數(shù)字高清電視轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)的設(shè)計

數(shù)字高清電視轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)的設(shè)計

1數(shù)字高清轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用隨著數(shù)字高分辨率電視系統(tǒng)的發(fā)展，對數(shù)字高清明度電視轉(zhuǎn)播車的需求越來越大。這是因為中國的許多電視臺和電視機構(gòu)正在使用和準備高清明度的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)播車。本文結(jié)合青海廣播電視臺高清轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗,針對系統(tǒng)建設(shè)中涉及的關(guān)鍵技術(shù),研究了如何使數(shù)字高清電視轉(zhuǎn)播車在視頻系統(tǒng)設(shè)計上更合理,更符合實際需要。高清電視轉(zhuǎn)播車是一個由視頻、音頻、同步、通話、監(jiān)視、配電、周邊設(shè)備多個分系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)。其中,視頻系統(tǒng)由攝像機系統(tǒng)、切換臺、矩陣、字幕系統(tǒng)(或在線包裝)、錄放像系統(tǒng)等分系統(tǒng)構(gòu)成,主要作用就是完成視頻信號的采集、制作、播出或錄制。電視轉(zhuǎn)播車視頻系統(tǒng)設(shè)計是一種使用現(xiàn)代電視技術(shù)和設(shè)備進行系統(tǒng)整合以滿足電視視頻制作需要的工程設(shè)計,視頻系統(tǒng)的設(shè)計是整個高清轉(zhuǎn)播車工程的核心之一。2軟件的設(shè)計特點高清電視轉(zhuǎn)播車在視頻系統(tǒng)設(shè)計時以安全、靈活、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟為主要原則?？紤]完善的備份措施,主要設(shè)備采用1+1備份方式,避免單一饋點的出現(xiàn);關(guān)鍵設(shè)備配置主、備電源,模塊及電源可熱插拔,便于維修;切換臺、矩陣等核心設(shè)備的輸入輸出均采取上跳線的方式,以備備份設(shè)備也出現(xiàn)故障時的應(yīng)急操作;足夠的輸入輸出接口,滿足不同格式的信號需求;較強的系統(tǒng)擴展能力,預(yù)留充足的擴展擴容裕量;專業(yè)的人性化設(shè)計方案。需要考慮兼容現(xiàn)行的標清數(shù)字信號格式,整車應(yīng)具備多格式制作能力。3高清標準節(jié)目管理系統(tǒng)1)設(shè)計依據(jù):根據(jù)電視臺的實際需求和國家相關(guān)標準進行設(shè)計。2)系統(tǒng)功能:具有直播和錄制功能。能夠承擔(dān)大型綜藝節(jié)目和重大體育賽事等活動的直播制作任務(wù)。3)設(shè)計內(nèi)容:本系統(tǒng)采用的高清系統(tǒng)編碼標準為1080/50i。面向高清,采用上下變換滿足標清制作需要,可同時制作2套不同的高/標清節(jié)目。4)系統(tǒng)整體設(shè)計為高清系統(tǒng),可同時制作標準節(jié)目。系統(tǒng)配置高清攝像機10臺,高清高速攝像機2臺。視頻切換臺為2ME、2DSK,分級輸出。高清矩陣進行信號源調(diào)度。隨信號源調(diào)度,源名、TALLY指示自動跟隨,實現(xiàn)動態(tài)管理。配置高清幀同步器和上變換器,以調(diào)用外部信號。