遙控攝像在體育賽事中的應(yīng)用

遙控攝像在體育賽事中的應(yīng)用

自2008年北京奧運會全面采用高清明度信息格式以來，就像蘑菇一樣，高分辨率廣播車（如蘑菇）在中國各地的平臺上很受歡迎。它的數(shù)量和規(guī)模超過了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的數(shù)量。另外,加之各地高清頻道的播出,目前,無論重大節(jié)目的轉(zhuǎn)播還是大型體育賽事的信號制作首先考慮到應(yīng)采用高清格式的制作。為了提高節(jié)目轉(zhuǎn)播品質(zhì),多訊道、多角度、全方位的攝像機機位布局成為了轉(zhuǎn)播國家級慶典、大型綜藝節(jié)目以及高等級體育賽事等活動的常態(tài)。在這些轉(zhuǎn)播機位中,除了采用10個以上標(biāo)準(zhǔn)高清有線訊道攝像機外,還大量采用包括高速攝像機、超高速攝像機、軌道、吊索攝像機(飛貓、蜘蛛)、航拍、無線攝像機等特種設(shè)備機位,而遙控攝像機也是其中一類。遙控攝像機在模擬和標(biāo)清時代都有應(yīng)用。根據(jù)使用功能和架設(shè)位置的局限,遙控攝像機大概能分為以下幾種類型:●遙控微型攝像機:由于架設(shè)位置的局限性,攝像機和云臺都采用的小型化和輕型化。微型攝像機可架設(shè)在場館頂部、球門后、賽車賽道邊緣等位置。其輸出信號及遠程段對攝像機鏡頭伺服、機頭調(diào)整以及云臺俯仰和水平方位的遙控信號以及電源供電等全部要在遠程端提供。由于信號、控制以及電源是分別提供的,因此,多條電纜得布設(shè)成為了該系統(tǒng)架設(shè)的必要條件。由于在信號傳輸線中采用了用視頻線傳輸PAL模擬或者SDI數(shù)字信號,因此,首先在信號傳輸上就受到了距離的限制。因此,此類微型攝像機的使用有一定的局限性;●云臺遙控攝像機:此類設(shè)備僅攝像機部分完全可以是任何種類的攝像機,根據(jù)使用定位對攝像機進行選型?？梢允枪I(yè)監(jiān)控攝像機,也可使是廣播質(zhì)量的攝像機。關(guān)鍵是使用功能和范圍。通常有室外和室內(nèi)兩種,在野外架設(shè)的云臺和攝像機具備完善的防雨和放風(fēng)設(shè)施?？梢杂糜谑彝庖巴忾L期無人值守機位,如:某些電視臺在新聞播報時使用的全天候、全遙控室外全景鏡頭等。這種攝像機的架設(shè)通常為一次性安裝,裝置笨重且牢固;●超微型遙控攝像機:此類攝像機有很小的攝像頭和很小的云臺裝置。通過短距離的控制和信號傳輸,實現(xiàn)對某種場景的拍攝。比如:魚竿遙控攝像機。由于其信號質(zhì)量的局限性,通常用于體育賽事的過渡鏡頭;●微型定點攝像機(PointOfView,POV):嚴(yán)格地說它并不屬遙控攝像機。因為它既不需對攝像頭部分(通常為定焦鏡頭),也不對云臺部分進行遙控。只是解決信號和供電部分的傳輸。由于其體積微小,通常架設(shè)在球網(wǎng)、賽事器械以及其它難以有空間架設(shè)拍攝設(shè)備的區(qū)域里。所拍攝畫面只是固定的定焦鏡頭,因此,通常被用于花絮鏡頭。由于信號傳輸與供電會受到電纜傳輸距離的限制,加之?dāng)z像頭的超小型化,此類攝像機不可能成為廣播級;2007年,中央電視臺自主設(shè)計了首輛國產(chǎn)B類高清電視轉(zhuǎn)播車。除了車體結(jié)構(gòu)、高清主體設(shè)備選型以及高標(biāo)清系統(tǒng)兼容制作是該工程主要課題以外,鑒于遙控攝像機在外場轉(zhuǎn)播使用的頻發(fā)性和特殊性,我們對于系統(tǒng)配置中遙控攝像機的選型、設(shè)計以及配置進行了認真的市場調(diào)研和技術(shù)論證。