徐州广播电视台高清转播车的设计

徐州广播电视台高清转播车的设计

转播车的数字视频拍摄徐州广播电视台的高分辨率广播车辆定位不仅满足了大、中、体育节目的广播要求，还满足了拥有1200平方米新视场的音乐节目（剧场）的视频和广播以及台湾未来五年中的主播工具。为此,转播车设有8个常规高清摄像讯道,2个高清无线摄像讯道,同时可以级联6个外来讯道输入,扩展后达到16个讯道。考虑文体类节目录制的需求,车内配置了2套4通道EVS慢动作硬盘录像机。整车按照高清环境设计,具有制作高清视频、立体声或5.1声道的数字音频的能力,同时也可以制作标清节目。一、转播车系统结构设计我台转播车定位中高端,采用进口拖头,直挂单侧拉厢式车体结构。整体车长(包括车头)≤12米;外部总高度≤3.98米;车宽2.5米;车厢内部高度≥2米,其中侧拉厢工作区内部高≥1.9米;侧拉厢的拉开深度≥1米。转播车系统设计以高清内核为基础,具有高标清的录制传输能力,并且具有完善的网络监控。系统以中心矩阵为信号调度中心,以高清切换台为制作核心设计,用1级M/E高清切换面板作为主切换面板应急备份及作为第二套节目制作的切换面板,其中主备通道需要采用双镜像方式进行不同ME级别的信号播出。系统可以通过上变换来支持标清输入,输出的高清节目通过下变换方式兼容标清信号输出。二、软件和硬件设施转播车车头选用德国原装进口梅赛德斯-奔驰ACTROS2536作为拖车头,其具有减震效果优良的空气悬挂系统、智能制动控制系统、制动防抱死控制系统(ABS)、加速防侧滑控制系统(ASR)以及新颖安全的高顶豪华驾驶室,发动机尾气排放符合欧四环保排放标准。梅赛德斯-奔驰在徐州设有维修点(徐工集团维修点)具有良好的售后服务,可以提供支撑系统、底盘、气囊等主要部件的维修。转播车后部设有摄像机光缆盘、综合电缆盘、级联及输入输出接口箱,顶部放置两台3匹空调室外机。底架设有8个存储舱分别放置电源盘、隔离变压器及稳压电源、第三台空调室外机、直流控制系统和交流控制系统等设备。转播车顶部平台装有空调室内机罩和铝合金折叠围栏,预埋四组安装微波天线的地脚固定件。整个车体选用铝骨架和铝蒙皮结构,具有强度高和防扭曲抗疲劳的特性。三、应急切换台操作转播车视音频系统不仅有较高的可靠性和安全性,而且操作方便、灵活,具有良好的人机交互性。因此,我台转播车在节目传输通道上的基本设计思想是采用主、备双通道镜像的方式以提高系统的安全等级,由6台应急自动倒换2选1切换开关提供主、备节目信号的输出,二者输出信号具有相同的级别。其中2选1切换开关使用切换台不同M/E级信号与矩阵应急信号作为信号来源进行切换。正常情况下应急自动倒换二选一开关选择切换台节目信号,以保证主、备路具有完全相同的节目信号,当切换台出现故障时,应急自动倒换二选一开关会自动切换。并且切换开关要求信号输出支持高标清,模拟与音频嵌入功能。应急倒换后,系统信号稳定,Tally等各类控制系统无缝控制。同时,系统运行过程中各关键节点都有严格的监控和管理手段。为满足大、中型综艺和国际性体育节目的直播及制作要求,我台在设计转播车时,首先从“技防”和“人防”两个方面入手,在选用视音频设备时,多采用国际国内广泛使用的先进成熟的顶级产品,以设备品质来保证节目制作质量和直播可靠性(即所谓“技防”),再则优化系统布局,使其合理、功能完善、操作简单直观、维护管理方便(即所谓“人防”)。在此基础上,并进一步优选具有良好开放性的视音频设备,即采用开放的接口与技术,建立开放的结构,可以方便地与其他转播系统和音频系统进行信号交换,配合完成大型转播任务,经过两台高等级视音频双向格式转换器,可以完成多种不同类型信号输入或输出。