5)技術(shù)特點:以高清內(nèi)核為主,具備系統(tǒng)級聯(lián)能力,兼容高標清制作。高清制作采用16∶9監(jiān)看,標清制作采用4∶3監(jiān)看,監(jiān)看信號動態(tài)調(diào)度。主備同步自動倒換,提供B.B,Tri-level,Word-clock,EBU標準時碼等同步信號。動態(tài)UMD指示系統(tǒng)源名自動跟隨。多種通話方式共用一種解決方法,讓指揮調(diào)度更加輕松。6)技術(shù)難點:高標清信號的兼容問題,采用純高清內(nèi)核,配以外置上下變換器,提供各種格式的輸入輸出信號。7)多通道錄制問題:時鐘控制器輸出標準EBU時碼作為系統(tǒng)時碼,分配到錄像機、硬盤錄像機、硬盤錄音機等設(shè)備,有效地解決多通道錄制時碼同步的問題。8)多系統(tǒng)級聯(lián)問題:高清系統(tǒng)中擴展信道、現(xiàn)場飛行箱、微型攝像機等系統(tǒng)的級聯(lián)問題,可以通過“光級聯(lián)”或“電級聯(lián)”兩種方式解決。4sdvi/sdhsi接口高清轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)視頻信號的高清部分采用高清晰度串行數(shù)字分量1080/50i標準、HDSDI接口。經(jīng)下變換,支持SDSDI和模擬信號輸出,保證了高效快速地完成高質(zhì)量節(jié)目的制作和播出。視頻系統(tǒng)方框圖如圖1所示。4.1攝像頭系統(tǒng)1高清錄像視頻及高清鏡頭業(yè)界可供選擇的高清攝像機型號很多,Sony的HDC系列、Ikegami的HK系列、Panasonic的AK系列、Thomson的LDK系列、日立的SK系列等。在設(shè)計攝像機系統(tǒng)時,攝像機的選擇必須滿足各種體育賽事和文藝活動等室內(nèi)外節(jié)目拍攝需求,所配備的廣播級便攜數(shù)字高清攝像機數(shù)字處理要求大于等于14bit,信噪比大于60dB,采用SMPTE光纜傳輸方式,可以用于16∶9和4∶3兩種制作模式。其中標準掃描攝像機10套,3倍幀掃描速度攝像機2套。4部攝像機配置大鏡頭、大鏡頭適配器和重型三腳架,4個76X高清電視箱式鏡頭,7個22X高清電視標準鏡頭,2個13X超廣角高清鏡頭。每臺攝像機還配有演播室大尋像器、單目尋像器、遮光罩等。經(jīng)過多方比較,高清電視轉(zhuǎn)播車10臺廣播級質(zhì)量標準掃描攝像機選用了Panasonic公司AK-HC3500MC攝像機。AK-HC3500MC攝像機為3×2/3in(1in=2.54cm)CCD,220萬像素,寬高比16∶9,高清數(shù)字和模擬信號輸出。此款攝像機特點是:兼容1080/59.94i和1080/50i,攝像機內(nèi)安裝下變換板AK-HDC3500,可以從機頭輸出SD-SDI(BNCX1)信號和SDAnalog(VBS)(BNCX1)信號。F11.0靈敏度,60dB的S/N,拖尾小于-130dB。使用了新型CCD,靈敏度提高了半檔光圈值,藍路信號噪聲降低了3dB。單通道傳輸CCD像素偏置技術(shù)解決了高分辨率和調(diào)制度的平衡問題,改善了高頻響應(yīng)。動態(tài)范圍的擴展解決了高光部分的過度曝光和暗部區(qū)域的“漆黑無層次”的矛盾。兩個獨立通道的膚色可以單獨校正,色彩相位360°可調(diào),可進行多樣化細節(jié)調(diào)整。12軸獨立色彩校正EBU標準和NTSC標準彩色矩陣,滿足多樣調(diào)色需求。除了傳統(tǒng)彩色矩陣處理外,12軸色彩校正功能,還能對每一鐘顏色進行獨立、精細的色彩色調(diào)和濃度調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)一種顏色,不會影響其他顏色。色調(diào)保護電路保證了高亮區(qū)域的色彩重現(xiàn)。