气象影视新闻演播室系统高清化文件化升级建设

摘 要：中国气象频道的新闻演播室业务系统的高清化、文件化改造建设完成了视音频系统高清升级，也将节目录制从磁带记录模式升级转换为文件记录模式，完善了虚拟植入功能。实现了气象新闻节目向高标清兼容同播的平稳过渡，演播室设备先进性和安全性也得到了大幅提升，为演播室系统的进一步融媒体改造奠定了坚实的基础。

关键词：中国气象频道；高清化升级；文件化录制；光学跟踪虚拟技术

中图分类号：TN948.12；TP399 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）11-0029-04

Upgrading Construction of Meteorological Television News Studio System Based on

High Definition and Documenting Record

MENG Jing，XIANG Zilun

（Huafeng Meteorological Media Group of CMA，Beijing 100081，China）

Abstract：The renovation of the news studio business system of China Meteorological Channel has completed the HD upgrade of the video and audio system. The program recording mode has also been upgraded from tape recording mode to file recording mode，and the function of virtual implantation has been improved.The stable transition from meteorological news programs to high-definition compatible simultaneous broadcasting has been realized，and the advanced equipment and safety of the studio have been greatly improved，which lays a solid foundation for the further reform of the studio system.

Keywords：China meteorological channel；high definition upgrading；document recording；optical tracking virtual technology

0 引 言

中国气象频道是一个全天候提供权威、实用、细分的各类气象信息和其他相关生活服务信息的专业化电视频道。新闻演播室承担了每日气象新闻、预警信息发布、灾害现场直播和大部分节目制作等任务。演播室的高清化、文件化和虚拟化改造升级，可以满足广播电影电视总局的广播级安全制作、安全播出水平要求。

1 需求分析

原有演播室系统功能较为单一，只能满足切换、抠像、上字幕等一般图像加工功能，摄像机为标清四讯道。近年来，气象节目包装形式逐渐向着以虚拟动画为对象，主持人与之互动并讲解的方向发展，场景动画也越来越精细逼真。本项目以节目需求为导向，旨在有效提升气象频道防灾减灾节目制作能力和制作质量，提高电视气象预报节目的声音画面质量，满足高清广电音视频质量标准，丰富节目形式。改造建设完成后，将大幅提升摄像机拍摄高清质量指标，大幅度增加节目高清信号质量。在灾害现场直播时，增强上字幕、开特级窗口的功能，提升直播中灾害信息实时滚动和多路现场信号播放能力。增加虚拟定位和虚拟渲染功能，将虚拟植入直播中，大幅提升直播观赏性。增加音频双路热切换，提升系统可靠性和稳定性。

2 改造方案设计

气象频道新闻演播室业务系统，主要承担天气预报信息，全国气象新闻，以及直击灾害现场的实况报道。该演播室工作量是日播12小时，包括日直播节目9档，直播总时长达到100分钟，录播节目为图文节目和定点气象信息播报。因此中国气象频道高清演播室的建设，严格执行国家广播电视行业标准，保证系统建设和升级的质量，以满足大体量连续性直播节目的要求。所有专业设备和系统方案设计和设备规格按照GY/T 313-2017《高清晰度电视节目录制规范》和GY/T 157-2000《演播室高清晰度电视数字视频信号接口》等国家标准执行。

2.1 系统总体设计

为了实现新闻演播室的节目形式升级，系统升级技术路线图如图1所示，设计目标如下：

（1）系统高清化升级。将视频系统从前端摄像机拍摄、视频切换合成调度、视频末端分发和收录等全流程的各个环节均从标清格式升级到高清格式。升级为高清后的视频系统在图像清晰度、色彩还原度等主观体验上要大幅提升。

（2）增强虚拟前景植入功能。增强定位系统的精度、渲染机的性能和虚拟场景的精细化。装配高效能的渲染机和色键器，并使用行业中先进光学虚拟跟踪定位系统。系统将具有高质量的前景、背景及键信号的合成能力，以及高标清兼容的高质量虚拟场景渲染能力。

