吉林广播电视台全媒体新闻演播室视频系统设计

王 然，徐文楷，张有瑞，刘思言

（吉林广播电视台录制中心，吉林 长春 130119）

1 背景介绍

吉林广播电视台新闻演播室承载着全台主要新闻节目的录制任务。演播室内原有的视频系统建于2014 年，原有设备的寿命已到预定年限，功能也无法满足全媒体制作的需要。为了满足新闻节目的制作需求并解决原有系统的寿命风险，吉林广播电视台于2022 年底对新闻演播室进行了视频系统的新建工作，且新建系统已于近期上线运行。本文就该新闻演播室的系统架构及各分系统的功能进行详细介绍。

2 系统设计目标

新建设的视频系统基于《广播电视安全播出管理规定》进行设计，各个环节均具备冗余机制。考虑到该演播室为新闻演播室，因此重要节点上均需按照主、备、第三备来进行设计，核心设备均需支持双层备份机制。考虑到目前广电4K/8K 的超高清化发展趋势，在系统的设计及设备的选型上，需考虑可扩展性和可升级性。选择设备时，需优先选择可支持4K 超高清或可升级至4K 超高清的设备，同时要考虑升级后信号的封装协议是否支持ST2082或ST2110 等协议。

新建成的新闻演播室将担负每日高频次的新闻直播任务，因此选用的服务器、长延时等设备需与台内的媒资系统对接。为提高节目观众的观看体验，开辟新的节目形式，该演播室将在传统新闻演播室结构设计的基础上新增大量全媒体系统，如增强现实系统、互动点评系统及虚拟大屏系统等。这些子系统在对接视频系统时，将对视频系统的核心设备容量、监看系统规模以及设备工位布局等提出考验。

3 视频系统整体架构及规模

为实现高清新闻演播室的直播要求，本演播室视频系统采用了基于高清串行数字接口（High Definition-Serial Digital Interface，HD-SDI）标准的主、备、第三备3 核系统，核心设备包括主切换台、备切换台、一个多格式矩阵配套画面分割器。3 核在新闻节目直播时配置主、备、第三备，保证新闻节目的安全播出。3 核在节目录播时也可同时录制多个景区的多套节目。值得一提的是，3 核均可通过升级授权许可或接口板卡来支持超高清制作和信号路由，无须更换设备主机，便可升级支持基于ST-2110 标准的网际互连协议（Internet Protocol，IP）信号或基于ST-2059 标准的12G-SDI 信号，以此为未来拓展节目形式和升级节目规模奠定基础。其他设备方面，演播室配备了6 套全高清（Full High Definition，FHD）讯道摄像机、主备播出服务器、第三备应急多功能播出服务器、4 套VTR、2 套应急非编工作站、2 套在线包装、1 套字幕机、2 套虚拟服务器、1 套点评系统以及1 套慢直播系统。演播室视频系统架构如图1 所示。

图1 演播室视频系统架构图

4 视频系统各分系统及主要设备介绍

4.1 摄像机

本系统共配备了6 套高清讯道摄像机，选型为Sony HDC-3100。相比上一代产品，本次选型的摄像机基站具有更多的标准输出。在“3 核”设计的系统中，讯道的输出接口数量尤为重要。本次设计中每个讯道需输出6 路本机输出信号，分别为主备切换台各1 路、矩阵1 路、示波器一路、画面分割器一路以及调光监视器一路。之前的系统中，每个摄像机基站均需后挂一台高清视分方可满足系统需求，但在本次的系统中，新一代讯道基站拥有更加丰富的输出接口，减少了一个视分环节，既降低了系统成本，减少了设备环节，也提高了系统的安全级别[1]。

如图2 所示，HDC-3100 除了4 个原生的SDI OUT 接口外，还配备一组4 联的SDI I/O 接口，达到单台设备8 路输出，可满足“3 核”系统使用。

图2 HDC-3100 背板接口图

4.2 切换台

本系统的主切换台选型为Sony XVS-6000，如图3 所示。该切换台配备了48 路3G-SDI 输入、32 路3G-SDI 输出、4 级高清M/E，配备36 直切键2M/E 面板及1 级36 键AUX 辅助切换面板。未来演播室需升级超高清时，可在不更换任何硬件的情况下，通过升级软件来支持2 级4K M/E。然而工作在4K 模式下时，现有的I/O 板卡只能采用4×3G-SDI 的方式进行信号输入输出，其灵活性将会略逊一筹，届时可以通过更换I/O 板卡的方式来更换12G-SDI 的输入输出卡或ST-2110 的输入输出卡，使该切换台可在4K 超高清的架构下工作。