1.高清/标清切换台视频制作系统采用高清内核结构,分为二部分,即主通道系统和应急通道系统。主通道以2.5M/E高标清多格式切换台为核心,高清信号源直接送入切换台,切换台PGM输出经嵌入器、高清视频分配器、D/A转换后输出。主切换台是整个视频系统的“心脏”,承担着信号处理和制作任务,直接关系到节目制作和播出质量,是视频系统中的重要一环。因此我们在选择切换台时从先进性、稳定性和可靠性全方位考虑,主切换台选用SNELL品牌的Kahuna2.5M/E高标清多格式切换台,见下图:Kahuna高清切换台是一台能直接同时切换高清/标清的视频制作的切换台。采用非编技术中的ResolutionIndependence分辨率独立技术、WideBand宽带硬件以及史诺伟思独有的像素内插技术相结合,即独特FormatFusion-格式融合技术,在保证图像质量处于最佳状态的同时,不用上、下变换器就能够实现标清/高清的视频信号在同一画面中作实时切换,并且能够同时输出高清和标清的信号。除此以外,Kahuna采用了完全的主备冗余结构。不仅电源有主备,每级M/E均有独立的CPU,可以独立运行。即使某一级M/E不能正常运行时,也不会影响其他的M/E正常工作。Kahuna每级M/E还有4个全功能键,可以帧存和动画存储,存储量达30秒;有全功能的RGB和YUV彩色校正,和DMEM,GMEM,MACRO等的灵活操作模式。Kahuna可以在15秒钟以内完成系统启动,是一台功能强大的直播切换台。结合转播车共有16路信号源输入,其中10路高清摄像机信号输入,6路外来信号源输入,因此系统中主切换面板选择3M/E紧凑型面板,具有24路直切键。应急通道系统是以高清多码流矩阵为中心,可以同时输入高标清信号和切换台的PGM、M/E、PVW、AUX等信号,是整个系统的调度中心,具有应急信号调度、技监信号调度、录像信号调度、EVS录像机调度、动态监看调度、外部信号调度等功能。其关系到整个系统的应急处理能力和方便灵活应用,也是视频系统的重点之一。因此,矩阵我们选择SNELL品牌的PyxisHD-SDI72×72的高清多码流矩阵,配有应急切换面板和预留扩展通道余量作为主切换台的应急备份。矩阵后级提供带有帧同步的6路高标清输出,其中2路设计作为重要播出或者监看信号的输出。2.完善的功能模块音频制作系统也是转播车的核心设备系统,为此我们选择紧凑型的数字调音台SoundcraftVi4调音台。其具有立体声和单声道节目的制作、记录、传输和监听功能,支持模拟和数字音频的拾音、制作。支持音频进行立体声和5.1杜比环绕立体声记录、传输和输出。见下图:SoundcraftVi4是第三代数字现场演出调音控制台SoundcraftVi6的紧凑型,它放弃了早期设计中层和中央分配的概念,使整个系统具有更好的直觉感受,它是全数字的实况调音台,却可以先模拟调音台那样把现场调音师作为制作核心,功能强大且操作方便灵活。系统由三部分组成:控制界面、具有现场处理引擎的本地接口箱和一个舞台接口箱,舞台接口箱通过通用的摄像机复合光纤电缆方便的连接到本地接口箱。SoundcraftVi4具有24个推子的控制界面,可同时将46个单声输入混音并传送到27个输出端上。带有24个插入发送/回传(对)可以分配到任何输入或输出通道。所有输入通道可直接输出,也可以通过内部路由分配到32个编组/辅助/矩阵母线,以及主LCR三路立体声及LR二路立体声的混合母线上。Soundcraft优质的低噪声话筒前置放大器设计和先进的40bit浮点数字音频处理技术相结合,保证了Vi4优秀的原声的声音质量。