【摘要】 本文以中央广播电视总台CGTN英语新闻直播演播室为例，介绍演播室字幕图文包装系统以及背景大屏显示系统的设计方案，其中包括系统连接、控制、以及部分GPI/O方面的应用方法。
【关键词】 在线包装系统 背景大屏显示系统 TALLY应用
引言
在当前这个数字化时代，在线包装系统和演播室背景大屏已经成为电视演播室的标准配置，在线包装主要特点是利用自身CPU和GPU的运算能力，完成实时的图形渲染，并结合网络化结构的特点，提高演播室字幕制作效率。在线包装系统在演播室的应用场景大致分可为两类：第一类应用方式是替代传统字幕机，将字幕标题、横滚、图片、底图等播出方式以不同的播出场景来实现。由于采用了实时渲染的工作方式，使得播出动画更加多样化，制作效果更加绚丽，并可同时配以音效输出。在控制方面，可以实现字幕的分层播出。在实时性方面，由于采用了网络化连接，新闻资讯类、财经类数据可以实现快速播出，与传统字幕机相比，时效性更高。在多视窗连线方面，在线包装系统的处理能力比传统字幕机更加强大，动态播出效果灵活多样。第二类应用方式是作为演播室背景大屏的输入信号源，实时渲染循环底、题图、LOGO、多视窗连线等。在硬件配置方面，可针对不同背景大屏的分辨率，实现显示像素与输入信号像素的点对点对应，充分优化系统的渲染能力，在实现最佳显示效果的同时，有效的避免了设备的大量冗余。
一．CGTN新闻直播演播室字幕包装系统构成
1.字幕包装渲染引擎
渲染引擎设备可任意定义输出口作为Video或者Key信号，渲染引擎输出的Video信号经视频分配后，分别送至导监墙主/备监看、切换台、视频矩阵、工位监看、以及音频解嵌等设备，Key信号直接送至切换台做Video信号与Key信号的配对。每台HDVG具备4路HD-SDI输出功能，接收来自切换台的4路AUX信号，可作为多视窗模板的窗口信号源使用。每路AUX信号经视频分配器分别送至3台HDVG渲染引擎，作为多视窗全屏板的视窗信号源来使用。
CGTN英语演播室字幕包装系统的核心由三台包装渲染引擎构成，其中一台主要负责日常直播的提示性标题、时间标、ticker等的播出使用；另一台作为PGM全屏视窗来使用，主要负责演播室连线时的全屏多视窗效果、全屏版权页等。由于在新闻类直播过程中，一档新闻每个条目平均不足60秒，但需要播出的字幕信息包含标题、角标、时钟、股票的实时资讯、各种提示性人名字幕等，字幕模板更换的操作极为频繁，而全屏视窗会应用在各类视频连线中，对设备的系统资源占用率较高，因此用两台包装系统分别处理这两类内容，既降低了人员操作的频繁性，又将系统资源占用率做到了合理分配，有效降低了人员的操作失误率以及设备的故障率；第三台作为应急备机，可完全接替前两台的工作，作为备份播出使用，在新闻节目连档需要快节奏准确播出时，也可提供预览效果功能。
2.字幕包装播出控制
每台HDVG渲染引擎需要对应的控制PC来控制播出内容，渲染引擎以及控制PC均接入演播室交换机，在开播前，控制PC通过MOS软件接收来自责编提前制作的好本档节目所需的串联单，串联单中通过独有的ID信息标注了每条新闻所需字幕的模板样式、以及模板中所包含的字幕信息等。MOS软件通过识别串联单中的相关信息，将本档所需的模板从控制PC端本地模板库通过播出软件加载至渲染引擎。在播出时，控制PC只发送控制命令到渲染引擎，由渲染引擎实时渲染播出，对于字幕类模板，统一由一台包装设备制作，采用切换台键上的方式播出，全屏类模板由另一台包装设备制作，采用切换台直切的方式播出。如下图所示，图中所有提示类字幕信息，左下LOGO、时间以及横滚资讯，由主包装设备完成播出；背景底图、视窗模板、模板中插入的视频源由另一台包装设备完成播出。