图3 XVS-6000 面板实拍图

备切换台的选型为Sony XVS-G1。该切换台本次按标配配置，具有24 路3G-SDI 输入、12 路3G-SDI 输出。因备切换台只在应急时使用，信源数量也比较少，因此只配备了1M/E 16 键直切面板，作为主切换台的备份使用。

4.3 矩阵及画分

新闻演播室中，视频系统中的矩阵是“3 核心”之一，在必要的时候将承担节目切换制播工作。系统采用的矩阵和画分分别是Evertz 的EQX10 和ev670-X30-HW-V2 基带Xlink 版本。

考虑到新闻系统的最高安全要求，且矩阵将在应急情况承担播出任务，本次新闻演播室选型没有选用常规的演播室规格矩阵，而是升格采用了总控规格的EQX 平台矩阵。与普通的演播室矩阵相比，EQX10 矩阵采用外置电源模块设计，4 组电源模块为N+2 冗余备份。矩阵控制器采用双外置矩阵服务器双机热备并支持二虚一自动倒换技术，同时控制矩阵内部的双FC 控制卡做到了双重主备备份控制。在交叉点冗余的考虑设计上，矩阵的主备交叉点板将同时工作。发生故障时，该矩阵不会像常规矩阵一样直接从主交叉点板倒换至备交叉点板，而是采用交叉点点级备份的方式，每个交叉点经交叉点板检查后进行独立倒换，倒换时不会影响其他交叉点的工作状态[2]。

矩阵规模方面，EQX10 矩阵最大可支持160×160 路输入输出。本次系统采用了128×128的HD-SDI 物理输入输出板卡配置。矩阵的交叉点板上还具有额外的96 路监看输出，使用X-Link 技术，可采用交叉点板上3 个原生的X-Link 接口将3组32 路监看信号输出至画面分割器，使画面分割器的输入在不占用128 路物理输出端口的前提下，方便快捷地调用矩阵中的所有输入输出信号。画分可以与矩阵控制器联动，使用矩阵控制器来设计、存储、快速调用整体电视墙布局，并且直接将矩阵输出端口与画面分割器输入端口进行绑定[3]。X-Link原理如图4 所示。

图4 X-Link 原理

画面分割器分别配备了单卡32×8 高密度及单卡16×4 低密度两种规格。在高密度画面分割器的配置和设计上，8 组输出Layout 均可独立设计布局，且布局内开窗数量、信号源分布均不受其他布局的影响。也就是说，同一块画面分割器中的8 组布局输出，均可设计为16 画分输出，且每个窗口的信号源都可重复使用。这样一块32×8 的画面分割器就可以同时满足电视墙、演播厅内现场、工位监视器的多信源监看需求，大大减少了画面分割器的硬件数量需求，节省了该部分昂贵的成本。

4.4 监看系统

导控室内的监看墙由18 块55 英寸商显及8 台24 英寸监视器组成。监看墙共有上下两排，上排位10 块55 英寸商显，下排位8 块商显+8 台监视器。为了保证监看系统的安全及冗余性，监看墙的18台55 英寸商显信号源由4 台不同的画面分割器+切换台原生画面分割器组合而成，8 台监视器的信源为摄像机控制单元（Camera Control Unit，CCU）及服务器输出未经中间设备直拉显示。这样即使出现单点设备故障，也不会影响信号监看从而影响节目的安全制播。监看墙布局设置如图5 所示。

图5 监看墙布局设置图

4.5 播放系统

本次新闻演播室采用Sobey 的服务器制作系统，主要使用的是主、备两台4211P 双通道新闻播出服务器用于播放节目片段，同时采用一台异构MSV555 多功能服务器作为应急第三备。在新闻直播前，责任编辑可通过调整播调节目单，同时调整多台播出服务器的播出节目单。播出服务器可通过新闻媒资网根据播单直接获取直播所需的素材片段，无须人工导入。此外，系统中也设计了4 台VTR-P2 录放机用于素材片段的人工播放。