在分析各類遙控攝像機的功能特點,并吸取以往遙控攝像機在使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,工程組把新引進遙控攝像機分為了以下四個工作階段:功能定位、設(shè)備選型、傳輸方案、整體集成。作為該項目的主要負責(zé)人參與了以上各個階段的工作以及日后的實際運行工作。下面就各個階段中碰到的問題、解決方案以及我們再實際運行的經(jīng)驗做以下介紹。一測拍攝設(shè)備的功能定位標(biāo)清時代中央電視臺轉(zhuǎn)播部有著多年遙控攝像機的使用經(jīng)驗,也深諳應(yīng)用中存在的不足。其分類與不足在上文已經(jīng)有所描述。如何采用新技術(shù),規(guī)避缺陷是我們在新系統(tǒng)建設(shè)中的課題。顯然,高質(zhì)量、遠距離、傳輸簡單可靠、全功能遙控應(yīng)該是遙控攝像機的要素和關(guān)鍵詞。曾經(jīng)有把遙控攝像機和微型攝像機概念混淆的觀點,認為遙控攝像機就一定在攝像機和云臺選型上采用微型設(shè)備。因此,把攝像機機頭的體積大小作為選型的先決條件,這樣就直接限制了圖像指標(biāo)和鏡頭參數(shù)的選擇。1/2英寸IT3CCD已經(jīng)是標(biāo)清系統(tǒng)中指標(biāo)較高的了,相比標(biāo)清廣播級攝像機的2/3英寸FIT3CCD攝像機其信噪比與靈敏度有明顯不足。此類攝像機在遠程端對各項技術(shù)參數(shù)的調(diào)整能力較差,其圖像質(zhì)量在轉(zhuǎn)播整體制作中與系統(tǒng)中與其他有線訊道圖像切換時能明顯的質(zhì)量差別。另外,1/2英寸CCD攝像機所相配的鏡頭選擇也十分有限,制約了鏡頭拍攝的范圍。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗,遙控型攝像機在外場各類節(jié)目制作中,體育節(jié)目對架設(shè)環(huán)境有很嚴(yán)格的限定,如:臺球桌的袋口、球網(wǎng)以及特殊賽事器械上,對這些場景的拍攝通常注重的是瞬間,而不是整體過程。因此,在質(zhì)量和拍攝角度的選擇上通常選擇是難能可貴的角度。但是對于許多大型場景節(jié)目制作,對遙控攝像機全套裝置體積的要求并沒有那么苛刻,除了能夠?qū)崿F(xiàn)遠程全功能遙控外,更在乎圖像質(zhì)量在全系統(tǒng)中的統(tǒng)一性和調(diào)整性,因此,開發(fā)一套廣播級高質(zhì)量、能夠通過簡單方式實現(xiàn)全功能遙控、供電并能遠距離傳輸?shù)娜b控攝像機,是我們開發(fā)此套設(shè)備的功能定位。首先,為了實現(xiàn)廣播級攝像機的指標(biāo),工程組將新系統(tǒng)中攝像機物理尺寸放寬,但在指標(biāo)上應(yīng)有以下定位:●采用2/3英寸3CCD;●應(yīng)具備與標(biāo)準(zhǔn)高清攝像機相近的信噪比與靈敏度;●采用B4型標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭卡口;●有獨立的攝像機調(diào)控單元(OCP),可以對光圈、底電平、分路增益及底電平等參數(shù)進行遙控調(diào)整;●攝像機機頭可以輸出HDSDI信號并具備三電平外鎖相能力。不難看出,以上這樣指標(biāo)與廣播級高清攝像機在主要指標(biāo)功能上有很相近的要求。如:對信噪比與靈敏度的要求等同于廣播級相同,對分路增益和底電平進行調(diào)整,目的是與系統(tǒng)內(nèi)攝像機圖像質(zhì)量的匹配,采用B4型光學(xué)通用接口,目的是可根據(jù)節(jié)目制作需求更換不同變焦比的通用鏡頭,另外,外鎖相能力可以使該機不經(jīng)幀同步器鎖相直接進入系統(tǒng)參加切換。