【关键词】4K超高清 摄像机远程制作 波分复用 光纤
一．前言
中山广播电视台（以下简称中山台）4K超高清整体建设方案于2018年通过了总局专家组论证，作为中山台4K超高清整体建设方案中的首个项目《4K超高清电视转播车》（以下简称4K车）率先落地，在2019年9月在中山交付使用。该4K超高清数字电视转播车车长16米（含拖头），采用双侧拉车箱结构，展开双侧拉箱宽4.7米，高度3.98米。系统采用IP架构，执行SMPTE ST2110标准，配置11个4K讯道，其中包括10个SONY HDC3500标准讯道、1个SONY HDC4800超高速讯道；切换台采用SONY XVS-7000，可提供20路IP加8路4*3G输入及8路IP加4路4*3G输出，外来信号最大可支持12路12G或4*3G 4K信号，或36路高清信号进入系统进行上变换后进入4K IP系统。该4K车采用基于BT-2020色域的4K节目制作，能够同时提供4K超高清和高清节目输出。中山台4K车交付使用后，基于实际使用需求，已多次应用4K超高清摄象机远程制作系统，用于多种类型的现场直播，大大扩展了4K车的使用范围，提升了制作能力。
二．摄像机远程制作实践
1.技术特点
常规的远程制作在欧洲早有应用，但受制于传输环境制约，发展并不迅速，但其对摄像机讯道的远程扩展所展现出来的技术魅力和使用便利性不言而喻，技术优点明显。摄像机的远程制作可分为CCU前置和后置两种应用模式，我台应用的多是CCU后置模式。其优点有：
（1）CCU后置，可充分利用转播车/台内演播室/EFP等资源，或当转播车无法靠近停放时是很好的选项；
（2） 信号无压缩传输；
（3） 各种信号完全无延时，其中最主要的是转播车内RCP面板遥控摄像机时，实现无延时操作，实时效果完全满足现场制作要求；
（4）与直连效果完全一样，视、音频信号，遥控信号，TALLY，通话等等完全一致，无任何违和感，让实操人员感觉不到是远程操作；
（5） 设备连接简单、配置方便，可快速投入使用；
（6） 可实现远距离传输。
图2 连接示意图
如今网络环境迅速发展，已有多种手段可以解决传输问题，且性价比高。但考虑到广电行业对安全播出的严格要求，我台目前主要采用租用裸纤、短距离自行拉纤的做法，如图3所示。
图3 户外拍摄点 制作中心
早在2018，我台就应用高清摄像机远程制作系统进行大型户外应急演习现场直播，采用多路远程制作系统圆满地完成了制作任务。当时的制作中心设置在地下山洞内，户外共5个机位放置在不同的地点，最近的机位离制作中心约30多公里，最远的机位有约40多公里，常规的技术手段已经无法满足制作需求。我们采用了裸光纤+摄像机远程制作系统方案：每台摄像机位与制作中心之间放置一对远程制作设备，摄像机端放置一台摄像机协议转换器，CCU端放置一套CCU协议转换器。当光纤资源缺乏时，则需要采用波分复用设备，将多路摄像机复用在1根(往、返)光纤上完成远程双向传输，实现视音频信号，通话，TALLY,返送，控制等信号在户外拍摄点与制作中心间实时传输，如图4所示。应急演习指挥部领导和导演制作团队对此次的远程制作效果非常满意，我们也在当中积累了丰富的 经验。
2.摄像机远程制作系统在4K超高清制作中的应用
随着我台4K车的交付使用，4K超高清节目制作任务日渐增多。为充分发挥4K车的制作能力，我们沿用摄像机远程制作系统，提升4K车的制作范围。在2020年12月初的《走向我们的小康生活——中山市：志愿精神你我同行徒步活动》的4K直播中，我台首次使用了4K摄像机远程制作系统。我台每个4K车摄像机讯道综合电缆只有150米，由于上述的直播制作范围大，一些机位距离4K车约1-2公里，采用传统摄像机综合光缆的方式不能满足制作需求。为此技术团队在摄像机与4K车之间铺设铠装光缆，使用4K摄像机远程制作系统，将摄像机与CCU连接起来，如图4。这样的设备投入成本比较划算，因为铠装缆价格远远低于摄像机综合缆、防护能力强；协议转换器的性价比高。
摄像机端协议转换器的介绍：4K超高清摄像机远程制作系统在摄像机端的协议转换器，有两种供电模式：
模式一 使采用摄像机综合光缆，通过在摄像机端的摄像机协议转换器的3K.93C接口取电，摄像机供电模式设置在CCU状态。这种做法的好处使用连接简单，无多余线缆，可以理解为在CCU之间增加了一条延长的综合电缆，可长距离拉线，较灵活，可以做游机使用。使用这种供电模式，摄像机端的协议转换器必须接有220V的市电，才能为摄像机供电。所以，这种模式适合拍摄点能提供市电的地点。