電影gamma曲線,使得畫面更加清晰亮麗。鑒于本車中標公司為日本國際精華株式會社和富士能株式會社聯(lián)合體,所以此次配備鏡頭全部為FUJINON鏡頭,包括:76倍HDTV箱式鏡頭內(nèi)裝2X倍率鏡,焦距范圍9.3~710,變焦比76;22倍HDTV鏡頭內(nèi)裝2X倍率鏡,焦距范圍7.3~161,變焦比22;13倍高清攝像機超廣角鏡頭內(nèi)裝2X倍率鏡,焦距范圍4.5~59,變焦比13,最大相對孔徑約1∶1.8,視場角93.38°,并配有鏡頭伺服控制器,數(shù)字變、聚焦全伺服控制系統(tǒng)。2國內(nèi)電視轉(zhuǎn)播車設(shè)備選型廣播級高清高速攝像機有Thomson公司的LDK6200和LDK8300、比利時i-Movix公司的SprintCamV3HD和SprintCamVvsHD和Sony公司的HDC-3300。其中,在國內(nèi)應(yīng)用較多的是Sony的HDC-3300,其次是Thomson公司的LDK6200和LDK8300,相對而言,比利時i-Movix公司的SprintCamV3HD、Sprint?CamVvsHD在國內(nèi)應(yīng)用較少,原因是比利時i-Movix公司雖然是專門制作高速攝像機的廠家,但其產(chǎn)品普遍應(yīng)用在歐洲國家,近些年才開始開發(fā)中國市場。目前,國內(nèi)電視轉(zhuǎn)播車的設(shè)備選型有兩大分類:一是Sony或Panasonic公司的產(chǎn)品,這兩個公司的設(shè)備在選擇其配套的高清高速設(shè)備時普遍使用的是Sony的HDC-3300;二是攝像、切換等設(shè)備是Thomson的,通常高清高速攝像機選擇也是Thomson公司的LDK6200或LDK8300。本車視頻系統(tǒng)核心設(shè)備普遍采用的是Pan?asonic公司的產(chǎn)品,鑒于幀速、模/數(shù)轉(zhuǎn)換比特數(shù)、接口匹配等問題,本車選擇了2臺Sony公司的HDC3300高清高速攝像機。Sony高清高速攝像機系統(tǒng)的HDC3300攝像機能夠以高速率捕捉全分辨率為1920×1080高清圖像,是1080/180i(59.94i)和1080/150i(50i)正常幀速的3倍,而捕捉1280×720高清圖像的速率,也是720/180p(59.94p)和720/150p(50p)正常幀速的3倍。攝像機捕捉的慢動作圖像,具有極高的質(zhì)量,并且通過Sony的尖端技術(shù)進行增強,從而可以最大限度消除慢動作圖像上常見的閃爍現(xiàn)象。A/D轉(zhuǎn)換器為14bit,可以實現(xiàn)優(yōu)異的圖像質(zhì)量,并具有高可靠性。HDC3300系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到10Gbit/s,傳輸給其配套設(shè)備HD?CU3300攝像機控制器。這一傳輸速率的實現(xiàn),通過標準SMPTE光纜(和HDC1580/1500相同的光纖),使攝像頭能夠向HDCU3300攝像機控制器傳輸超高質(zhì)量的寬帶信號,傳輸距離可達2500m。HDCU3300攝像機控制器允許通過3路HD-SDI輸出,將這些信號記錄到兼容的第三方服務(wù)器。高質(zhì)量正常速度高清圖像除高質(zhì)量慢動作圖像外,借助于LSI(大規(guī)模集成電路),HDC3300攝像機還可以提供高質(zhì)量的正常速度圖像。此外,HDCU3300攝像機控制器還能夠輸出這些正常速度圖像,與超級慢動作圖像同時進行實況傳輸,還可以同時采用HDC3300實現(xiàn)慢動作和標準拍攝這兩種用途,提高設(shè)備的多功用能力。4.2衛(wèi)星面板副切換目前,各種大、中、小型高清數(shù)字切換臺有很多種,Sony的MVS系列、Thomson的DD系列、泰克公司的GVG系列、Panasonic的AV系列、史諾偉思的HD系列,還有UTAH、ABEKAS、SNELL等公司的產(chǎn)品。