5G直播车系统设计

全东宁

（新疆广播电视台，新疆 乌鲁木齐 830044）

1 方案概述

融媒体时代的直播车设计既要符合新疆本地实际需求，又要充分融合新技术发展。整车设计方案基于依维柯高顶长轴加长货车进行技术改造，按6+4=10个讯道设计。其中，标准演播室摄像机讯道6个，无线讯道为4路可扩展讯道。整车的有效载重量可以满足6+4讯道的整体要求，长、宽、高适合中国道路要求，符合国家颁布的有关车辆管理法规和规定要求。

2 视音频系统设计

2.1 视频系统

转播车系统设计为6+4讯道系统。电子现场制作（Electronic Field Production，EFP）系统传输采用光纤和无线的方式。无线讯道信号采用支持2K的IP网络设备接口协议（Network Device Interface，NDI）编码方式通过无线或有线的方式传输。系统设计12×12矩阵，含数字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）帧同步器，支持所有SD和HD视频格式。

EFP摄像系统采用6套演播室高清摄像机。摄像机信号光缆长度100 m。配备5支广播级18倍便携式全伺服高清标准镜头，1支广播级14倍便携式全伺服高清广角镜头[1-2]。

2.2 切换系统

2.2.1 信号矩阵及应急切换系统

为提高直播系统的的安播等级，采用主、备双系统作为节目的传输通道。系统的信号调度选用12×12帧同步SDI切换矩阵。12路输入都已内置同步器，可以作为同步器使用。SDI输入信号可以自动重新定时，可以同步切换格式相同的视频。切换矩阵支持多格式视频同时输入，若能匹配同步帧率，还可以实现多格式间的无缝切换。矩阵可以快速灵活地切换遥控面板，既是系统的切换台应急备份系统，又是信号调度系统。

2.2.2 主切换系统

主切换台选用IP构架的TriCaster TC1制作系统。一体化导播切换台具有实时制作系统的全新功能，如多步骤宏命令实时输出监控、监视器处理放大器、多画面范围、多画面传输控制、扩展播放、按钮锁扣、洁净的M/E输出、多帐户发布、场次录制文件夹、自动标签、外部输入配置、切换器库、边缘羽化、网络虚拟输入IP指示灯以及纵向时间码（Longitudinal Time Code，LTC）等。一体化导播切换平台如图1所示。

图1 一体化导播切换平台

导播平台支持16路同步外部视频输入，兼容视频源任意组合，最高分辨率可达4K UHD，帧率最高为60 f·s-1；还可以提供16路NDI编码格式的网络视频输入，独立分辨率，支持抠像和填充功能；12个可配置的视频录制通道，通过IsoCorder技术，储存在2×3 TB硬盘上。IsoCorder是多轨视频录制技术，可实现同时视频多轨、多格式录制，切片存储且节约所需空间。录像由切换台和存储卡录像机完成，输入信号由切换台和视频矩阵选择提供[3]。

2.3 监视（监测）系统

2.3.1 技术区监视器和应急监视系统

在技术区配置机架式广播级监视器4套，每套监视器具有2块独立的7寸高清双联LCD监视器。该显示器可以显示波形和矢量图，可全屏也可单行显示视频波形，可显示16通道音频表，且具有综合监测与诊断（Integrated Monitoring and Diagnostics，IMD）及三色TALLY显示等功能。

在工作时，技术区操作人员按照该显示器显示的单行视频波形调整6路EFP摄像机和两路外来信号的黑电平和白电平幅度。若主切换台出现故障，画面分割器不能正常工作，该组显示器还可作为应急显示器使用。

2.3.2 实时监控和多画面显示器

导演区应用TriCaster TC1自带的3路多画面显示系统，在3台TH-49SF12MCB液晶监视器（49英寸）上，通过多画面设备可以监看全车所有参与制作的视频内容。