（3）在收录端实现硬盘文件化录制，从磁带记录模式升级转换为文件记录模式。设计演播室录制端开创文件化录制和编辑模式。文件化录制节目后利用网络上传到服务器，在服务器端进行技术审核、内容审核、转码、传输和归档。

（4）提升系统功能完备性。在切换合成环节对亮度键、色度键、线性键数量进行扩充，以满足更复杂节目切换的需要；增加视频帧存储，支持更多的数字视频特技效果和视频窗数量，并可以快速调用切换场景。

（5）系统可靠性设计，音视频系统和同步系统架构均为双路热备结构。前端任何信号都有2条路由，能够在其中一条通路发生重大故障时任意切换到另外一路，并最终完成制作和播出。

2.2 音视频系统设计

视频系统的信号源包括4台摄像机、4台录像机等总计27路，考虑到内部的帧存、黑场、彩底等信号以及未来的信号的扩展，总计设计40路视频信号源接入。核心切换设备为一个切换台和一个切换矩阵，都需采用32路输入，剩下8路使用较少的信号接入跳线盘以便随时接入系统。音频信号源包括4路无线话筒、4路有线话筒、硬盘录像机回放通道3路、新闻播出服务器2路等，总计信号源为24路，如表1所示。虚拟图形植入实现将天气预报节目背景图形中展示的部分气象信息迁移至前景图形中。虚拟植入系统安装到了机动性好的摇臂摄像机上，通过主持人和场景的互动来提升天气预报节目的图像表现力。在天气节目中可以构建三维立体模型的天气现象、景物等，使得节目更加真实，提升公众对天气预报的理解。

2.3 系统安全设计

在系统设计时，采用音频系统、视频系统、同步系统的双路热备份结构，若切换台、主调音台和主同步机出现突发问题，可以迅速平稳地切换到备路系统。同时字幕机，新闻文稿系统和硬盘录像机等，都采用两台以上的主机作为备份单元，如图2所示。节目常用的模板、素材，也已经提前在备机中做了备份。同时本套系统的关键设备均具备主备冗余电源，极大地提升了设备的运行稳定性，保证了日常业务的安全开展。并且所有设备均通过了168小时加电稳定性压力测试，确保了主备冗余电源的稳定正常。进一步为日常使用提供了充足的安全保障。

3 系统改造实施

3.1 视频系统改造

高质量的节目离不开出色的信号源，摄像机作为前期信号的采集设备，是整个节目制作流程的第一个环节，其性能好坏直接影响到最后的图像质量。原有标清摄像机数量为4台（含1个摇臂），研究决定更换为4台松下AK-HC2500MC型号。该款摄像机达到F11灵敏度、220万像素，使用16位A/D转换器进行数字信号处理，拥有DRS动态范围扩展和色彩矩阵校正等功能。改造后2台普通机位的摄像机选用25倍箱式镜头，1台普通机位的摄像机选用18倍数字变焦镜头，摇臂摄像机选用广角便携式高清镜头。切换台选择的是松下AV-HS6000型号的设备。该设备具有双层ME并支持丰富的数字视频（DVE）特技效果、视频窗数量，且自带抠像功能，接口均具备10bit帧同步器，支持抓取动态帧存储，同时兼容高清和标清SDI信号。更多的亮度键、色度键、线性键以满足更复杂节目切换需求。PGM信号后端增加二选一切换器，通过二选一切换可切换到应急矩阵的第一路备PGM输出。改造中在矩阵第一路输出端增加键控器1个，可以作为应急上字幕使用，如图3所示。

3.2 音频系统改造

改造加入音频二选一切换器，使音频系统具有了双路热备功能。主数字调音台设计采用雅马哈DM-2000作为信号通路。备数字调音台作为备份音频信号通路，根据经济适用原则，采用16路直推的DM-1000数字调音台。主备调音台独立工作，互不干扰。使系统更加稳定，保证信号传输质量。

