【摘要】 目前国内已有许多超高清转播车投入使用，同时还有更多系统正在建设中，本文以青岛市广播电视台超高清转播车建设为例，从车体、摄像机、切换系统、矩阵、音频、IP管理等方面对实施过程进行介绍。
【关键词】 电视转播车 视频系统 音频系统 IP系统
一．背景介绍
青岛市2019年发布《青岛市超高清视频产业发展行动计划（2019－2022年）》，其中明确提出内容供给要求，实现超高清节目制作能力达到1000小时/年。以此为契机，青岛市广播电视台超高清建设也提上了日程。
2017年开始，转播技术团队开始跟踪4K技术，观摩学习大量国内外超高清电视转播车建设方案，借鉴国内外同行先进经验，不断修改完善建设方案。2020年10月市委市政府批准进行超高清电视转播系统建设，2020年12月底完成招投标工作。目前项目正在紧张建设中，预计九月中旬完工交付使用。
二．系统概述
超高清电视转播系统项目以IP架构为核心，保留部分基带方式做为应急备份和辅助手段。具备UHD（超高清分辨率）、HDR（高动态范围）、WCR(宽色域,色域标准满足ITU-R BT.2020）、HFR（高帧率），5.1环绕声制作能力。在目前高清向超高清过渡时期，兼顾HD SDR（标准动态范围）ITU-RBT.709色域标准。
项目包括1辆超高清转播车，1辆保障车。
超高清电视转播车采用半挂方式，三轴箱式车体，内嵌式、对称双侧拉结构。车内分为音频区、制作区、慢动作区、技术区、多功能区、机柜区。按18个讯道(常驻)电视转播系统设计车内机柜、电视墙、操作台等，并为将来系统扩容做合理预留。整车长度16.7米，高度3.95米，行车宽度2.55米，驻车展开侧拉4.75米。保障车总长10米，高度3.95米，宽度2.55米。
系统采用主备交换机、超高清数字切换台和超高清矩阵构成主备二选一链路，主备链路信号机箱独立，通道分离，形成系统级别备份，避免单路故障造成转播事故。设备互联采用IP网络、SDI直连方式，确保系统直播运行安全。8路外来信号（12G/4×3G/3G/HD）同时接入能力。矩阵作为应急制作和信号监视调度中心。配置多通道录制、慢动作制作等周边设备，音频系统、通话、TALLY、同步、监控等辅助系统配置完善，可满足不同规模不同类型节目现场制作需求。具备多形态新媒体节目内容分发能力，支持全媒体环境下节目制作与传播。
超高清转播车规模符合奥运会A类转播系统要求，满足青岛市广播电视台目前实际需求和未来多场景使用，可为超高清节目现场制作业务提供可靠支撑。
1．视频系统
系统配备18个超高清有线讯道，2套微波无线讯道，8路（12G，4×3G，3G，HD）外来通道，10路录制、重放通道，2套6通道慢动作硬盘录制重放系统，1套4通道硬盘工作站，2套超高清字幕系统。
系统在超高清制作模式下，采用以主备双交换机为核心的IP架构，以切换台和交换机构成主链路制作系统核心。实现HDR、SDR制作及监看。2路（TX1、TX3） PGM主备输出和2路（TX2、TX4）Clean主备输出，均为切换台IP输出进入主备交换机，由主备交换机分配至TX1、TX3、TX2、TX4 IPG转为SDI信号。另外设计交换机到TX5、TX6 IPG转SDI两路输出作为机动信号灵活使用。每路输出末端支持带16通道音频嵌入的12G HDR/4×3G HDR/3G HDR/3G SDR/HD HDR/HD SDR信号。每路基带和IP超高清信号支持HLG标准HDR信号输出。每路输出每个种类信号不少于4个接口。所有超高清通道输出信号满足BT.2020色域，并且可以独立转换为不同的HDR格式（PQ/HLG/SLOG-3）。每个通道输出均转换为IP格式返回交换设备，供系统调用。
配备160ⅹ96规模12G基带矩阵做为系统核心备份，输出端可实现16通道数字音频加嵌，字幕叠加等常备功能，链路完整。并与（TX1、TX3）IPG后12G基带信号做二选一切换。
监看系统使用12G矩阵进行信号调度，画面分割器兼容HD和UHD信号格式输入，能够输出UHD画面分割信号。导演区监看UHD-HDR和HD-HDR，HD-SDR。技术区主控监看UHD HDR和HD-HDR，HD-SDR。调光区监看HD-HDR和HD-SDR。