图1
3.字幕包装扩展键控器的应用
CGTN英语演播室为了提高节目制作效率以及减少包装系统的应急操作时间，为每台在线包装工位配置了独立的上/下键控制按钮（如图2所示），同时控制按钮具备Tally显示功能，控制按钮可控制切换台所对应的上/下键的操作。在使用时，字幕操作人员可根据具体情况，自行控制字幕的键上、键下操作，出现紧急情况时，也有效的减少了应急操作的时间。
键控按钮工作方式是利用切换台GPI/O接口的功能来实现字幕键的上/下以及控制按钮Tally显示电路的导通与断开，切换台 GPI/O接口可识别或发送单次脉冲触发信号以及长通触发信号两种方式，切换台的键上、键下操作，采用切换台识别字幕控制按钮的单次脉冲信号的方式，按下字幕控制按钮后，如上图红色虚线框处所示，按钮发送单次脉冲触发信号至切换台GPI接口，切换台通过接收到的触发信号，控制自身DSK母线对应字幕信号源的键上与键下。在切换台键上字幕的同时，如上图绿色虚线框处所示，切换台会长通对应的GPO端口，此时按钮的Tally灯利用切换台GPO端口的导通与自身的直流供电单元形成闭合回路，点亮Tally灯。键下字幕时同理，按钮同样发送单次脉冲信号至切换台，切换台完成键下字幕操作后，断开自身的GPO对应端口，此时控制按钮的Tally显示电路断开，Tally灯熄灭。
4.字幕包装GPI/O的应用
字幕包装系统的GPI/O功能在智能化播出方面有着广泛的应用，例如字幕包装系统的GPI/O可配合智能Tally系统实现多视窗模板导监墙Tally信源指示灯的正确显示；利用包装系统的GPI/O功能还可控制音频播放器实现动态音效与字幕的配合；另外包装系统可通过GPI/O被切换台等外部设备控制实现动态字幕播出、动态扫画转场等。综合以上这些应用场景，系统为每套在线包装系统配置了8路GPI/O端口，以便能够灵活应用。
在使用多视窗模板播出时，导监墙Tally灯的状态显示尤为重要，并且显示逻辑相对复杂。由于新闻类演播室在节目制作时经常需要与多方采访记者连线，多视窗模板的播出方式经常被使用，早年前的Tally系统多采用并行接口的连接方式，这种方式连接形势单一，缺乏足够的逻辑判断能力，虽然Tally状态灯的显示与切换台按键一一对应，但仅能显示P/P级信号源的切出状态，对于M/E级或AUX输出的状态很难显示，即便可以实现少部分功能，但是工程量也十分浩大。对于多视窗显示这类需要智能化的逻辑判断来说更难实现。CGTN英语演播室采用了智能化Tally显示系统，以串行方式连接为主，并行连接为辅的方式，由于使用了串行协议，Tally控制器可以与系统中切换台、摄像机、播控台、包装设备和矩阵等设备直接相连，这种方式连接简单，显示信息丰富灵活，逻辑判断能力强。
在播出多视窗模板时，智能Tally系统仅需要做三步逻辑判断：第一步，多视窗模板中使用了哪几条AUX母线，这一步是通过在线包装系统的GPO端口来实现，因为每台在线包装有4路来自切换台的AUX母线，所以需要对应自身的4路GPO端口，当模板中使用了某几条AUX母线时，GPO端口便会将对应的信息发送至Tally系统用于逻辑判断。第二步，多视窗模板使用了AUX母线中的哪路信号源，这一步通过切换台的串行Tally将信息发送至智能Tally系统。第三步，多视窗模板是否被切换台P/P级切出。只有这三类信息同时被满足后，系统才可以在导监墙上正确点亮相对应的Tally信源指示灯。
二．CGTN新闻直播演播室背景大屏显示系统构成
CGTN英语演播室背景大屏系统由3块主背景大屏与15块置景效果小背景屏构成。主屏系统用于显示动态循环底、新闻题图、视窗连线等内容。15块置景屏尺寸相对较小，用于显示动态循环底，与演播室实景呼应，形成错落有致的显示效果。
