湖南经视新闻演播室视频系统的升级改造

傅乐俭，周代元

（湖南广播电视台，湖南 长沙 410005）

1 系统设计要求

湖南经视标清新闻演播室建于2000年，是国内建立较早的半开放式演播室，系统集成采取一控二方式，也就是用1套全标清系统来控制2个演播室（实景演播室和虚拟演播室）。系统安全可靠，一直运行至今，每天10 h的节目制作量，取得了很好的效果。近年来，随着事业的发展，节目制作量上升，1套系统已无法满足2个演播室同时制作节目的需求，另外节目生产对技术的要求也越来越高，标清已走向淘汰。为此本台拟定了详细的高清新闻演播室的技术改造方案，并逐步加以实施。

在原来的2个演播室（实景演播室和虚拟演播室）、1个导控室的基础上增加1个导控室、1个设备机房，使用2套高清系统，2个导控室既可以单独工作，又可以互为补充和备份。正常情况下，2个导控室可以同时直播和录播节目，摄像机可以根据节目需要灵活分配，且2个导控室可以灵活使用任意演播室。当出现设备故障时，可以实行两级备份措施：1）系统内备份。切换台用矩阵应急净切换备份，调音台、传声器、监听系统、通话系统、放像机、硬盘播出、题词、字幕机、摄像机、同步机、周边等设备采取冗余备份。2）系统间备份。当一个导控室主要设备发生故障而短时间无法解决时，可以通过KVM系统，把一个导控室操作终端（如鼠标、键盘、显示）调配到另一个导控室进行操作，输出信号通过矩阵、跳线等方式调配到另一切换系统和监视系统。另外2个演播室可以进行互联，把一个导控室的功能延伸到另一导控室来满足高要求节目的需求（如演播室间无缝的多级切换、多特技、多窗口等功能）。

2 设计方案

2.1 视频信号处理

视频信号处理主要由信号源、视频制作、应急切换/调度、录像/播出、监看等几大部分组成。参与制作的信号源主要有摄像机信号、播出服务器、外来总控信号、图文读报系统、虚拟系统、网络VGA信号、高清字幕、高清在线、录像机以及其他信号，这些信号经过入级分配后分别同时送入切换台、矩阵和监视系统。视频制作主要以2台Sony MVS-6000切换台为中心，每台都配置1个49路输入、24路输出的3M/E面板，所有信源同时进入切换台制作，由矩阵构成互连互通，这样相当6级M/E，每级4个全功能键的制作系统，可以扩展出强大的多级切换、多特技、多窗口等功能。应急切换/调度部分主要由1台Harris 128×128大矩阵及其控制面板和2台Sony MVS-6000切换台的辅助母线及其面板组成，对于同步要求高的由切换台辅助母线调度（如虚拟背景开窗信源、读报大屏信源、实景背景大屏幕信源等），其他信源调度由矩阵完成（如字幕机填充信源、在线包装填充信源、键控器信源、监视系统信号的灵活调度等），还有2个导控室的应急切换由矩阵完成，一旦切换台出现故障，可由矩阵做净切换来替代切换台。录像/播出部分采取主备传输通道方式，矩阵应急切换经过同步锁相，过键控器叠加字幕信号与切换台PGM输出信号进行二选一之后，经过嵌入器嵌入音频后作为主路信号；切换台直接输出，经过嵌入器嵌入音频后作为备路信号。正常情况下，播出机房切主路信号为播出信号，只有当二选一及其后面通道出现故障时，播出机房才切备路信号为播出信号。

监看部分主要包括导监墙监看、技术监看和摄像机调整监看。导监墙采用14块42 in松下高清等离子显示器，除PGM，PVW，TV之外，其余大屏幕均采取四画面分割方式，常用信号源进导监墙显示，矩阵有16路信号输出到导监墙，既保证常规节目信号源监看的稳定，又当显示屏、分割器出现故障和系统扩展时，可以通过矩阵灵活调度所需监看信号。还有字幕、在线、灯光、技术、监播等工位设置LCD显示器，便于近距离的调整。技术监看由矩阵面板、数字示波器、技术监视器组成，导控1、导控2、设备机房各1套，对演播室所有输入、输出信号通过矩阵调出检测，把好技术质量关。摄像机调整监看，采用按压OCP Joystick操作杆触发波形示波器和矩阵方式，正常情况下，示波器、LCD显示器都是四分割，显示6台摄像机信号的波形和画面，当需要仔细调整时，按下OCP Joystick操作杆，示波器、LCD显示器为单分割显示，调整结束后放开OCP Joystick操作杆，立刻恢复到四分割显示模式。