图1 视频系统框图
2．音频系统
结合基带和IP架构的优势和特点，采用基带与IP并行制作方案。符合SMPTE2022-7，SMPTE2110-30标准IP音频信号接入视频域主备核心交换机，实现与视频域音频交换，满足各类大型节目音频制作需求。音频系统与符合AES67标准的通话系统互联互通。
配备1台48推子数字主调音台，1台12推子数字备份调音台，2台核心处理机箱，若干信号I/O接口机箱及监听、话筒等周边设备。主调音台、备调音台互为热备份，调音台主机与信号接口箱之间采用冗余链接。调音台操作面板、核心处理机箱、接口机箱均为主备冗余电源。在信号处理、效果制作、监听体系等全制作链路上实现5.1环绕声制作。
外来模拟、数字音频输入信号通过车箱接口板进入转播车音频系统。现场数字、模拟音频信号可通过综合接口箱、音频接口箱经光纤连接进入系统。转播车内音频信号源：CCU、VTR、EVS、微波接收机、音频播放器、放音工作站等输出由相对应的模拟、数字线路进入系统。所有IP格式音频信号均通过音频IP网络主、备交换设备接入系统。
音频IP流经调音台处理分配，通过音频IPa网络传送到视频核心交换设备实现最终节目的音频IP加嵌封装。配置2台16选8 AES数字信号切换器，2张音频加嵌卡，每张卡可进行相同或不同信号组合的8路AES信号加嵌，主、备调音台通过车内信号接口机箱获取音频信号，经核心机箱处理后进入加嵌器实现基带音频加嵌，确保声音无缝切换。
调音台接口箱、转播车尾接口板、导播区接口板、音频区接口板、辅助区接口板、慢动作区接口板、现场接口箱均可输出模拟、数字信号。音频主备交换设备向外发送IP音频信号。多轨录音设备，用于音频信号多轨录制及存储。多通道效果处理器、音频信号质量监测设备等。
3．其他系统
通话系统采用全IP模式，通过交换机实现各工位通话面板之间以及与摄像之间通话，与符合AES67标准的IP音频系统进行音频信号互联互通。系统架构使用交换机+IP通话面板+无线通话的方式，可实现车内车外以及与其他通话系统的联通。
同步系统输出模拟BB信号、三电平信号、Word Clock信号、PTP网络精准同步信号。BB信号和PTP信号可实现同步倒换。
TALLY系统接收切换台、IP交换控制设备、矩阵的信号，实现正常和应急情况下TALLY显示，实现全车动态源名管理，能快速进行TALLY和源名设置管理，系统界面友好，具有应急备份机制。
KVM系统考虑多种节目制作需求，根据节目需求进行工位自由调度，制作工位调度包括以下种类的设备和控制信号：字幕机操作、慢动作控制面板、设备设置界面等，均能实现自由调度控制。
图2 音频系统框图
音视频、摄像机、通话、同步、时钟、TALLY、录制、网络、LC光纤接口、IP交换设备都设计有车厢接口盘接口，便于信号交换、录制以及转播车级联等功能实现。
三．关键设备选型
1．切换台
本系统中选择SONY XVS-9000 4K切换台，主机配置4级M/E，40路IP+16路SDI输入,16路IP+12路SDI输出， 4K模式下每级M/E具有4个键控器（2全键+2副键），支持4路节目输出（PGM/PVW/CLEAN/键-PVW）。帧存储器可调用最多四通道的静帧和动画。切换台具有UHD和HD（1080P）双格式制作能力。切换台处理器可根据不同操作方式、分辨率、帧率、输入输出数量、M/E等进行配置，以满足复杂节目制作使用需求。
配置两套全功能面板实现主副切换或者双制作模式， 1张36键4M/E ICP-7000X面板作为主切换面板，1张28键2M/E+AUX母线 ICP-7000X面板作为辅助切换面板。
2．矩阵
选用Evertz EQXUHD-10-PKG 12G-SDI视频矩阵，规模为160ⅹ96。支持12G/3G/HD多信号规格。具有矩阵内部视音频加解嵌功能，矩阵输出通道具有时钟再生功能，具有4块电源模块，其中任意两块工作即可保证矩阵正常工作，交叉点状态断电可以恢复，支持对所有模块及电源风扇的监控和报警，所有模块支持热插拔。
独特的XLINK监看技术，不占用矩阵96个物理端口即可实现灵活监看。使用XLINK接口与画分直接连接，可在画面分割器上监看矩阵输入/输出端口的映射信号。
