一．引言
随着视频服务器技术、GPU显卡处理技术、图像渲染技术、色键处理技术等水平的高速发展，演播室制作系统向多功能化发展,满足电视台各类栏目的制作。福州台五楼直播室要求建设成一个带虚拟演播室和DDN远程直播室的多功能直播系统，既满足综合自办栏目的录制，又满足家禧购物频道远程节目传送与延时直播；还可以通过视频服务器实现与异地远程演播室的数字视频接收和文件推送，以及实现和播出部门之间视频信号的传送和播出文件的推送；将来还可以通过全台网实现与全台各演播室、后期编辑平台的互联互通。
二．直播室安全播出方面的设计考虑
直播安全至为重要，要求该系统设计成一主一备双通道应急备份系统，从设备选型、功能质量等多个方面来保证整个系统正常安全运行。它主要由视频系统、音频系统、通话系统、字幕系统、网络平台系统、灯光电源系统构成。这里重点讲讲视频系统和音频系统的从安全直播角度考虑的设计与应用，后面再介绍DDN远程直播系统和虚拟演播室系统两个子系统。
视频系统方框图如图1所示，信号源有3路摄像机信号、1路虚拟系统合成的视频信号、2路MSW-A2000P录像机播放信号、DDN远程直播系统的2台视频服务器一主一备共4路输出信号、VGA转SDI信号、以及其他信号源（包括非编设备输出信号、其他演播室转送来的信号等等），他们经过视频分配后其中一路送到主切换台，另一路送到应急切换矩阵，还有一路送入监看监听系统。我们选用了池上HK-399PAW摄像机全数字标清摄像机，它采用最新开发的分光棱镜，拍摄出的画面优质清晰色彩亮丽。演播室以蓝色箱体作实际背景，使用SONY MFS-2000特技切换台作为主切换台，提供了M/E级上的两个全功能键和P/P级上的两个下游键，经过简单地设置后标清格式可以成为高清格式，为将来的高清系统的升级提供方便。系统选用Miranda周边设备、Clearcom通话系统、Canare跳线盘，以及安徽现代时钟系统。多画面分割器选用Miranda的KALEIDO-X16-D，它能够自识别HD/SD/模拟信号，2个多画面输出到2台Panasonic 50英寸高清等离子监视器电视墙，画面分割简单方便，每个分割的画面可以标识，还可以带上音柱电平显示。主备切换台的2路输出信号经过2选1切换开关切换后，经过音频加嵌器，嵌入调音台的模拟输出音频信号，再经过延时器、分配器后输出，送往播出部门总控矩阵播出、录像机录制、视频服务器录制上载、非编设备上载、现场观看、其他演播室调用等等。
图1 视频系统方框图
由于本演播室大量时间是用于节目直播，因此播出安全就成为系统设计时必须重点考虑的问题，本演播室在安全播出方面考虑了以下三个方面。
1．当系统中主切换台出现故障时，通过切换2选1应急切换开关无缝切换到HARRIS 16*16备切换矩阵，启用备切换矩阵来切换信号，保证主路播出的视频信号不中断，节目不受影响而正常直播。
2．当虚拟场景系统出现故障的时候,利用切换台的色键抠像功能作虚拟系统场景的备份。
3．系统中不仅有完备的视频应急备份，也有完备的音频应急备份。音频系统如图2所示。信号源有4路无线麦音频信号、4路有线麦音频信号、2台放像机音频信号、4路服务器输出的音频信号、1台DVD机音频信号，观众热线电话接入电话耦合器的音频信号以及其他音频信号源。我们选用英国MIDAS VENICE 320作主调音台，SONY MXP-210备调音台。无线话筒采用Shure SLX14/93配纽扣式全向电容话筒，有线话筒用Shure MX391/C，采用多路话筒音源，互为备份，当一路出故障时可以马上换另一路话筒音源播出，当主调音台出故障时，通过切换应急切换开关,选用备调音台，输出的音频信号经过美国DBX 266XL压限器后送到音频嵌入器,嵌入模拟音频信号到SDI信号中。本虚拟演播室系统由于系统图形工作站数据处理计算量大等原因，图像的处理要滞后于音频，经过测试视频有8帧的延时，考虑到演播室多路传声器音源，我们没有采用虚拟系统本身的音频延时，而是启用了TC electronic的专业音频延时器D22，能断电直通，可以用时间、帧、场为延时单位，D22在使用时能提供无缝延时校正，避免产生各种不必要的噪音，变调或其它杂音。
图2 音频系统方框图
4．演播室在互联互通方面的考虑：
全台网是电视台节目制作的大势所趋，实现各子系统的互联互通是全台网系统关键的技术环节。按照全台各子系统互联系统的设计架构，采用基于ESB+EMB技术的主干平台，完成具体交互的流程的控制和设计，实现各子系统的互联和交互。各子系统通过增加相应的接口服务器，主要包括WebService服务器和FTP服务器，就可以实现各子系统之间的通信和元数据以及节目数据的传输。为此，本系统与我台播出系统采取两种连接，一是通过传统的视频电缆连接到播出系统的总控矩阵，由播出系统调用该信号进行播出和给演播室返送信号；同时视频服务器还采用了千兆以太网方式和播出系统的NAS存储阵列连接，在条件允许的情况下，直接将制作好的MXF文件送入NAS阵列，让播出系统通过视频服务器以文件的形式播出，大大提高了系统运用的灵活性和拓展性,这种设计也是基于远程直播的特点而设计的。该演播室预留了未来的媒资接口，通过回采服务和快剪服务，与台里采用FC-SAN双网结构的大洋非编网系统，实现节目数据和元数据传输，能够很方便的将所制作的节目推送到非编网。该演播室和大洋非编网是将来全台网构架的一部分，已建成的新闻媒资系统和正在建设的收录系统，都可连接到这个全台网中，到了那一天，就能实现该演播室信号通过全台网直接传输到媒资库。如图3所示。