4.6 同步与时钟系统

本次同步系统配备2 台SPG8000A 同步机及1台ECO8000同步信号倒换器。在选件方面考虑如下。新闻演播室设备较多，具有大量的Sobey 服务器类设备，且很多服务器为多通道，配备了两张HD-SDI I/O 板卡。这些板卡均不具备BB 信号环出功能，因此演播室需要大量的BB 信号。为此，在周边系统中配备了8 张带环出模拟视频分配放大器板卡，这在一个6 讯道演播室中数量是偏多的。8 张模拟视分的连接设计上，尽管视分带有无源环出功能，但是出于信号衰减的考虑，不建议每个通道链路上只环出一次。则8 个模拟视分就需要同步机支持4 路BB 输出。另外，在演播室没有总控外同步输入的情况下，为了保证在倒换时主备同步机基准一致，还需要主同步机输出一路BB 信号去锁备同步机。综上所述，同步机至少需要支持5 路BB 输出，而标配的SPG8000A 只具备3 路BB 输出，无法满足演播室的需求。对此，主备同步机特别增加了BG选件，将每台同步机的黑场同步BB 信号输出扩展至7 路，同时增加ECO8000 的选件REF，将倒换通道扩展至6 路，用于倒换4 路BB 黑场同步加1 路Word Clock字时钟音频频率同步。

在时间信号的考虑上，该演播室为基带架构，不需要精确时间协议（Precision Time Protocol，PTP），且演播室的时码信号将从总控的全台时钟统一发送，因此本次的同步系统并没有购买GPS/PTP选件。演播室内设备所需的时钟信息由另一套青岛广研所的网络时钟协议服务器/LTC 分配器进行分发。

4.7 周边系统

视频周边系统采用了与矩阵画分相同品牌的Evertz 周边，包括帧同步、解/加嵌、视分等设备，均为7800Series 机箱板卡系列。应急倒换则选用X0401 净静切换开关，支持4×1 应急净静切换，同时接入主备切换台、矩阵及垫片信号。值得一提的是，与常规演播室选用的净切换应急开关不同，新闻演播室选用的开关除支持视频净切换之外，还可支持音频的静切换。音频静切换原理如图6 所示。

图6 音频静切换原理图

信号源A 与信号源B 切换时，处理嵌入音频信号的静切换一般有两种处理方式。一种为V 型淡入淡出切换，该方式会在切换瞬间将信源A 的音频快速淡出至接近静音后，迅速将信源B 的音频快速淡入。该切换方式可以在示波器上通过指标测试，但是在监听单元上可以听出淡入淡出过程。另一种为交叉淡入淡出切换，该方式同样可以在示波器上通过指标测试，但从人耳的主观听觉角度来评价，音频的切换效果则更为平滑。在主、备信号为同一内容时，V 型切换与交叉切换的主观区别更为明显。对于新闻演播室而言，确保应急切换为净静切换是十分必要的，因此最终系统选用了支持交叉淡入淡出切换的X0401 应急4×1 切换开关[4]。

4.8 通话系统

本系统采用的通话核心设备为RTS 公司的ODIN32。与之前的模拟4 线架构不同，本次通话系统支持IP+模拟4 线双架构，32 个矩阵通道可按需自由配置。面板、有线腰包及转播车级联采用14个IP 虚拟端口，摄像机、无线基站与无线耳返等设备采用传统的16 个模拟4 线端口，有线耳返采用2个模拟两线端口。因节目制作需要，演播室通话需要与4K 转播车进行级联，此时可将演播室通话与4K 车通话组网后矩阵配对IFL 级联，级联后即可采用AZedit 软件配置面板呼叫任何一个转播车或演播室工位[5]。

新闻节目多为固定机位。为降本增效，大多数节目只配备一个摄像员在多个机位之间进行游走。如此一来，摄像员的通话如采用摄像机原生通话则需要来回多次穿戴耳机，十分不便，且在机位间穿梭转移时也无法及时与导播进行沟通。针对此工作模式，本次特意配备了DBP 有线IP 腰包作为通话中心节点，将DBP 腰包安装在演播室中心位置，并给摄像员配备了蓝牙耳机，采用蓝牙4.0 的方式与DBP 进行连接。经测试，蓝牙耳机与腰包的稳定连接范围大于10 m 半径。将DBP 腰包放在演播厅中央时，蓝牙通信稳定可靠，可方便快捷地解决摄像的通话需求。

5 结语

新闻演播室上线后担任每日《吉林新闻联播》直播工作，还需进行《新闻早报》及《今晚》节目的录制工作，系统使用频率高，直播时间长。在系统设计与设备选型时需根据三重备份冗余来考虑，同时考虑到现阶段的超高清进程，选用的大部分设备也可以在不更换硬件的前提下升级授权来支持4K超高清制作。在后续的节目制作中，将尝试充分发挥新设备的功能，不断探索新的新闻节目制作流程可能性，来更加高效、可靠地制作新闻节目。