其次,是對遙控云臺的選擇。通過市場調(diào)研,雖然市場上有許多可選擇的云臺,但是其常規(guī)參數(shù)不能完全滿足我們的需求,例如最大旋轉(zhuǎn)速度、承重兩個參數(shù),有些工業(yè)監(jiān)控云臺在說明書上能夠達到我們的需求,而在實際測試中卻有差距,無法滿足拍攝需求。對于參與轉(zhuǎn)播制作的遙控云臺,其技術(shù)要求是要專業(yè)攝像師通過遠程控制,圖像的推、拉、搖、移達到1:1的仿真效果。從而實現(xiàn)導(dǎo)演提出的創(chuàng)作意圖。對云臺的水平旋轉(zhuǎn)和垂直俯仰的控制過程也是圖像創(chuàng)作的一部分。其速度的加減、啟動及停止的平滑性,都是電視轉(zhuǎn)播用云臺的品質(zhì)特征。有些工業(yè)監(jiān)控云臺盡管有很高的最大旋轉(zhuǎn)速度指標(biāo),但其加速曲線是階梯式的、跳躍式的。另外,工業(yè)監(jiān)控云臺在標(biāo)準(zhǔn)承重狀態(tài)下也會在速度變化和起停時出現(xiàn)遲滯和過沖現(xiàn)象。這與工業(yè)監(jiān)控云臺伺服系統(tǒng)的設(shè)計有關(guān)、也與控制面板跟蹤電位器的量化比特、傳輸速率有關(guān)。根據(jù)這些市場調(diào)研情況,我們得出結(jié)論,不要只是看其廣告頁的技術(shù)數(shù)據(jù),需要實際測試才能選出適用的產(chǎn)品。經(jīng)過反復(fù)篩選松下公司的AK-HC910高清攝像機與AW-PH400型高速云臺基本滿足我們的使用需求。二傳輸距離及傳輸條件選擇攝像機與云臺的選型實際只完成了工程的四分之一。如何實現(xiàn)將攝像機與云臺有機結(jié)合,再與轉(zhuǎn)播車之間實現(xiàn)安全可靠的信號傳遞才是工程的重中之重。如果僅僅是功能實驗,相對比較簡單。但是作為實際外場運行的在線參與直播的制作系統(tǒng),即要實現(xiàn)功能,又要通過必要的可靠性試驗,確保一線使用的安全性和可靠性。轉(zhuǎn)播車與高清攝像機、云臺之間的多規(guī)格信號連接是較為復(fù)雜的。在模擬和標(biāo)清時代,由于有多種信號的傳輸,遙控攝像機的視頻信號傳輸通常為綜合多芯電纜或為加長傳輸距離直接采用視頻同軸電纜。以極端數(shù)據(jù)為例:以標(biāo)準(zhǔn)L-5視頻電纜傳輸SD-SDI信號最遠值為420米(見表1),但是我們也可以從表中看出即便采用最好的同軸電纜,HD-SDI信號可靠傳輸距離也只有200米左右。顯然遠遠不能滿足外場轉(zhuǎn)播特種機位、特殊位置的使用要求。對于控制信號的傳輸,距離同樣是個難點。松下AW-PH400型高速云臺的控制信號其標(biāo)準(zhǔn)為10Mbps的RS485標(biāo)準(zhǔn),推薦采用超5類八芯雙絞線,其傳輸距離只為50米。如果采用一種專用的協(xié)議轉(zhuǎn)換器,可以將10Mbps的RS485降為RS4221Mbps,其傳輸距離可以加長150米。對于AK-HC910高清攝像機控制信號的傳輸距離更為有限。攝像機與專用攝像機調(diào)控單元(OCP)之間采用標(biāo)準(zhǔn)RS232協(xié)議,其傳輸距離的理論值只有15米。最后一個關(guān)鍵難題就是:供電。AW-PH400型高速云臺采用220VAC或24VDC供電,總功率為160W。由于遙控攝像機的架設(shè)地點基本都在遠離事件發(fā)生地主區(qū)域,如:建筑吊頂、舞臺制景高端以及遠距離端等。