根據(jù)切換臺實際運用情況,每級DSK都要求有單獨的CLEAN輸出;通過視頻切換臺主面板進行節(jié)目主制作;通過獨立的衛(wèi)星面板對大屏幕以及在精品節(jié)目錄制時進行副切換。主切換面板路數(shù)為高清標準攝像機信號X10,高清高速攝像機信號X2,外來信號X4,HDVTR重放X4,VGA信號X2,常規(guī)慢動作信號X2,高速慢動作信號X2,字幕信號X4(V、K各2路),測試信號X1,B.B信號X1,矩陣輸出4路,共計36路。副切換面板可實現(xiàn)16路輸入一級ME直切。配置可以做4個活動視頻畫中畫高質(zhì)量特技,幀存系統(tǒng)擁有2路同時輸出的信號,高清配置下存儲58幀。鑒于需要完成這些功能本車切換臺選擇了支持多格式,小型機箱設(shè)計,具有豐富功能的Panasonic切換臺AV-HS5200MC。此款切換臺在中國國內(nèi)市場占有率較低,但在日本市場占有率卻達到了61%。AV-HS5200MC采用最大2ME+2DSK+4DVP配置,標準輸入為18路,可擴展至最大36路。輸出的標準配置為6路(ME1,PGMx2,ME2,PVW,CLEAN),可以實現(xiàn)6路(AUX5-10)擴展。支持HD格式有1080/59i,50i,1080/23Psf,支持SD格式有480/59i,576/50i。4.3多速率矩陣切換器視頻矩陣的功能是調(diào)度視音頻信號和擴展切換臺有限的輸入、輸出通道,根據(jù)不同節(jié)目制作需要改變監(jiān)視墻的排布,錄制設(shè)備輸入源選擇,音頻、燈光等制作工種監(jiān)視源的選擇,大屏幕或參與制作顯示器件的選擇,攝像機返送源選擇,為視頻系統(tǒng)提供應(yīng)急切換等。各工位信號源的視頻矩陣選切,要求音頻跟隨視頻。為了實現(xiàn)HD和SD同步直播,并節(jié)省資金,制作流程的監(jiān)視設(shè)備采用SD格式,利用HD設(shè)備具備SD出口的特征和視頻矩陣可分層或聯(lián)動選切的特點,增加SD矩陣部分。對于顯示源動態(tài)管理的需求,通過控制矩陣和分割器實現(xiàn)大屏幕顯示及TAL?LY動態(tài)管理。為了與高清切換臺選型相兼容,選擇了Panasonic公司的多速率矩陣切換器AV-WM14K01MC。AV-WM14K01MC是一個可以處理從SDSDI信號率(143~270Mbit/s)到HDSDI信號率(1.5Gbit/s)的矩陣路由切換器。插板式機箱矩陣,SDSDI視頻輸入路數(shù)68SDSDI/HDSDI/AES3,視頻制式625/50i、1080/50i,自動均衡,反射損耗-18dB(5~360MHz),正常輸入電平800(1±10%)mVpp;SDI視頻輸出路數(shù)68SD/HDSDI/ACS3,視頻制式625/50i,1080/50i。矩陣切換器根據(jù)指定信號率進行時鐘恢復(fù)處理,也可以不進行指定,選擇自動跟隨輸入信號的模式。在一個輸出單位上可以設(shè)定不同的信號率,也可以設(shè)定為跟隨輸入信號率的自動速率對應(yīng)模式。可以通過17個輸入輸出單位進行增設(shè),可以將系統(tǒng)增至136×136路輸出這一最大的矩陣配置。將冗余電源作為標準配置,力求在出現(xiàn)故障時,提高應(yīng)對方面的可靠性。輸入輸出單元、矩陣單元、電源組都支持熱插拔,即使出現(xiàn)故障也能在通電的狀態(tài)下進行單元更換。支持通過同軸LAN的遠程控制,即使是從多個遠程面板實施的復(fù)合操作,也可以通過一根同軸電纜來實現(xiàn)。支持以下附加功能:恢復(fù)功能,接通電源時,可以在上次關(guān)閉電源時所選擇的狀態(tài)下啟動,也可以將這一功能設(shè)為無效,在初始狀態(tài)下啟動。