3．摄像机
采用SONY HDC3500，配备支持全域快门技术3块2/3英寸CMOS成像设备。F11灵敏度，-62dB信噪比，调制深度≥55%。具有自动镜头失真补偿、多通道肤色细节矫正、多区彩色矩阵功能。支持ST2110 IP/25G 4K单流方式，能够同时输出Quad SDI、12G SDI和ST2110 IP。支持SR-LIVE流程。
采用HDC4800作为特种摄像机使用，实现UHD 8倍速、HD 16倍速拍摄，满足体育转播需求。但是其不支持12G和ST2110需要配置IPG转换卡用于接入IP系统。
4．音频系统
主调音台选用AOIP构架的LAWO MC²56 MKIII数字调音台,配置48推子控制界面。具备多组自动混音(AutoMix)功能。带嵌入式TM9多功能电平表，监测主输出电平状态。具备音频信号响度监测功能。
备调音台选用LAWO RUBY 12推子数字调音台，具有高稳定性、操作便捷性、以及小巧的控制台面等特点。具备多组自动混音(AutoMix)功能，支持5.1环绕声制作。
主备调音台台均为全IP化架构，可通过IP音频流的方式发送和接收音频信号。共享本地及远端接口箱的音频信号。车内外采用Lawo A_Stage系列接口箱，所有接口箱均配有两组AoIP网口（RJ45+SFP），可轻松接入基于ST2110构架的电视转播系统。
音频区采用5.1环绕声监听。配置多声道耳机渲染音频处理器实现音频师对三维声监听，满足更高音频制作需求。配置音频播放及录制设备，实现多种音频信号格式录制及播放。配置超指向、立体声及环绕声话筒，满足不同类型节目对信号拾取需求。
5．IP管理系统和核心交换机
配置SONY IP系统管理LSM两套。LSM支持SMPTE ST2110，NMOS IS-04/05/06协议，把摄像机、切换系统、格式转换设备、第三方设备连接成为完整的IP系统架构。具有PTP时钟管理功能，支持IP矩阵交叉点定义，逻辑矩阵定义，净切换。支持图形化绘图方式完成系统IP信号链路配置。实时监控交换设备，交换设备端口，IP设备，IP设备端口，连接链路等网络健康情况，包括通断有无，流量情况，带宽情况，丢包情况等。
配置两台华为CE8850-64CQ-EI交换机(含PTP选件)，容量6.4T交换能力（上行/下行单向），100G接口，具有BC，PTP功能。根据系统规模及带宽要求，提供足够数量的子交换设备和接口。QSFP+多模光模块若干。所有设备配置双电源。
配置IP周边机箱2台，SDI-IP双向网关转换卡24块。
四．方案设计中重点考量因素
在系统设计中我们着重关注以下几个方面：系统信号主备通路安全性；系统适应性强、灵活可变；全面有效技术监测能力；高效有序通话系统；内外信号接口多样充足；与外系统级联的全面性。
1．系统规模的确定
青岛台转播技术团队参加过奥运会火炬传递、广州亚运会、深圳大运会、多届全运会、游泳冠军赛、克利伯帆船赛等重大赛事，以及中超联赛、CBA联赛、羽毛球超级联赛转播。承担本市重大会议、节庆活动转播工作。日常工作时常都需要十多个机位设置。所以我们在制定方案时参考奥运会A级车标准以及体育赛事、大型综艺演出、重要会议的需求，制定了18+2迅道方案。既可以保证日常工作需求，也为今后参与更高水平转播做出准备。
2．系统架构选择
目前主要三种架构：纯基带12G系统、IP与基带混合、纯IP系统(ST-2110)。
纯基带系统(12G)：集成维护难度大，性价比高于IP，传统广电思维，便于理解。优势体现在小型系统，12G转播车多见于制作公司
IP／基带混合架构(3G)：初期大多数系统的选择，3G基带系统可用于高清节目制作／监看／应急。随着12G产品的丰富，基本不再有选择。
IP／基带混合架构 (12G)：目前普遍选择，系统以IP为主，12G可用于应急／录制/监看， 系统应急手段丰富，实用性强，保留升级8K空间。需要IPG转换。
纯IP系统(ST-2110)：系统架构简单，符合未来发展方向。各厂家IP产品开发进度不同，可用产品少，需依托大量IPG转换（SDI设备／监视器）。
五．系统特色