這些區(qū)域很難找到220VAC供電,即使單獨鋪設(shè)電源,能否找到與轉(zhuǎn)播車共地的電源系統(tǒng)、特別是對遠端設(shè)備的電源控制(加電/斷電)也有一定難度。綜上所述,采用光纖技術(shù)解決視頻、控制信號的傳輸成為不二之選。工程組第一時間就鎖定了SMPTE311M規(guī)格的攝像機專用復(fù)合光纜,這種規(guī)格的復(fù)合光纜專為外場轉(zhuǎn)播設(shè)計。有多層防護、耐碾壓、耐抻拉有良好的戶外特性。配以SMPTE304M規(guī)格的光纜接口,連接方便可靠,這也是中央電視臺在外場高清系統(tǒng)建設(shè)中對有線訊道攝像機確定的光纜接口標(biāo)準(zhǔn)。對訊道內(nèi)攝像機和遙控攝像機采用標(biāo)準(zhǔn)接口徹底解決了高清遙控攝像機信號的傳輸距離、質(zhì)量以及系統(tǒng)供電的問題,同時實現(xiàn)了轉(zhuǎn)播系統(tǒng)內(nèi)攝像機訊道線纜的相互備份。從SMPTE304M規(guī)格的光纜接口我們可以看到復(fù)合光纜中有兩條單模光纖、兩條電源線、兩條數(shù)據(jù)線。要充分利用復(fù)合光纜中的資源,用一條電纜解決高清遙控攝像機的全部信號需求。如表2和圖3。傳輸方式及線纜決定后,下一步的問題就是選擇光傳輸模塊。在市場調(diào)查中關(guān)注到Telecast5442系列光端模塊的特性。該設(shè)備具備在兩條單模光纖上傳輸一路單向HD-SDI,一路模擬視頻,并具備一路雙工RS422/1Mbps或RS485半雙工以及一路RS232的功能。由于它能滿足我們對遙控攝像機的傳輸要求,因此,TelecastCP-5442模塊被確定為光傳輸?shù)氖走x方案。如圖4。關(guān)于供電,前方端攝像機和云臺的電源需求分別是DC12V和DC24V。我們曾經(jīng)考慮過通過攝像機復(fù)合光纖提供DC24V,在遠端進行相應(yīng)的DC/DC轉(zhuǎn)換實現(xiàn)不同電壓需求的設(shè)備供電。但是由于復(fù)合光纜中的電源芯線直徑只有一平方毫米,因此,在長距離低壓24V傳輸時損耗會很大,這就限制了遙控攝像機的應(yīng)用距離。另外在調(diào)研中也有高清攝像機生產(chǎn)廠商以AC110V或115V通過攝像機基站向前端攝像機頭供電的方式,傳輸距離可以達到1000米以上。采用交流AC110V電壓與設(shè)備生產(chǎn)國用電標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。最終,工程組決定采用在復(fù)合光纜的電源芯線上傳輸符合我國市電標(biāo)準(zhǔn)的220VAC電源,在遠程端進行220VAC/24VDC轉(zhuǎn)換,同時利用PH400內(nèi)部的DC/DC模塊將24V轉(zhuǎn)換成12V為高清攝像機HC910供電。為確保人員及設(shè)備安全,在轉(zhuǎn)播車的供電端配備過流保護和漏電保護模塊。三dc24v、i/o面板選購設(shè)備到貨后,工程組根據(jù)技術(shù)方案自主進行了系統(tǒng)集成工作。全套系統(tǒng)分為本地基站、前端基站、前段設(shè)備、遙控面板等四大組件?！癖镜鼗?光端機模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、安全供電模塊、AC/DC12V模塊及I/O面板;●前端基站:光端機模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、AC/DC12V模塊、AC/DC24V模塊及I/O面板;●前段設(shè)備:云臺及攝像機機頭;●后端遙控:含云臺控制面板和攝像機控制面板OCP等;具體見圖5,系統(tǒng)集成接口以及集成方框圖。