十堰电视台新闻数字直播系统

赵 虎，孙 飞，严礼明，丁 毅，杨超峰，胡 甜

(湖北十堰广播电视台，湖北 十堰 442000)

十堰电视台新闻数字直播系统

赵 虎，孙 飞，严礼明，丁 毅，杨超峰，胡 甜

(湖北十堰广播电视台，湖北 十堰 442000)

描述了十堰电视台新闻直播系统的组成及功能，分享了Blackmagic Design数字切换台、数字矩阵、大洋科技的图文在线包装系统、迪乐普的虚拟演播室系统和极速studio播出视频服务器等关键技术。分析了直播系统的视音频信号流程，介绍了视音频信号的调度、分配、应急措施。运用音频混嵌技术，简化了信号流程，节省了设备资源。

数字切换台；视频服务器；虚拟演播室系统；在线包装；音频混嵌

十堰电视台原新闻直播系统是模拟播出系统，该系统建于2007年，它是以松下70切换台和DVCAM录像机播出为主的手动播出系统。系统运行多年，已严重老化，影响安全播出。2014年3月十堰电视台对该系统进行了升级改造，实现了以ATEM数字切换台为核心的全数字新闻直播系统。

1 系统设计的原则和要求

技术先进：随着电视技术的快速发展，电视节目的数字化是基本要求，必须采用先进的技术、成熟的产品、标准的SDI数字视频接口。要求系统提供在节目制作和直播上具有创意的设备配置和应用。系统能为我台数字制播网、媒资服务器、素材和资料的管理及共享提供可发展空间。

系统的安全性、可靠性：在系统的设计和设备选型时，要把稳定性、可靠性和安全性放在第一位，建立完善的冗余备份和安全防范体系，保证系统的高可靠性和端到端的可靠性，具有多重防护措施，应急手段丰富[1]。

系统功能完备：系统平时既要完成录播工作、虚拟采集工作，也要能胜任新闻直播需要。要求对新闻、访谈、少儿、文艺等电视节目有针对性地设计和预案。系统信号调配灵活，检测便利，维护方便，应急操作安全、快捷。

系统的可扩展性高：直播系统投资较大，电视节目的发展日新月异，节目内容不断创新，系统的技术功能也要随之发生变化，设计和实践中也要考虑到节目变化后系统的可扩展性。

2 直播系统视频结构和流程

视频部分采用数字主备切换台热备份加数字视频矩阵应急播出。重要分系统主备播服务器为热备份。处理环节视频分配器、加嵌器冗余备份[2]。主要设备和重要节点配有双电源，确保播出安全、可靠，如图1所示。

图1 直播系统视频结构和流程(截图)

2.1 信源部分

1)摄像机

Sony公司的PVW-EX330K有3个“Exmor coms”全高清成像器，54 dB信噪比，高水平分辨率，画质优秀，色彩表现良好，操控方便。HD/SD-SDI,HDMI两大数字高清接口。

2)视频服务器

主备服务器采用极速studio视频服务器，它具有如下特点：

(1)采用先进的“CPU+GPU+多通道I0卡”技术。

(2)采用超线程软件codec，多线程并发协同工作，轻松实现MPEG2 I，MPEG2 IBP，DV25，DV50等多种流媒体格式混合播出。

(3)采用内存仿真软件cache，在节目上载或播出时，系统会自动对节目数据流进行高速缓冲，有效克服了I/O瓶颈和网络阻塞。

(4)对节目文件具有容错和纠错能力。

(5)支持RAID0、1、0+1、3、5、50、透明后台故障盘重建，热备用盘支持。

(6)双热插拔风扇和双冗余电源，确保在高速访问数据信息时存储系统的可靠性。

(7)大容量及可扩展性；标配6个3.5 in(1 in=2.54 cm)SAS/SATA热拔插硬盘驱动器，单阵列的最大存储能力可达6 Tbyte。

3)非线编辑机

视频板卡采用Matrox Mxo2，广播级质量高/标清输入/输出。支持业内流行的文件格式和各种工作流程，可以使用所有Adobe Premiere Pro支持的编解码格式。EDIUS编辑软件。