冗余的设计理念,以及控制台、本地机箱和舞台机箱可以分别供电,配备冗余电源等措施,极大地提高了SoundcraftVi4调音台的安全性和可靠性。独特的融为一体的触摸显示屏和编码器,避免了复杂编程工作,方便灵活的操作控制能力有利于调音师发挥创造力。全部功能直接在触摸屏上存取,所见即所得,始终可以直接看到全部信息数据,应用全部信息数据,全面提升了转播车的音频制作能力。为确保系统的可靠性,音频系统中又选用性价比较高的雅马哈DM1000VCM调音台作为辅助调音台,主辅调音台组成的两个相对独立的制作系统,几乎所有音频信号源都从两个通道分别输送给主辅调音台处理,可以并行的方式工作,也可以独立工作,由主辅调音台分别独立提供相应的PGM信号,主辅PGM信号经双音频2×1选择切换输出,双2×1选择开关设计为联动控制。3.高清摄像机及慢动作系统信号源主要包括:高清便携式摄像机、无线微波摄像机、本地高清录像机、高清慢动作硬盘录像机、高清字幕机、高清测试信号、外来信号、格式转换器信号等。高清摄像机是池上HDK-79EXⅢ全数字高清摄像机,见下图:池上公司HDK-79EXⅢ采用2/3英寸CCD,230万像素,水平分解力大达1000线,信噪比高达60db.装配工艺采用0.18μm设计规则实现高度信号处理能力最新开发的数字处理大规模集成电路(ASIC)。因采用14比特模/数转换、最高内部处理(演算)可达38比特,图像信号及白成阴补偿、伽码补偿等非线性处理在摄像机头内完成了数字化,因此实现了稳定的高质量图像、高性能、高可靠性。为达到淋漓尽致展现14比特效果之目的,需将高度图像处理技术与数字处理的特点进行高水准地完美融合。池上公司采用经多年历练所得到公认的图像处理技术使得14比特的真实价值得以充分展现。特别提高了由伽玛校正进行处理的暗部灰度等级特性,能够再现更加自然的黑色。为了发挥池上HDK-79EXⅢ全数字高清摄像机的性能,为其配置了9英寸彩色寻像器和单目寻像器,以及18倍广播级富士高清镜头、14倍高清超广角镜头及42倍高清长焦镜头等。转播车还配置了二套高清无线系统,此系统高清无线传输部分采用世界闻名的GIGAWAVEHDRF系统,高清信号采集部分采用日立最新一款的高清摄像机SK-HD1000,该摄像机采用了230万像素CCD组件,14比特的模数处理,信噪比大于60dB,水平分解力大于1100电视线,提供了完美的高清信号。同时结合SK-HD1000的分体式设计,专门针对GIGAWAVEHDRF系统开发了无线控制适配器,做到了和GIGAWAVEHDRF系统的无缝连接,实现了体积最小、重量最轻、功耗最低的无线摄像机系统。该系统最大的优势:通过使用日立高清摄像机遥控面板,实现了和日立高清摄像机光纤系统相同参数的完全无线控制,控制距离达到2公里,真正实现了视频信号无线和有线传输系统的无缝切换。鉴于我台实际情况,为应用方便和兼顾性价比等要求,转播车上选择四台SONYPDW-HD1500高清录像机作为本地高清录像机。PDW-HD1500高清录像机具有1080/720隔行、逐行高清信号记录/重放功能,具有双层/单层兼容光驱及双光头高速读写,内置彩色LCD显示屏,可显示视频、音频电平和时间码、缩略图、菜单,便于操作和现场监看。内置上下变换器,1080/720格式转换器,可以支持8路数字音频记录。接口丰富,节目上载速度达到3倍速左右,JOG/SHUTTLE搜索盘操作方便。本地高清录像机见下图:EVS硬盘慢动作系统是专用于转播大型体育赛事的专业产品,目前几乎成了体育直播慢动作系统的行业标准。综合考虑通道和备份冗余等条件,转播车配置了2台4通道基于XT服务器的慢动作系统,可以提供最多达6通道输入,并且每个通道可录放且带音频输入输出的通道独立录像系统。