩陣任意分配信號，這種連接方式可使備路切換臺輸入信號更為靈活、實用。主、備切換臺輸出的PGM信號經音頻加嵌后，送到2×1倒換器，經倒換選擇后的HDSDI信號經延時后，送至播出，完成播出流程。如播出系統或編輯系統為標清時，采用高清信號末極下變換標清的方式提供標清節目。同時，加嵌音頻后的HDSDI和延時后的HDSDI信號分別送入視頻矩陣，經視頻矩陣調度后，供監看、攝像機回監、錄制使用。VCR1、VCR2和非編站點都可作為播放插播內容來使用，同時兩臺錄放像機和非編站點的輸入端均接入矩陣當中，所以也可以作為錄像機來使用，錄制信號由矩陣分配調度即可，這種連接方式實現了一機雙用，在確保播出安全的前提下，可根據不同的節目不同播出方式來自行選擇。在經濟允許的情況下，也可選擇多通道錄制服務器來完成。

圖1 信號流程圖

4 應急備份設計

4.1 視頻訊道應急備份設計

在整個視頻訊道鏈路中，主信號鏈路盡量減少不必要環節，設備的選用需要配置冗余雙電源，關鍵設備采用主備冗余，盡量選擇可掉電直通并有記憶的周邊設備。最大限度保證信號鏈路安全、高效傳送至播出系統。

攝像機為多機位配置，并且昆明教育電視臺所有演播廳中均使用同一型號、同一接口的攝像機，當一臺故障時，可采取一些非必要機位臨時取代或臨時更換攝像機。切換臺是整個高清演播室視頻系統的核心部分，切換臺故障，將導致整個演播室癱瘓，基于安全播出需要，必須使用2臺切換臺或一臺切換臺+矩陣切換面板的方式來保障，在2臺切換設備的PGM輸出端，配置2×1倒換器。正常情況下，我們使用主切換設備進行畫面切換，當發生故障時，通過2×1且倒換器將信號鏈路倒換到備切換設備，保障信號鏈路暢通與正常播出。如使用一臺切換臺+矩陣切換面板來做備份時，還應考慮配置相應的同步板卡，使畫面切換流暢、不跳幀。周邊板卡和延時器均選用具備掉電直通功能設備。由于演播廳離播出系統較近，采用主備雙鏈路雙路由的方式將HDSDI信號送至播出系統，并由播出系統直接返送演播室信號至演播室，實現閉環監看，在演播室中就能直接掌握傳輸鏈路情況。

4.2 監看系統

方案設計時，監看系統由三臺55英寸大屏進行分割組成，其中一臺大屏采用主路切換臺自帶畫面分割進行監看，一臺采用畫面分割后進行所有輸入信號和關鍵節點的信號監看，信號由矩陣提供，另外一臺為PGM監看。備路切換臺監看系統單獨采用監視器連接備路切換臺自帶畫面分割的方式進行監看。出現故障時，就能準備把握故障點，及時處理故障。且主備兩臺切換臺的監看系統完全獨立。

4.3 供電系統應急備份設計

我臺演播廳供電采用兩條來自不同回路市電+UPS的供電方式，并且還配備了自啟動發電機，當2路市電均停電時，發電機自動啟動，保證演播室的正常供電。

5 系統維護

定時、按時進行系統維護巡檢，是提升系統設備壽命，保持系統穩定性的有效手段。在系統維護中，主要應對信號源設備、切換設備、連接線路等進行巡檢維護。利用波形監視器，定期對攝像機的底電平、伽瑪、拐點、色彩等技術指標進行調整，利用后焦測試卡對攝像機后焦進行調整，對多臺攝像機進行一致性調整，使多臺攝像機的亮度及顏色一致。分節點對視頻系統通道指標進行檢測，確保切換臺、周邊板卡通道性能指標在規定范圍內。

6 結束語

昆明教育電視臺演播廳經過改造后，實現了演播室制作的高清化，目前承擔著臺內直播節目和訪談節目和教學節目的錄制播出，目前運行穩定。由于資金和場地的限制，視頻系統中還存在一些缺陷，也在不斷的完善當中。對于中小型電視臺而言，在高清演播室視頻系統的建設中，要充分的考慮使用需求和資金情況來設計，把系統穩定性、可靠性放在首位，盡量選擇業內比較成熟的產品，在今后的使用過程中，還要不斷提升自身技術，繼續做好系統維護工作，建立健全管理制度，這樣才能更好的服務于臺內各制作部門，促進昆明教育電視臺的健康、可持續的發展。