图3 数字直播室系统与全台网构
三．DDN远程直播系统的设计与要求
家禧频道远程节目传送延时直播既是我台与外省城市节目合作与互动的一个初尝试，也是我台自办节目经济效益创收的一个新平台。要求能够实现功能有:节目信号传送，观众电话参入，服务器录制编辑，延时播出，满足将来接入全台网拓展的需要。
远程演播室直播信号传输现在一般用2种方式，一种是采用电信光缆传输DDN方式，一种采用卫星信号传输方式。采用前者费用相对低，但远程传输信号误码率较高，图像容易出现马赛克或黑屏信号，后者传输信号质量高，但相应的费用昂贵。权衡两者的情况后，我们采用DDN远程直播系统。但采用DDN远程传输后,为避免马赛克或黑屏,就必须采用视频服务器先录制信号，再用延时编播软件进行剪切插播等编辑，然后延时播出，信号接入切换台，可实现与本地演播室联动直播。视频服务器还可以通过FTP方式实现与远程演播室已经制作好的MXF文件的传送与接收，提高了节目制作的灵活性。
节目制作过程中，先是上海远程演播室直播节目信号，通过信号采集编码，由光端机发送，经过电信光缆DDN传输，传送到我台5楼直播室，光端机接收，再解码转化成嵌入了音频的SDI数字信号，经过帧同步机同步，接入系统，延时编播控制站采用2台视频服务器录制信号，还可以控制录像机完成素材上载，素材审看任务，实现上载垫播素材，并对录制信号进行剪切、插播等编辑，编排应急播单，然后延时播出，送入切换台和应急切换矩阵，如图4所示。备视频服务器用于应急播出，两地演播室还可通过观众热线电话参入的方式，实现现场直播，满足家禧频道的节目制作要求。目前电信光缆已经铺进了该直播室，两地演播室之间信号传输通路已经调试好，系统设备上架测试成功。
四．虚拟系统的设计与特点
虚拟演播室制作系统以及DDN远程直播系统作为整个演播室系统的一个部分，直接接入数字特技切换台, 数字特技切换台还可以进行色键抠像作为虚拟直播色键抠像的一个备份,制作节目时对信号源进行切换、输出和录制。
虚拟直播室系统，其安全性至关重要。虚拟系统架构合理、安全可靠, 要求具有检错能力以及完善的应急方案。备份系统相对独立，防止主系统出故障时对备份系统造成影响。软件系统操作方便、快捷，运行可靠且应急操作安全。系统冗余度高，具有可扩展性，以满足不断增加的数据处理能力要求。
根据本台实际经济能力以及自办节目制作需求，充分考虑以后的系统构架软件升级,功能的持续提升, 综合考虑图形工作站配置、视频服务器配置、I/O视频处理卡性能,我台最后选择了有较高的性价比的Monarch Virtuoso 500无轨虚拟演播室系统。
系统采用三机位五通道制作，3台摄像机视频信号以及矩阵调度来的2路SDI信号作为输入视频信号源，独立运行的5路硬件色键器可分别对每路视频信号进行单独色键处理，每路色键器提供至少2种不同级别的颜色设定，有效去除背景上的阴影，无颜色溢出或空间影响。输出2路渲染好的虚拟场景合成SDI信号以及1路模拟监看信号。
该系统采用采用高端的图形工作站配置，保证系统的高效、稳定运行，图像的渲染色彩绚丽真实，图象质量达到广播级的要求，能够非常完美的应用于广播电视节目的制作。独立通道的设计结构，每个通道分别独立运行，互不干扰，因此每个通道设备可以互为热备份，系统性能稳定可靠。系统采用一主一备2块500GB系统盘，配置了独创的非破坏性素材库管理功能，便于使用者整理和使用各种素材文件。高度的系统集成化也极大减少了信号线连接的繁琐，也减少信号的损失，提供极高的视音频质量，并极大地提高了系统的稳定性和可操作性，使得安装、操作简单方便。
五．总结
系统日常使用需要注意的地方:(1)要做好直播系统的应急备播方案，要求直播人员熟练掌握应急流程和应急措施，直播前认真检查设备运行情况与通路情况，平时常演练应急时候就能沉着应对保障安全。（2）受节目形式的要求和场地条件限制，尽量多使用虚拟演播室技术制作的场景，不用实景。让虚拟场景优势得到更好的发挥。（3）在多演播室联动时以及电话热线参与时容易出现音频自激问题，这要求在节目开始前检查准备工作要做好做全，调音台输出设置要正确，并巧妙利用通话系统的联动来避免音频自激又能够实现多演播室的正常联动。
本直播室系统于2010年底建成，经测试数字直播系统指标符合广电要求，虚拟直播演播室已经启用，本台综合自办栏目已经制作出多档三维虚拟场景节目，实现了节目制作、传送、直播等多种功能，既保持系统的安全播出运行，又能够拍摄和制作出了清晰、优质的清晰画面，充分满足大型节目的制作直播的要求，设计合理，功能完善，操作简单直观，且维护管理方便。也是我台建设制播一体化演播室的一个很好的探索。B&P