能够提供多种通道组合的工作模式,可以满足各种直播慢动作或录像需求,图像质量也可以根据需要自行设置。在设置有输出通道的情况下,录像和播放同时进行而不相互影响,保证录制节目的连续性而不会丢失任何珍贵的画面。其它产品不具备的专有的预监模式能够保证一个操作员在最短的时间内做出多角度不同时间入点完美无缝连接的多角度慢动作。高清慢动作硬盘录像机(EVS),见下图:4.视频信号的输出时钟系统:高精度时间基准的GPS时钟系统已经成为电视车的基础保障平台之一。转播车的时钟校正采用单GPS时钟信号发生器的设计方案。GPS时钟信号发生器提供子钟驱动输出和标准EBU时间码输出两种方式。各个工作区都有相应时钟显示,具备EBU时码输出。导演区、技术区、音频区等都有标准时间及倒计时显示。系统中还配置独立计时器,有提示音以便于提示录像机换带。同步系统:车内选用泰克多格式信号发生器TG700和ECO-422D倒换器作为主备同步发生器和自动倒换器。两台TEKTG-700配置选件分别为(AGL7+AG7+HDVG7+HDVG7BK)和(AGL7+AG7)。可以输出符合标准清晰度SMPTE259M,270Mb/s串行数字分量接口电特性指标的视频信号,以及输出符合高清晰度SMPTE292M,1.485Gb/s串行数字分量接口电特性指标的视频信号。除了提供高标清彩条和黑场测试信号,还可以接受模拟黑场(BB)信号作为外锁相信号,用于多辆电视车级联时同步信号的锁定。TEKTG-700还可以输出DARS数字音频测试信号,作为数字音频系统的测试信号源。一台泰克ECO-422D自动倒换器,和两台TEKTG-700多格式信号发生器配套使用,构成同步系统。一旦主路出现故障,自动从主路倒为备路。自动同步倒换器可以自动切换BB(BLACKBURST黑场同步)信号、TRI-LEVEL高清三电平等同步信号,经过分配提供给系统中的全部设备。考虑到系统的级联使用,提供足够的同步信号到车外接口板,以实现主车与其它系统的同步。转播车的数字音频系统的同步信号由视频系统提供,同步信号规格为BB、Wordclock(数据时钟同步信号)信号。为了提高系统的稳定性,整个数字音频系统的同步信号采用星形连接。在高清电视制作系统,由于视频切换台、特技处理、同步机、分割画面显示系统、高/标清变换等设备对视频信号的处理时间比数字音频的处理时间长,经过不同的处理环节,会造成不同的延时量。为了保证播出/录像、监视/监听的视音频信号的同步对位,可利用数字调音台的数字音频延时功能或在音频系统的适当环节中“插入数字音频延时器”来对音频进行延时处理,以达到视音频信号的同步。5.技术监控系统根据各工作区制作需求和技术特点,设计三个不同的监视区构成整车监视系统。主制作区监视系统:该区主要实现视频切像、大屏幕切换、字幕制作、慢动作硬盘录像机等功能,其显示的信号源覆盖所有参与制作通道。主制作区监视系统采用四台SONY42英寸广播级监视器,通过多画面分割方式实现全车所有参与制作信号的灵活调度监看。除此之外,在主制作区切换台还设置两台17英寸高清广播级液晶监视器用于慢动作录像机输出监看。音频制作监视系统:使用一台SONY42英寸广播级监视器,通过多画面分割方式实现全车音频制作相关的信号的技术监看。技术区监视系统:技术监看采用五台SONY17英寸高清广播级液晶监视器+四画面屏幕分割器的显示方式实现监看,另外使用一台SONY42英寸广播级监视器竖向安装,通过多画面分割方式实现全车制作信号的技术监看。讯道采用3台TEK1741C波形/矢量监视器进行技术监测。