1．纯IP通话系统。相比传统通话网络，在IP视频系统内，IP通话可直接发送AES67信号进入主核心数据交换机网络，并传输到通话面板、摄像机、腰包等各个结点，大大简化了整体系统。
本系统中选择了Telos Alliance Infinity通话系统，可传输AES67音频信号，脱离了以通话核心矩阵为中心的传统架构方式。系统以交换机为通话信号交换核心，无规模限制，性价比较高，后期维护方便。面板之间以及与摄像师之间的通话完全实现IP传输。同时配置了将模拟及数字音频信号转换成IP信号的NODE转换器，由NODE转换器进行IP转换，实现无线通话设备及外接扩展摄像机的接入功能，在与外系统模拟通话连接时，也可进行信号转换接入。
2．外来信号处理能力，考虑一个系统功能是否完善强大，外来信号接受能力尤为关键，本系统配置四套FOR-A的FA-9600和四套Evertz的7814UDX加解嵌卡配合SONY HDRC4000使用，实现正常状态下8路外来信号上下交叉变换、HDR转换及音频加解嵌处理。在更高需求下，还可以使用PESA的9904-UDX-4K实现外来信号上下交叉变换器及音频加、解嵌，再扩展增加4路外来信号处理。更极端情况下，使用现场接口箱还可以接收8路4K信号同时实现音频加解嵌。
3．与现场传输的能力和便捷性，利用S TA G E RACER2的UHD/3G/HD视音频处理、帧同步、网络传输功能，在不使用外部转换器的情况下在同一设备上可收发各种信号（SD，HD，3G，12G，GPI、IP等）。每台设备配有4个40G,共160G传输带宽,可传输24个SDI通道(全部带有帧同步功能)，其中8个为12G信号，每个通道输入/输出方向可配置。Stage Racer 2还提供音频处理能力，包括音频加嵌/解嵌，音频路由调整，音频SRC，帧缓冲，延迟等功能，支持模拟、AES、MADI、DANTE、嵌入等格式音频。配置主备两组远程供电单元，实现使用摄像机光缆传输信号和冗余供电。这样就极大丰富了与现场各种信号（视频，音频，GPI，RS等）的交换能力。
4．输出信号多种选择，系统配置共6路PGM音频加嵌输出，正常情况下通过核心交换机输出，特殊情况下可以选择切换台副切和矩阵输出，并且加嵌不同的音频信号，满足对不同音频需求的多制作要求。
5．镜头配置。设备选择时，经过与台内节目导演充分交流沟通，认为在大型活动中，越来越多的使用特殊镜头，所以选择了数量较多的广角、42倍长焦以及2台107倍超长焦，能够满足绝大多数节目制作需求。
六．车体建设
车体结构按底盘分为半挂式、直挂式和厢式货车改装。
按照箱体分类：
单侧拉：空间小，讯道、工位数量少。
内嵌双侧拉：空间较大，讯道、工位数量满足大型制作，可在车箱尾部安装摄像机电动缆盘。
内嵌外套双侧拉：空间最大，讯道、工位数量满足大型制作。结构限制，无法在车箱尾部安装摄像机电动 缆盘。
车体方案制定，分隔区域布局设计要充分考虑各区域工作实际需求，设备安全、人体舒适，人员进出合理，确保全车动、静配重平衡。除了关注使用材料安全环保，施工工艺水平，还要着重考虑电气系统和空调系统。保证充足平衡的电力提供，稳定、可靠、抗干扰能力强，具备必要监测和防护措施。电气元件位置方便检修，电线和电气元件（开关、保险、接触器等）都需要编号和标注，并在配电系统图中一一对应。电线设置专门走线槽，走线槽位置方便电线更换和维修。空调系统、新风系统保证设备制冷安全，人员舒适，便于安装检修。对设备机柜区、人员工作区有不同风道设计，排水管道要有隔离措施。进行噪音控制，空调启动运行不能对制作设备造成干扰。
城市台应综合考量不同类型车体底盘、车厢特点，结合资金情况以及日常体育、综艺、会议等转播工作可能的需求，参考可能服务的大型赛事要求，选择最适合于自己使用的车体结构。
七．结束语
超高清电视技术已经相对成熟，正处在快速发展阶段。城市台建设4K超高清电视转播车系统应充分考虑目前实际需求和未来发展，选择适合自己的规模、架构、设备配置。
超高清转播车的投入使用将极大提高青岛市广播电视台转播技术水平，实现超高清转播技术突破。为实现广电转型升级发展，超高清内容提供，特别是在体育转播、大型综艺、重要会议等领域开辟新的市场增长点，发挥更大作用。B&P