4)硬盘录像机

Blackmagic Design公司的HYPERDECK Studio机架式固态硬盘录像机10 bit 4:2:2无压缩视频，双硬盘插槽，支持SDI和HDMI的记录和播放。

非线编辑机和硬盘录像机既可以作为视频服务器的备份，也可插播一些高时效性的新闻以及片花、垫片或已录制好的成品节目。

2.2 数字切换台

Blackmagic Design公司的ATEM 2 M/E Production Studio 4K数字切换台。

1)采用全数字10 bit设计，确保视频信号达到广播级画面质量。

2)利用输入的数字信号源可以实现高质量的色键抠像和无缝的画面合成。

3)具有多种转场、媒体池、下游键控、多画面分割等强大功能。

4)内建多通道调音台，可以把模拟音频与输入端的HDMI或SDI直接进行输入混合，或使用音频跟随视频功能，实现音频自动均匀转场。

5)采用了人们熟知的M/E操作方式，让操作人员可以快速掌握。

2.3 虚拟演播室系统

虚拟部分采用迪乐普公司的TOP3D-SET系列三维虚拟演播室系统。它提供了优异的图像质量和强大的处理功能。硬件部分选用了业内顶级的品牌，增强了系统的稳定性和可靠性，虚拟演播室的使用给制作人员带来了创意和想象的空间，缩短了节目制作周期，提高了演播室的利用率，如图2所示。

图2 虚拟系统结构框图

从演播室蓝箱过来的3路摄像机信号，经过切换器选择后，进入色键器与渲染服务器一起完成抠像、合成、场景处理功能。经渲染处理后的合成SDI数字信号送入加嵌模块与从调音台输出经延时器处理后的声音信号加嵌。加嵌后的SDI数字信号一路去主切换台，一路去备切换台，一路去视频矩阵，一路给虚拟采集。

从色键输出的一路模拟视频信号经模拟分配模块后，一路作为虚拟监视用，一路给主持人回视用。

摄像机跟踪服务器，受渲染服务器控制，渲染服务器控制摄像机的推拉、摇移。

2.4 在线包装机、字幕机

在线包装机选用大洋DAURIC型号，主要用于节目中三维图文制作，预览，实时渲染播出，提供质感亮丽自然的三维空间效果。

字幕机选用大洋D3-CG Live型号，为用户提供了快捷、方便的模板制作工具以及专门针对直播节目设计的播出控制界面，既可以播字幕Logo等，也可以作为在线包装机的备份，如图3所示。

图3 在线包装机和字幕机结构框图

在线包装机和字幕机的key信号和Fill信号经数字视频分配器后分别送入主备切换台，通过主备切换台的下游键可以将渲染信号和字幕信号叠加在主备台的PGM信号上。

在线包装机的输入端接入一路演播室信号，一路外场信号。通过在线包装机的连线对话模块，实现主持人和现场记者及当事人之间的对话，完成视频连线功能。以便于实时播出外场信息。

2.5 视频信号流程

各路信源信号，经过数字分配器或数字加嵌器后，分成3路分别送入主备切换台和数字矩阵，接入主备切换台和数字矩阵的信源信号，输入单口序列号保持一致。以保证播出、录制、调度和应急时操作的方便性。

演播室场景分为蓝箱部分(配合虚拟服务器)和实景部分，共配备有5台摄像机，各分成3路分别送入主备切换台和视频矩阵，其中1、2、3号摄像机输出的信号，分别多分出一路进入虚拟服务器，经渲染合成，再经加嵌后送入主备切换台、视频矩阵和虚拟采集。

切换台输出的2路PGM信号和矩阵输出的1路PGM信号，依次经过3×1切换器，SDI数字延时器，数字光纤发射机传输至播控中心。3×1选择开关，SDI数字延时器均具有掉电直通功能。

3 应急输出和信号调度

数字矩阵采用Blackmagic Design公司的32×32矩阵，在矩阵两端接入帧同步器，实现对外来信号的锁相。以数字矩阵为核心，信源资源和设备资源共享，从而实现了直播时各路信号和外部信号的调度和应急输出。