监视器画面配置可以按个人偏好定制风格。通过灵活的画面分割器，导播可以在3个多画面监视器中完成显示范围、直播指示器、工作区布局以及窗口等配置，实时查看节目制作期间的动态。多画面监控画面效果如图2所示。

图2 多画面监控画面效果图

2.3.3 音频区监看信号

系统选用的集成多通道音频混音器支持4声道音频、数字音场处理（Digital Sound Field Processing，DSP）以及4×4×4音频输入和输出路由；本机支持网络音频输入和输出；还可以读入媒体格式文件，使用转码导入、存储并播放多媒体文件。

2.3.4 在线包装系统

切换台具有强大的场景制作能力，可以实现虚拟图文、整体包装、实时虚拟、高级色键、字幕动画以及总线混合等创意功能，可以单独或以播放列表形式存储和显示几乎任何格式的图像、图片以及全屏或部分屏幕的图形。系统支持实时编辑和更新字幕内容，或在实时制作时修改当前字幕[4]。

2.4 时钟与同步系统

2.4.1 时钟系统

系统选用的卫星时钟设备可以支持GPS/北斗双模卫星信号系统，可自动寻星并进行时间校正。在卫星信号不能接收时，由系统自带的高频振荡器作为系统时钟源，可以支持7天以上的可靠时间精度，并显示卫星信号丢失标记。

2.4.2 同步系统

同步系统采用双路同步自动倒换系统，带外同步功能，行/场/副载波相位锁定且相位可调，具有8路可倒换模拟同步输出和OSD菜单功能，供电采用双电源冗余备份方式。

2.5 音频系统

音频部分的设计需要满足中小型直播活动时的音频制作和直播高清节目时现场的音频采集与制作。在本方案中，音频输出通道设计采用单通道方式。主备调音台均采用雅马哈01V96I 32路数字调音台，能够满足视音频和后期制作的技术需求，功能强大，可以灵活地安装进较小的空间。音频传输系统主要解决现场与直播车间的专业话筒拾音、信号返送以及内通等问题，并且需要预留足够的线缆接口。根据现场经验，备调音台的信号源选取主话筒和工作站等常规设备为主要音源，不常用的音源无需考虑，以简化工作台布局。

3 应急与保障系统

3.1 通话系统

转播车内通话系统建立在切换台TC1自带的NDI编码器通话系统基础之上，以TC1为核心，实现点对点以及单点对多点等通话模式。

3.2 报警系统

根据系统信号流程，报警系统采用系统框图模块的方式实现主备通道上各个节点的信号状态监控，并以不同颜色来警示信号的有无，同时，对于设备使用和维护状况进行日志记录和安全警戒提示。

3.3 系统应急措施

主通道采用切换台切换节目，矩阵作为切换台的应急节目切换器。当主切换面板出故障时，矩阵操作面板可快速接管，成为主节目通道的切换面板。

输出通道由切换台TC1通过视分端口输出。TC1还提供4路音频加嵌和视频上下变换功能，可以主备输出高标清和模拟PGM，且音频嵌入可选。

导演区的监视幕墙采用TC1自带的3路多画面屏幕分割器显示。为防止部分监视屏故障影响节目制作，系统采用4套2路7寸监视器，通过合理调度来保证所有信源都能实时切换到监控。

3.4 Tally系统设计

Tally系统在直播节目制作系统中以字符或提示灯的形式，在摄像机寻像器、监控墙及提词器等设备上显示，告诉直播人员当前切出的PST和PGM信号，以视觉的形式呈现节目播出状态。该系统可以提示现场导演切换和应急切换等信息，有独立显示设备、画面分割器以及摄像机寻像器3种显示模式。

4 5G网络传输系统设计

节目直播时，现场人群大量聚集与移动，会带来巨量移动热点应用场景，因此传输系统需要超密超带宽场景的解决方案。由于大量新业务的引入，增强型移动宽带（Enhance Mobile Broadband，eMBB）业务速率向100 Mb·s-1发展，5G应用场景将远远超出传统移动通信网络的范围。对于这些应用场景，无论是相关的传播特性还是组网规划方案，都需要超前的规划和设计。