大屏显示系统包含了三大部分，分别是信号源部分既HDVG渲染引擎；信号拼接分配部分既拼屏处理器和部分拼接周边设备；以及3块物理背景大屏。演播室区的3块背景大屏分别采用无缝拼接方式的1号LED屏、等离子大屏拼接方式的2号屏、以及采用背投显示方式的3号屏。置景屏显示系统为两台视频播放器循环播放动态循环底，一台播放横版显示视频，另一台播放竖版显示视频。
图3
1.信号源部分
背景大屏信号源由两套包装渲染引擎提供，两套渲染引擎共用4路来自切换台的AUX母线作为视频插入源，可作为大屏内多视窗信号源使用。另外每套渲染引擎输出4路独立的HD-SDI信号，两套共8路包装信号负责制作演播室所有背景大屏的信号源，经信号格式转换器转换后，接入拼屏器的DVI接口。
2.信号拼接分配部分
信号拼接分配部分包含一套拼屏处理器、LED主屏处理器、以及部分分配设备和应急设备。1号屏的连接方式为拼屏处理器直接将第1台HDVG的1、2路输出至DVI分配器完成主备分配，最终LED主屏处理器完成LED显示屏的信号拼接。3号屏的连接方式与1号屏类似，拼屏处理器将第1台HDVG的第3路输出分配至3号投影机。这其中之所以要由拼屏处理器来分配来自HDVG的信号，而不采用HDVG跳过拼屏处理器直接送至DVI分配或投影的方式，是由于拼屏处理器还具备应急图片输出功能，当HDVG渲染引擎故障时，拼屏处理器可随时改用提前存储在自身内的静态应急图片播出来完成应急播出。
2号屏采用等离子大屏拼接的显示方式，连接方式是拼屏处理器将第二台HDVG的4路输出，在系统内部完成合并之后，分配为15路信号送至对应的等离子大屏。由于传输距离较远，传输环节采用了光纤的方式，有效减小了信号的衰减，提升了抗干扰能力。如图所示，左侧图像为模板设计需求，渲染引擎根据模板形式，渲染出4路分割后的1920*1080分辨率图像，拼屏处理器对这4路图像做系统内重新组合并再次分配为15路1366*768的图像，通过光纤分别送至所对应显示屏体，最终实现设计需求。
3.大屏系统控制
大屏系统的控制方面主要用于应急素材导入，部分系统设置以及屏体主、备路信号源的切换等，如图所示，所有大屏系统设备连接采用RJ-45接入系统交换机，Extron中控主机通过RS-232直连其他设备。拼屏处理器主机通过RJ-45延展出液晶触控面板，面板上分别设置有应急图片、动态循环底等快捷方式，通过快捷方式调取拼屏器提前内置的设置完成应急操作。每块等离子大屏的控制采用树形结构的方式，由Extron中控主机所对应等离子的控制作为根节点，通过RS-232分配器做树形分配。
4.大屏系统视频连接部分
对于大屏系统的连接部分，由于大屏系统的设备较为分散，各类视频信号和控制信号要频繁穿梭于导播间、立柜机房以及演播区，并且传输距离相对较长，因此在设计时要充分考虑信号的衰减以及抗干扰能力，做好相应的屏蔽以及隔离。对于短距离传输可直接采用HDMI或DVI信号，对于长距离传输则采用光纤或HD-SDI的方式，可以有效的减少信号衰减，降低误码率，来确保画面的质感和安全播出的能力。
三．结束语
以上是CGTN英语新闻直播演播室包装系统和背景大屏显示系统应用，随着超高清技术的普及和应用以及IP化的发展趋势，广电行业的画面质量将更加清晰、逼真，节目制作效率也将进一步提升。未来，随着技术的不断进步和应用的深化，新闻类直播演播室在线包装的应用将迎来更加广阔的发展前景。同时，在设计IP化演播室时，在线包装产品也需要不断跟紧技术的革新趋势，更好地支持演播室应用，守住安全播出底线同时满足广大观众的需求和期望。