模式二 通过摄像机协议转换器的四芯卡侬接口输出标准摄像机供电电压，连接至摄像机外接供电口，摄像机的供电模式设置为EXT状态。这种供电的好处是摄像机协议转换器有三个供电输入，1个220v常规供电，2块扣板电池口供电，三路电可以自动倒换，在无法提供市电供电的地域可以采用摄像机扣板电池供电，而且一块140瓦时可以提供EFP摄像机1个小时工作时间。缺点就是摄像机跟协议转换器之间需同时接两根缆，综合电缆和卡侬口的供电电缆（距离不超过15米），这样对游机的使用会有限制，适合做固定机位使用。我台较多采用这种工作模式， 如图4。
同一地点多机位的远程制作模式对于一个户外点有多个摄像机机位的情况，我们会采用波分复用的方式实现多机位传输。我们以模式二的工作模式做具体说明：各摄像机通过摄像机综合缆和卡侬口电源线连接至摄像机端协议转换器，再将协议转换器端的两根光纤连接至到波分复用，再通过光纤链路传送回车端，车端同样的需进行解复用和复用，如图5。考虑到信号的安全问题，我们通常采用光分配后走两个路由，到车端再光切换，实现双路由备份。其中光分配和光切换均为冷源，安全可靠，光切换可冷源自动倒换，或通过GPIO触发，实现光信号手动控制倒换。如果采用模式一工作模式，光传方式不变，摄像机端协议转换器可以集中和波分复用设备放置在一起，方便集中管理，但前提条件是能提供市电。
图4
光纤传输链路，在不具备自行拉光缆、特别是城市内跨约多个街区的情况下，可租赁第三方的光纤链路。我台在“2021中山慈善万人行”巡游活动的4K直播中，租用了当地网络运营商的裸纤，而且经过了多次跳纤、光纤链路传输距离约5-6多公里，使用了带光中继的摄像机远程制作系统，4K超高清视频信号、音频信号、摄像机控制、通话、返送、TALLY等仍然稳定，更坚定了我台在日后长距离节目制作中使用摄像机远程制作系统的信心。
《走向我们的小康生活——中山市：志愿精神你我同行徒步活动》活动现场
CCU端协议转换器的介绍：CCU端的协议转换器，承担着将普通光纤接口转换为LEMO摄像机综合缆接口的转换功能，同时内置的协议转换器模拟摄像机发生通讯信号和CCU握手成功，通常CCU端的协议转换器是不需要另外供电的，除非摄像机端协议转换器有光中继。
图5
图6 CCU端协议转换器及连接示意图
3.光中继模式
由于目前主流4K超高清摄像机标称最大光传输距离是2公里，当超过2公里时，则必须要采用光中继。便携式光中继有两个SFP槽位，其中一个槽位插入短距离的光模块，连接到协议转换器的AB口；另外槽位插入高功率的光模块，用于长距离的传输。如图下图。
光中继和协议转换器融合使用
三．关于摄像机远程制作系统超远距离传输的探讨
1.CCU前置的远程制作
CCU前置是相互妥协的办法，这种做法常用于超远程，如跨市，跨省，甚至跨国的制作模式。通过对CCU输出信号的编码传输，其他辅助数据采用IP包的形式和视音频编码信号汇聚传输，其优点是可以在目前的技术条件下实现超远距离的远程制作。当然缺点也很明显，比如解决视音频同步问题，通话、tally和视音频同步问题，传输延时问题，实时控制问题等；随着IP技术的发展，特别是SRT、NDI等网络传输协议的出现，大大降低了视音频传输延时，目前有厂家称延时可以控制在100ms以内。由于CCU前置需要拆装CCU以及对传输回来的信号进行IP重分配等工作，复杂繁重，不适合现场4K IP制作系统。总结我台4K车目前的制作而然，我们倾向CCU后置方式，不用对4K车进行任何的改变，只需加入远程制作系统即可扩展讯道的传输距离，快捷方便、无延时。
2.OTN的超远程模式
OTN超远程制作模式，可以实现上百公里的远程制作，能大大节约成本。一般会租用电信的OTN链路，实现摄像机端信号实时回传到转播车。相关厂家已开展OTN远程制作测试，摄像机与CCU通过近200公里光纤链路相连，能实现视音频信号，通话，TALLY,返送等信号正常传送及控制信号操作。这里OTN采用的是O-O模式，不能采用OE/EO的方式来实现中继和传输，因为这样会导致CCU和摄像机握手不成功。O-O模式可以传输相对更远的距离，其中光的中继和放大采用纯光放大模式，这个过程会导致色散和底噪的提升，这时就必须采用色散补偿和抑噪设备来完成对光链路的强化。
图7 使用光中继后的连接图
四．结论
通过近年来摄像机远程制作系统的多次应用，深深感受到技术高速发展的步伐，解决了过去难以逾越的技术难关，提升了节目转播的整体质量和可靠性，同时节省了投入成本，使设备的投入产出比最大化。相信随着压缩编码技术和传输技术的不断发展，远程制作的应用前景将越来越宽广，4K超高清现场制作成本会越来越亲民。