指定初始選擇點,在恢復(fù)功能無效的情況下接通電源時,雖然將按照初始設(shè)定的狀態(tài)啟動,但是可以在每次輸出時指定初始值。基準信號的選擇,多速率矩陣切換器AV-WM14K01MC系統(tǒng)作為系統(tǒng)參照信號,支持SDTV黑場信號和HDTV三電平同步信號,可以指定當(dāng)中的任何一個為有效信號。當(dāng)系統(tǒng)中的HDTV信號和SDTV信號混在一起時,可以指定將格式轉(zhuǎn)換器的延遲相位差(按HDTV系統(tǒng)換算,則為75H)考慮在內(nèi)的切換點。4.4節(jié)目制作及監(jiān)視在標清向高清電視轉(zhuǎn)換期間,建造高標清兼容制作系統(tǒng),在狹小的車內(nèi)空間要滿足監(jiān)看視角、位置、距離,涉及到車體內(nèi)部各個功能分區(qū),各工位工作人員的不同監(jiān)看需求和高清、標清不同寬高比輸入和處理的需要,監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計成為了高清轉(zhuǎn)播車的“難點”。本車技術(shù)區(qū)采用7臺高清20in監(jiān)視器DT-V20L1D,1臺高清CRT監(jiān)視器BVM-A20F1M。節(jié)目制作區(qū)采用6臺高清20in監(jiān)視器DT-V2061D,2臺46in液晶監(jiān)視器TL-M4600。導(dǎo)演區(qū)監(jiān)視墻采用6臺SHARP52inPN-521高清晰度液晶監(jiān)視器,導(dǎo)演區(qū)用2臺高清20in監(jiān)視器DT-V20L1D。音頻區(qū)監(jiān)視采用2臺JVC24inDT-V24L1D寬屏高清/標清液晶視頻監(jiān)視器。其中,2臺46in和6臺52in液晶監(jiān)視器采用4個16分割器,將每個大屏進行8分割;其余監(jiān)視器采用8個8分割器進行4分割。多畫面分割器采用了Evertz最新款的MVP多畫面監(jiān)視系統(tǒng),適合于數(shù)字電視過渡階段中多種格式信號混用的情況下,利用單個系統(tǒng)完成所有視頻/音頻信號的多畫面監(jiān)控。MVP系統(tǒng)功能強大,配置靈活,操作簡便,運行可靠,圖像監(jiān)視質(zhì)量符合廣播級的嚴格要求,輸入/輸出延時小,運行穩(wěn)定。模塊支持熱插拔,更換后恢復(fù)速度快,單個模塊故障不會影響其他模塊上所有信號的正常顯示。具有多格式信號輸入,自動檢測,設(shè)置操作方便,信號接口豐富,配置靈活,滿足各類不同信號的監(jiān)視要求。并且采用雙電源、雙顯示處理卡的設(shè)計方式,增加了設(shè)備運行的可靠性。4.5sdi編輯系統(tǒng)由于青海臺在從模擬設(shè)備向數(shù)字設(shè)備轉(zhuǎn)換時,普遍選用了Panasonic,為了兼容之前數(shù)字標清節(jié)目,錄像系統(tǒng)也就選擇了Panasonic錄像設(shè)備。本系統(tǒng)錄像設(shè)備由4臺AJ-HD1800WMC廣播級演播室高清編輯錄像機、2臺AJ-D955BMC廣播級演播室標清編輯錄像機和1臺編輯控制器AG-A850MC組成。高清編輯錄像機選用AJ-HD1800WMC是因為其具有IEEE1394數(shù)字接口、可以直接進入移動非線性編輯系統(tǒng),擁有DVCPROHD超長盒帶錄制編輯能力可以在直播節(jié)目時,不用倒換錄像機放帶,記錄時也不用倒換錄像機。而且其優(yōu)越性還體現(xiàn)在720/50p圖像能力、內(nèi)置輸入上變換器和好的性價比等方面。在聲音方面,AJ-HD1800WMC提供了16bit線性PCM音質(zhì),利用8條嵌入式通道可以實現(xiàn)5.1聲道環(huán)繞聲的錄制。AJ-HD1800WMC使用HD-SDI端子可以用于獨立的輸入/輸出及所有8條通道的編輯。