矩阵的视频输入信号包括切换台的全部输入信号，外部信号以及切换台的PGM信号、AUX信号、三选一监视信号、SDI延时器环通信号、主备光纤发射机环通信号等。

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数字矩阵的输出分配有下述几个方面的要求：

1)提供主备切换台同时故障时的应急切换。

2)为监视器和监视大屏灵活提供所需信号的画面。

3)选择各视音频信号技术检测源。

4)审片时对信号源的选择。

5)为临时性录像和其他特殊需求提供灵活的信号调度[3]。

4 视频监视

1)ATEM主备切换台内置多画面分割功能、所有进入ATEM切换台的视频信源信号可以通过PVW视频预监大屏幕电视和二级分频6 in液晶显示屏全部显示。

2)所有视频信源信号进入视频矩阵后，通过矩阵选择后显示在液晶显示屏上。

4)主备服务器、非编机、虚拟采集、直播采集、在线包装、字幕机等视频设备均自带有独立显示器。

全方位、多环节、相互备份的视频监视设计，实现了全面、动态的显示。确保在某一部分故障时安全的播出。

5 直播系统音频结构和功能

音频系统采用主备调音台热备份，主调音台采用Yamaha 01v96数字调音台，它采用24 bit/96 kh采样标准，提供了优异通透的音质，可以同时实现模拟和数字两种输入。备调音台采用Soundcraft GB2-16，每个输入通道都使用了前置放大器和均衡器，同时还具有辅助母线输出，为系统提供了灵活丰富的备份输出信号[4]，如图4所示。

图4 直播系统音频结构和功能

5.1 音频通道

主备调音台的音频信源由多路有线传声器和无线传声器，外加一路电话耦合器组成。每个音源信号经无源线分或无源话分分配后，分别送入两个调音台进行通道备份。接入调音台的音源信号的序列号保持一致，以方便操作。当某一个调音台故障时，通过二选一开关，可以由另一个调音台快速替代。

二选一出来的信号经过音频延时器后，通过音频分配器分配，其中两路分别送入ATEM主备切换台混嵌，一路与虚拟服务器过来的SDI数字视频信号加嵌，一路现场监听，一路给导播监听。

直播平台从安全性考虑，除调音台采用主备外，每个栏目主持人传声器都有备份。主持人选用的传声器为舒尔传声器，此传声器音质好、音域宽。

5.2 内部通话系统

调音台辅助输出经过2×1开关后，一路与电话耦合器相连接，一路与内部通信系统相连接。

通话系统是直播中各个岗位之间联络协调的重要通信工具。在节目直播时，导播需与主持人、摄像人员等岗位协调，统一调度。主持人受话只能通过耳机接收，主持人语音通过传声器传到调音台，再由调音台辅助输出送到通信主站，完成主持人的双向通话。通话系统选用CLEAR COM(Ms-232)。

5.3 外场通话和播出

音频系统中配置了电话耦合器，与调音台和内部通话系统配合，实现导播、主持人和现场记者或场外受众的信息沟通。主持人声音经过传声器/话分/调音台/辅助输出/2×1开关/电话耦合器/电话/到达现场受众。外场声音通过电话/电话耦合器/线分/调音台/辅助输出/2×1开关/内部通话/无线耳机到达主持人。语音播出时通过调音台/主输出/2×1开关/音频延时器/音分/切换台。

调音台的辅助输出通过调音台的编组功能设定。两个调音台主输出和辅助输出后的2×1选择开关联动控制，且 2×1 开关具有掉电直通功能。

5.4 音频混嵌

调音台的信源来自于演播室主持人和嘉宾的现场声以及电话耦合器的声音信号。

ATEM切换台具有模拟声音输入混嵌功能。主备服务器、硬盘放像机、非编机等信源信号输出的包含视频和声音的SDI数字信号经数分后，直接送入主备切换台和视频矩阵。无需将音频信号解嵌出来，减少了处理环节，节省了部分设备。