4.1 无线系统设计

4.1.1 5G基站设计

5G基站是5G无线组网的基础。本项目设计两座基站。一座固定在车顶，安装在倒伏控制器上，使用时天线直立站起，行车时天线倒伏在车顶；另一座基站作为移动使用，通过以太网供电（Power Over Ethernet，POE）延伸至工作现场。

5G基站采用5 GHz收发射机，型号为AF-5XHD。该机采用LTU无线射频技术，可以提供双向无线不小于100 MHz的通道带宽。1对收发射机加上全向天线或定向天线，组成一个5 GHz全向或点对点的无线传输系统解决方案。

5G天线选择AMO-5G10天线，它是具有10 dB增益的全方位双路收发天线，与AF-5XHD收发射机配对，可用于点到多点网络的360°覆盖。无线频率范围为4.8～6.2 GHz，最大发射功率为29 dBm，可通过程序设定上行链路和下行链路占空比，最大吞吐量为1.34 Gb·s-1，延迟为1.5～3.5 ms。

4.1.2 双频段无线传输系统

5G基站建设完成后，无线摄像机信号收发射机选用双频段无线传输系统，型号为B-DB-AC-5G。该系统内置2.4 GHz和5 GHz双射频，发射功率为22 dBm，带宽提升至300 Mb·s-1，使用通用N型天线接口。B-DB-AC-5G天线采用5G玻璃钢防水天线，长度不大于65 cm，增益可以达到12 dB。

4.2 交换设备

4.2.1 POE透传交换机

POE透传交换机的设计目的是为无线摄像机提供POE供电和分配网络信号给信号回传和信号返送。POE透传交换机采用视频透传专用交换机NanoSwitch N-SW，该机具有4端口POE透传功能，RJ45端口支持10/100/1 000 Mb·s-1以太网连接，支持被动24 V POE供电（4对）。输出方面，3个被动24 V PoE端口可提供高达30 W的POE输出。

4.2.2 光纤到以太网转换器

光纤到以太网转换器F-POE-G2用于移动基站距离转播车超过100 m的情况，可以用光缆无中继传输2 km。光纤到以太网转换器具有PoE供电，可为设备提供更远更完整的数据连接及供电。

4.2.3 网管型千兆交换机

网管型千兆交换机采用UniFi Switch US-8-60W，具有8个外形紧凑的千兆以太网端口，其中4个为POE端口。每个自适应POE端口提供的输出功率高达15.4 W。该交换机可作为所有NDI信号主交换机。

4.3 编解码系统

本系统信号输入设计为6路有线+4路无线+2路外来信号，因此需要把视频信号进行编码才能进行传输。传输编码器采用NDI技术编码器。NDI为开放式协议，具有延时低、帧精确及数据互通性强等特性。NDI视频编码器采用BDSTUM01NDI编码器。该编码器可将HD 2K 60P的视频转换为全带宽的I帧（基帧）NDI流，以便在NDI广播网络上分发。端口具有3G-SDI输入、HDMI 2.0输出以及3G-SDI输出，可通过有线网络或无线WiFi网络进行视频传输，供网络中任何兼容的系统、设备及软件使用。NDI视频解码器选用Pro Convert AIO RX单路NDI转HDMI+SDI解码器，作为信源监测使用[5]。

5 结 语

该转播车设计可以满足当前直播和5G传输需求，未来还需支持5G网联无人机结合4K/8K/VR的超高清直播应用，通过无人机挂载360°全景镜头进行超高清拍摄，完成视频采集、拼接以及视频流处理，通过5G网络下行链路传输，用户可以通过移动终端，随时随地无延迟地体验激动人心的现场直播。