技术区技术总监工位还配置一台SonyBVM-L170SYQ17英寸广播级高清晰度彩色LCD主控监视器作为技术总监信号监看,具有1920X1080的物理分辨率、10比特全高清液晶面板和12比特顶级高精度信号处理引擎,标配DVI-D和HDMI接口、3G/HD/SD-SDI等各种接口,支持升级多格式输入功能,满足转播车对各种型号监看要求。技术测量仪器为1台泰克公司WFM7120+HD+CPS+DDE+AVD+EYE多格式高清示波器,其输入分别选取自矩阵和跳线排,通过加配选件及在多格式信号发生器TG700的配合下,WFM7120可以完成高标清模拟视频测量,数字/模拟音频测量,杜比-E和AC-3音频解码和监测,AV-Delay延时测量,抖动波形和自动眼图测量,以及电缆参数测量。6.元规则的连通方式转播车配置美国Telex/CRONUS32x32全编程数字通话系统,该通话系统以数字通话矩阵为核心,实现点对点,点对多,PartyLine,IFB等通话方式。系统还配置了无线全双工通话系统,主持人单向IFB无线系统,无线通话电台,电话耦合器,配置GSM/CDMA接入耦合系统。在系统中,根据工位上不同的通话级别分别配置各种通话面板和通话腰包。为了防止通话矩阵出现故障导致节目制作不能正常运作,还配置一套二线制通话主机负责应对导演和10台摄像机(分成三个组),以及重要工位(技术总监等)上的通话。四、性能合理且科学放置转播车硬件设备数量达到850件之多,需要400U机柜空间放置;还有5台42英寸液晶显示器,14台17英寸液晶显示器,以及视频切换台和音频切换台等操作台等,都需要合理且科学摆放,使其协调工作,发挥转播车强大的功能,这也是彰显各个电视转播车特性的重要部分。我们借鉴和学习他台转播车的经验的同时,又加入我台实际需求,对转播车的结构和分区做了以下设计。见下图。1.纤维增强控制测试视频技术区占用标准机柜空间为331U,共有9～10个工位,其中摄像机控制部分由三个工位组成,第一、第二个摄像机操作工位分别控制4台摄像机,第三个工位控制2台无线摄像机和摄像机集中控制调试维护面板MCP-120。每个工位都配置1台17英寸广播级高清液晶监视器及1台4通道模拟示波器,通过画面4画面分割方式实现对各讯道信号的监看;当技术人员需对某台摄像机进行调整时,只需按下OCP光圈控制杆,分割器输出为所需调整摄像机信号画面,示波器同时转换显示该信号波形,调整完毕后恢复至正常状态。录像和传送区域以2台17英寸广播级高清液晶监视器使用四画面分割器方式监看VTR和传送信号,四画面分割器支持高标清输入,VTR监视信号直接从录像机端口输出进入四画面分割器,传送监视器为方便灵活使用配置一台监视器内置4分割画面板卡以灵活使用。2.高效系统构成导演区有5～6个工位,导演控制台可以前后移动30厘米,设有主副两个导演工位、2个EVS慢动作及延时器操作工位、2个字幕操作工位。导演区电视墙由四台42英寸液晶电视及画面分割系统构成。系统设有主切换台和辅助切换台,主切换台和辅助切换台可以同时制作两套小型节目。在只制作一套节目时,辅助切换台将作为主切换台的第一应急备份切换台,并具有跟随主切换台同步切换,实现无缝应急倒换功能,系统配置的矩阵则同时作为第二应急手段。系统配置两台字幕机和两台慢动作硬盘录像机支持两套节目制作,也可以为单节目制作时提供作二套字幕制作或慢动作重放,制作一套节目时又可以增加节目包装和慢动作信号路数,提升转播车制作能力。3.数字调音台gi音频系统采用全数字制作系统,可以满足立体声和5.1环绕声节目的制作。设有2个工位,系统完全满足在转播车上进行一级调音制作两套高/标清节目的需求。配备主、辅数字调音台,现场信号进入调音台的远端机箱并通过光纤接入车