利用ATEM数字切换台的混嵌功能，模拟声音输入ATEM切换台后可以与所选定的通道声音混嵌后和SDI视频信号一起输出。

ATEM切换台内置了一个调音台软件功能，用一根USB电缆与电脑连接，通过这个调音软件可以对各路声音信号的电平进行调整，也可以外接一个音量平衡控制台手动操作。

6 同步与时钟

视频同步系统采用大连捷成的BG-100同步信号发生器。它具有双路同步信号发生及自动倒换功能。当BG-100处于内部同步状态时，整个演播室系统锁定在BG-100同步机上，当演播室与主控联合工作时，主控的黑场信号送入 BG-100 外同步输入接口，使同步机外锁相，以实现演播室系统与主控系统同步。

主控机房的卫星校时钟TVZ3100读取GPS时钟信号后，由时钟服务软件通过广播方式发送时钟信号，以统一校正主控和直播系统的时钟。

7 环境与管理

良好的机房环境和科学的管理是保证直播系统安全工作的重要条件。

1)在机房的建设和装修中要按照有关标准和技术规范施工。注意防尘、防虫、防鼠、防静电，同时注意散热通风，保持适宜的温度、湿度。机房要综合考虑照明、空调、安防等设备的配置。为保证室内温度、湿度，安装了两台有除湿功能的空调机。

2)定期对设备检修、维护、测试指标，定期对计算机、服务器、字幕机等设备除尘、除灰。保证机房清洁、卫生、整齐。

3)制定了设备的操作流程、开关机顺序，开机时先开主电源，再按要求顺序打开设备电源。关机时，一定让系统自动关闭后，再关主电源，严禁直接切断电源关机。

4)直播系统采用数字信号传输和处理，因此对于信号线和电力线的分隔和屏蔽有较高的要求，电源线和信号线要相距一定的距离。接地电阻小于1 Ω，接地电缆表面积比较大。各接点要确保连接牢固。数字信号电缆线和电缆头采用佳耐美专用数字线，并使用专用工具加工电缆头。视频线、音频线、电源线、接地线、控制线标识明确，线路清晰，分隔有序，保持各类干扰大大减少，信号传输质量稳定，图像优良。

5)制定了直播机房管理制度，值班制度以及设备的维护、检修制度。系统电路原理图、信号流程图上墙，以方便技术人员维护检修。操作流程图上墙，以方便直播人员按要求有序工作。制定了录播、直播时责任人签字问责制，制定了安全播出应急预案和应急措施[5]。

8 结束语

该数字直播系统于2014年6月正式投入使用，承担了《直播十堰》、《午间高铁》两档新闻栏目的直播和部分经济、文化、少儿节目的录播任务，大大增加了电视节目的安全性和可靠性，提高了工作效率，提升了图像质量，促进了十堰电视台数字技术的发展。

[1] 林观养.高清新闻演播室系统的构建[J].电视技术，2011，35(16)：92-94.

[2] 张建.黄石电视台新闻直播演播室的设计[J].电视技术，2013，37(20)：59-61.

[3] 戴羽.宁波电视台150平米开放式新闻演播室设计[J].现代电视技术，2006(2)：94-98.

[4] 冯毅田.清远电视台演播室直播系统技术改造[J].电视技术，2013，37(16)：51-53.

[5] 王蔚.石家庄广播电视台新闻节目演播室直播系统[J].广播电视信息，2011(3)：122-124.

责任编辑：许 盈

Shiyan TV News Digital Broadcast System

ZHAO Hu, SUN Fei, YAN Liming, DING Yi, YANG Chaofeng, HU Tian

(Hubei Shiyan Radio and TV Station，Hubei Shiyan 442000，China)

The composition and function of Shiyan TV newslive broadcast system is described, to share the Blackmagic design digital switching platform, digital matrix, graphic packaging system of Dayang and technology online, the virtual studio system DLP, the key technology of video server speed studio broadcast. The audio signal process broadcast system, video and audio signal, scheduling, allocation of emergency measures are also analyzed. The use of embedded audio mixing technology, simplifies the signalprocess, saving the equipment resources.

digital switching platform; video server; virtual studio system; online packaging; embedded audio mixing

TN948

A

10.16280/j.videoe.2015.20.021

2015-04-09

【本文献信息】赵虎，孙飞，严礼明，等.十堰电视台新闻数字直播系统[J].电视技术,2015，39(20).