除了按照設(shè)計方案對各設(shè)備進行集成和調(diào)試外。我們在集成工藝上也進行了適應(yīng)戶外條件連接工藝上的改造。比如:PH400云臺的原控制接口采用RJ45標(biāo)準(zhǔn),通過云臺I/O面板連接到攝像機的控制信號采用1394接口。這兩種接口形式都不是理想的戶外安全連接方式。RJ45接口只有一個簡單的塑料彈片卡鎖,遇氣候寒冷彈片很容易斷裂,造成接觸不良。而1394接口根本沒有鎖止結(jié)構(gòu),輕輕一拉就容易脫落。工程組在云臺I/O面板的側(cè)面新設(shè)計了一個16芯的綜合電纜工業(yè)接連接器,把DC24V、云臺控制、OCP控制、三電平同步信號集成在一條電纜中。前端基站通過這條16芯電纜與云臺連接,工業(yè)接連接器采用螺口鎖緊,從根本上解決了連接安全性問題,也簡化了安裝難度,如圖6和圖7。四基于ac/dc鋼網(wǎng)的信號檢測自從2007年遙控攝像機隨中央電視臺第一輛高清轉(zhuǎn)播車投入使用后,其性能和效果達到了我們的設(shè)計初衷,并廣泛地運用在各類大型轉(zhuǎn)播活動和體育賽事轉(zhuǎn)播中,發(fā)揮了其效益,得到了節(jié)目部門的認可。但在實際運行中也確實出現(xiàn)過一些問題,筆者簡述幾個主要問題及其解決方法。●試運行中偶爾出現(xiàn)HDSDI信號丟失或云臺數(shù)據(jù)無法連接的故障。最初判斷是光端模塊不良。對于使用光纖傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)訊道攝像機,普遍配有光路狀態(tài)監(jiān)測指示燈,通過指示檢測,對復(fù)合光纜中兩條單模光纖的光衰狀況一目了然。而TelecastCP-5442光端模塊無此能力,對光纜接點的狀況無法確定,容易造成判斷失誤。為排查故障,我們將此條光纜連接到訊道內(nèi)攝像機中測試才發(fā)現(xiàn)問題。實際上,主要問題在于光通路的清潔上。之后,在每次使用前,都要求技術(shù)人員認真進行光纜接口的清理和測試,故障不再發(fā)生;●云臺內(nèi)部為攝像機供電的DC/DC模塊的直流保險經(jīng)常熔斷,故障現(xiàn)象主要出現(xiàn)在本地基站向前端基站供電出現(xiàn)跳閘后。經(jīng)分析,有兩個造成故障的因素,其一,由于本地基站供電模塊選定的保護電流較小,初次加電時電流沖擊較大,從而造成跳閘。而操作人員馬上進行二次合閘,造成了二次沖擊;其二,經(jīng)測量,前端基站的AC/DC24V模塊在AC斷電后DC端的24V電壓是緩慢下降的。但內(nèi)部的DC/DC直流電壓轉(zhuǎn)化模塊仍在工作,為實現(xiàn)12V輸出正常,該模塊會不斷地提高入口電流造成了保險熔斷。為了在根本上解決問題,我們在前端基站AC/DC24V模塊DC輸出口加裝一只由AC驅(qū)動的5秒延時繼電器,并適當(dāng)增加本地基站供電模塊保護電流的閥值;●在系統(tǒng)集成調(diào)試時,發(fā)現(xiàn)復(fù)合傳輸光纜的屏蔽保護層在長距離供電時耦合了AC電壓,最高測得110V。手觸摸時會有電流感。為了傳輸安全,把本地基站光纜接口的屏蔽層引出,進行可靠接地,問題得以解決。五ip的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用時,我們認為該套系統(tǒng)還可有其它領(lǐng)域上的拓展使用。比如:在節(jié)目形態(tài)上沒有遙控攝像機制作需求時,系統(tǒng)的本地基站與前端基站可以組成一套完善的臺口箱系統(tǒng)(野戰(zhàn)箱)?？蓚鬏?shù)男盘栍幸韵聨讉€內(nèi)容:●高質(zhì)量的