3.3 同步系统改造

同步系统亦采用主备同步信号发生器并行工作，由总控送来的BB基准信号锁定。主、备同步机各送1路黑场（BB）信号、2路数字同步信号、1路字时钟（WORD CLOCK）信号给一台422自动倒换开关。两台同步机中任意一台因故障停机时，倒换器立即切断故障信号链路，同时切换至正常的信号进行输出，经过视频分配设备，将同步信号发送至各个设备终端进行锁相，使所有信号在时间和相位上一致。

3.4 虚拟植入系统升级

虚拟植入系统率先使用一款行业内最新的光学实时跟踪系统，并配备两台高清虚拟渲染机。一台渲染机负责渲染虚拟植入的场景并接收定位数据，输出亮键信号和虚拟信号给色键器。色键器将虚拟植入和摄像机高清信号叠加，直接输出给切换台。另一台渲染机负责渲染另一路动画，用于部分节目的开窗。导播间内同时配备了高性能的创作机和控制机，可在节目前临时编辑场景，编辑完成立即播出，保证数据的实时性。

光学跟踪系统采用Solid Track设备，其工作原理是通过固定在摄像机上方的鱼眼灰度摄像头识别镜头前景物的移动，从而反向计算出摄像机的移动以实现跟踪定位功能。系统需要两个灰度鱼眼摄像头，一个用于查看目前测绘场景，识别特征点；另一个固定在摄像机上方与摄像机合为一体，跟踪场景特征点，计算摄像机移动；特征点的位置变化由鱼眼镜头发回工作站，从而反向计算出摄像机与场景距离、角度的实时变化，如图4所示。工作站计算出摄像机实时定位数据，发送给高清虚拟工作站。此定位系统计算镜头移动的参照物是演播室实景而不是摄像机本身，这就给了摄像机随意移动的可能，定位用的鱼眼摄像头和镜头数据盒子很轻便，甚至可以安装在肩扛摄像机上。

3.5 文件化录制系统

原演播室系统主要采用磁带介质作为信号记录和播放的方式。由于磁带本身的特性导致节目进行记录和播放时均只能采取线性方式，而且磁带录制的演播室成片和素材导入到播出和后期非线的速度依旧不够快。演播室节目按录制计划直接录制、快速导出合成视频文件并上传服务器到存储中心。业务流程均在服务器端进行，通过MBS总线架构，节目网络迁移至后期制作网或迁移至传输系统传输，并可发送至媒资系统，实现对成片素材快速归档，实现全媒体全流程网络文件化录制。节目直播前的记者外场信号、合作媒体提供的素材也可以收录在演播室文件化录制系统中。日常节目中使用的开场视频、结束视频及节目当中穿插的宣传片、新闻等素材均可以提前录制在文件化系统中，生成节目模板，每次使用时可直接打开。使得节目制作速度大大提升，省去了磁带的传递和上载过程，整体制作流程时间缩短近一半，如图5所示。

建设完成后的演播室文件化应用系统，主要由以下模块组成：

（1）演播室采编终端：使用非编软件及文件化录制工作站进行各演播室节目录制、剪辑、录音、合成；

（2）节目代码管理应用：提供节目代码规则定义、代码申请、代码查询服务，需使用浏览器登录；

（3）文件化管理平台：提供演播室录制任务管理、过程监控、流程控制服务；

（4）分布式转码集群：提供播出、分发多格式转码、传输分发服务；

（5）分发目标系统：多目标系统的缓存存储，包括：播出系统缓存、网站缓存等。

4 结 论

改造完成后的新闻演播室，实现了高标清兼容、虚拟包装渲染能力强大、高效高质量文件化录制的设计目标。提升系统设备稳定可靠性，提升清晰度和高保真的视音频信号质量。系统投入使用稳定运行，实现《天气直播间》《风云进行时》《环球气象周刊》《国家气象播报》节目改版。随着媒体节目制作需求的不断发展变化，演播室会进一步进行融媒体演播室功能升级，详情请关注中国气象频道。

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作者简介：孟京（1979-），男，汉族，辽宁营口人，部门主任，副高，硕士。主要研究方向：计算机技术，融媒体技术；项梓伦（1993-），男，汉族，内蒙赤峰人，工程师，学士。主要研究方向：广播电视工程。