视频信号处理流程如图1所示。

图1 视频信号处理流程

2.2 综合布线

由于系统中涉及诸多VGA显示设备，如字幕机、在线包装、硬盘播出、回采、题词器、虚拟渲染器、图文读报等，将所有设备的主机全部安放在设备机房的机柜区（便于温度、湿度、灰尘、噪音等环境的控制），采用KVM延长器把操作终端分配到各工位，同时在链路中增设综合布线环节，使各个工位可以任意调度任何一台主机。通常情况下，使用一条短跳线将配线架上的上口和下口一一跳线，实现主机与操作终端的连接。此种连接完全基于物理环节上的，不会由于某个设备的问题造成系统的瘫痪，当某个设备有故障或需要调整工位时，只需将设备主机对应的跳线接口跳到所需的工位即可，其相应的视频信号通过矩阵调度。题词器VGA显示信号调度、题词控制手柄调度、TALLY的应急备份调度等都可采用综合布线解决。

2.3 TALLY系统

TALLY系统为导播、摄像提供切换指示信息，切换台在切换时，所切换信号的TALLY指示灯亮，提示信号正被切出。为了解决好切换台正常切换、矩阵应急切换、虚拟多机位切换等多种情况下提供TALLY指示，使用1台TSL TM2、2台具有三级倒换功能的Hinac TLD-3、多台分割器、交换机及跳线来完成。用TM2实现2个演播室的动态源名跟随和TALLY显示功能，系统正常运行时，把TLD-3切换到A状态，TM2通过读取切换台和矩阵的交叉点信息，将UMD信息和TALLY信息传递给摄像机和画面分割器。当TM2出现故障时，把TLD-3切换到B状态，通过跳线的方式保证2个演播室的切换台可以为6台摄像机提供红绿TALLY信号。在TM2和切换台同时出现故障时，使用矩阵作为应急切换，把TLD-3切换到C状态，同样通过跳线的方式可以使2个演播室的6台摄像机红绿TALLY信号正常工作。

2.4 时钟系统

2个演播室采用同一时钟系统，即采用同一时钟发生器和日期发生器，时钟可以接收GPS时间信号，也可以定在主控的基准信号上，还可以给群内其他演播室发送EBU信号，让全台工作在稳定的同一时间基准内。时钟发生器和日期发生器产生的信号经分配送给各演播室的子钟。为防止GPS信号丢失时时钟显示时间出现偏差，特配置了1台高稳时钟（Hinac GS-2），假如GPS信号丢失，也能保持时钟的稳定运行。

2.5 同步系统

使用2台同步信号发生器（Tektronix TG700）和1台自动同步倒换器（Tektronix ECQ422D），采取主、备自动倒换的方式，确保系统的可靠性。音频同步优先使用BB信号，如确因设备问题，可以使用音频同步设备，产生相应的音频同步信号。可以接收总控送来的同步信号，也可给群内其他演播室送多路同步信号，使群内演播室信号保持相同的同步基准，这样群内演播室信号自由调度后不再需要同步锁相，减少了大量的同步锁相设备，降低了系统集成的成本。

2.6 监控与信息管理系统

监控部分主要包括设备运行状态的监控、强电的监控、机房环境温、湿度的监控。需要监控的设备包括Har⁃ris机箱（内含视频分配板卡、加解嵌板卡、信息处理卡等周边）、TEK信号监测仪、2台Sony 6000切换台、Harris Platinum矩阵、Harris X85多格式变换器、Harris多画面分割器、TEK同步信号发生器等。强电的监控主要是对UPS运行状况、对强电的输入输出线路的监测、对强电线路及开关的过流过压的监测。机房环境温、湿度的监控主要根据机房布置的温感探头，并通过温感控制器对探头进行管理，监控系统可以通过控制器获取区域内的环境参数，并加以显示。

系统配置了数据库服务器和控制机，来保证数据的完整性以及对报警的记录汇总，并将报警信息进行分级管理，把复杂的信息转换成上层系统需要的单点信息，交给上层处理程序，避免大量无效信息对整个网络的影响，同时保证了信息处理的时效性。进行分级管理后，如电源损坏、风扇停止、信号丢失等作为严重告警，以显著的颜色呈现，并提供声音信息，如静音等为普通的告警信息，则以通告的方式呈现。同时工作人员也可通过远程控制查看监控软件的呈现内容，系统提供简洁方便的操作界面和直观的系统显示，操作人员可以第一时间内发现问题并根据信息及时解决问题。同时系统内部提供短信接口，通过网络与集团的短信系统相连，可以将指定信息发送给技术人员，以方便技术人员及时掌握系统的紧急告警信息。