在多格式高清錄制與回放上,AJ-HD1800WMC既可以錄制1080i/720p視頻信號的所有高清廣播格式,還可以回放所有的DVCPRO高清源材料,其中包括由AJ-HDX900DVCPRO高清攝錄機錄制的1080/23.98p(基于59.94i)以及由Varicam錄制的720/24p和720/25p(基于60p),內(nèi)置的高清交叉變換器可以在1080i與720p等高清格式之間來回變換。在標清源材料的回放與上/下變換的轉(zhuǎn)換上,AJ-HD1800WMC也具有很大的優(yōu)勢,可以播放DVCPRO50,DVCPRO,DV和DVCAM等標清源材料;AJ-HD1800WMC內(nèi)置的上/下變換器可以根據(jù)標清源材料輸出高清數(shù)據(jù)或根據(jù)高清源材料輸出標清數(shù)據(jù)。高清數(shù)據(jù)和標清數(shù)據(jù)還可以同步輸出,此外,為了增加靈活性,還具有幅型比變換功能。4.6慢動作視頻制作模塊多機位慢動作回放是高質(zhì)量轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一,本車的慢動作系統(tǒng)使用2臺EVS6個通道(4入2出)慢動作錄像機,每個錄像機通道的輸入信號通過矩陣的遙控面板來選擇,這樣可任意使用系統(tǒng)內(nèi)的攝像機進行慢動作回放。本車選用了BelgiumEVS的2臺6通道XT+(2)視頻服務(wù)器和4臺慢動作控制器,其中2臺高速攝像機的6路信號直接進入2臺EVS,剩余2路信號經(jīng)過矩陣切換,可在10臺普通高清攝像機中任選2路進行慢動作操作,從而實現(xiàn)2臺超級慢動作(SSM)攝像機和多臺慢動作(LSM)攝像機信號的記錄、編輯、重放以及精彩片段編輯和重放。視頻制作管理軟件有通道資源管理器:提供網(wǎng)絡(luò)中所有XT服務(wù)器的統(tǒng)一視圖,包括各自的配置(I/O通道數(shù)量),允許多個通道綁定,用于同步重放和瀏覽,比如在鍵和填充應(yīng)用中重放素材片段或播表;數(shù)據(jù)庫資源管理器顯示和管理EVS的XNet網(wǎng)絡(luò)中的可用媒體內(nèi)容,XT+(2)服務(wù)器中保存的片段或播表記錄在冗余中央SQL數(shù)據(jù)庫中,可以被即時瀏覽和重放;IP控制面板有效控制XT服務(wù)器,提供類似于錄像機的界面,可以鎖定現(xiàn)場、綁定PVW/PGM輸出,創(chuàng)建、編輯和滾動片段列表等;EVS還可以控制傳統(tǒng)設(shè)備,比如線性編輯器,提供了即時操作EVSXNet網(wǎng)絡(luò)中所有可用素材的能力及第三方編輯器、控制器和切換臺共享控制;IPDirector中IPLogger提供非常簡單的描述性元數(shù)據(jù)賦值方法,IPLogger向?qū)Э梢愿鶕?jù)不同的制作需求創(chuàng)建標記表,可以標記同一個動作的不同機位,具備事后回顧、編輯標記表中內(nèi)容的能力,通過這種片斷關(guān)鍵詞的添加,慢動作服務(wù)器中存儲的慢動作片斷都成為了有序的和可檢索的,徹底改變了以往只能通過畫面來搜索慢動作片斷的歷史,提高了慢動作片斷的可用性。考慮到青海臺綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)即將投入使用,本車需要具備日后與非線性編輯網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換能力。XT+(2)服務(wù)器可以選擇多種格式采集,包括MXF、Ap?ple和AVID,通過X-file和以太網(wǎng)絡(luò)可以和外部實現(xiàn)資源共享。同時,XT+(2)也不只作為慢動作服務(wù)器,也可作為硬盤錄像機和放像機使用,特別是放像時檢索時間短