2.7 系统布局

设备机房共放置16个机柜，其中R8为配电柜，R1～R7为视频柜，用于放置矩阵、切换台、摄像机、硬盘播出服务器、周边、同步机、时钟、TALLY、监控等设备，R9～R11放置音频、通话设备，R12～R14用于放置虚拟设备，R15～R16为预留机柜，便于以后扩展。由于强电会对弱点信号造成影响，系统设计中将强、弱电分开布置，机柜之间线缆和机柜与导控室之间电缆全部设在线槽内部，系统做到强弱电线无穿插，保证强弱电分开布防。

导控室1、导控室2分别设置了相同的工位区，分别为录像、硬盘、视频、字幕、技术、题词打印、导播文稿、在线、音频、监播、虚拟、调光等工位。工位合理安排，使导监墙监看信号与工位对应，达到最佳视角关系。

2.8 配电设计

最近两年，从广电总局通报的几起重大安全播出事故看，都是因强电故障及操作不当引起的。安全、可靠的配电设计是保障系统长久稳定运行的重要一环。采取了UPS集中供电与分布式供电相结合的方式，新购买一台160 kV·A UPS作为主路，分配后送到几个中心机房，以前分布式的UPS继续给各中心机房提供备路电源。UPS集中供电存在分配、开关等中间环节故障风险，而分布式UPS放置在各中心机房，直接给各机柜供电，减少了中间环节，这样主备供电方式可以互相取长补短，既便于强电的集中管理和分配，又在功能、安全上起到双保险作用，还节约了一定资金。对于双电源设备，设备本身电源就区分了主备路，只须将接进机柜的主路供给主电源，备路供给备电源。对于单电源设备，系统中有主备设备的，主设备提供主路电源，备设备提供备路电源，这样单路供电有故障时，只会影响到其中一个设备的工作，对系统不会产生大的影响。譬如，显示屏出现故障时，可以通过矩阵把有问题屏的信号调配到其他屏显示。对于同步机，一般为单电源设备，参照单电源设备，主同步机接主电源，备同步机接备电源，而同步倒换器同样是一个单电源设备，系统中只有1台，无主备之分。同步倒换器具有掉电直通主路的功能，鉴于这一点，把同步倒换器接到备路电源上，一旦当主路电源瘫痪时，主路同步信号中断，此时同步倒换器接在备路电源上，可以正常工作，同步信号自动倒换到备同步机上，不影响系统同步基准；当备路电源瘫痪，备同步信号输出中断，此时同步倒换器具有掉电直通主路功能，因此主路同步信号未受影响，系统同步基准也不会受到影响。在配电平衡时，尽可能地将三相电源平均分配到各负载设备上，各相电源的负载差值不超过5 kW。另外在机柜底部预留几个与供电分开的检修插座，检修供电由公共市电通道提供。

2.9 地线设计

由于信号地为各种干扰源的干扰对象，防止地线干扰主要针对信号地而言。在对地线的设计时，主要考虑抑制干扰，要保证机房设备系统工作稳定，还有就是保护机房工作人员以及设备的安全。在修建广电大楼时，就采用建筑结构中的主钢筋作为地网的骨架，其柱、梁内的主钢筋焊成一个整体，并引到地下接地桩，使整个大楼组成一个笼式均压体，工作地、防雷地、保护地共用同一地网。照明、空调、特照、工艺配电都进行了严格区分，全采用三相五线制，另外演播室机房的视音频信号均为基带信号，因此采用单点接地和低频接地方式。对广电大楼各子系统的工艺地线单独连接于地总汇集线（即一点接地），接地总汇集设在大楼的底层，用铜排及镀锌扁钢，接地电阻小于1 Ω，各子系统的工艺地线与机房的保护地绝缘。在低频接地方式中，根据工艺地最终所有等电位原则，结合中心机房共16个机柜，每边布置8个机柜的实际情况，采取了树型结构连接方式，由一条主干工艺地线接入机房，在端点一分为二，再延伸到各个机柜区，这样可以做到等电位精度较高。

3 结束语

电视是一个技术媒体，任何媒体都没有像电视这样依赖于技术，技术控制并影响着电视，是其存在的前提，影响其传播的内容质量和方式；电视又以节目为表现形式，节目的质量和数量对推动电视技术的发展有着重要作用，两者是辨证的统一体。随着湖南经视新闻演播室高清系统改造的完成，相信其节目的质量与创新会走得更高、更远。现在本台已经开始了3D技术在前期拍摄中的尝试，相信在今后的几年，节目的需求会很快推动3D演播室的设计和应用。