城市台全IP_4K超高清转播车系统的设计与实践_谭建明.pdf

广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期39Content Production&Broadcasting 内容制播 城市台全IP 4K超高清转播车系统的 设计与实践【摘 要】本文阐述了某市级广播电视台首辆全IP 4K超高清转播车的方案设计、系统架构、设备选型以及建设实践。系统采用SDN的设计理念，全面实现视频、音频、同步、通话、控制等系统的IP化，达到国内领先水平，可为城市台建设全IP架构的超高清转播车提供参考案例。【关键词】全IP，4K超高清，HDR，兼容HD SDR【中图分类号】TP37 【文献标识码】B 【DOI编码】10.16171/ki.rtbe.20230001008【本文献信息】谭建明，常飞，赵一铭，孙帅，吴冀鲁.城市台全IP 4K超高清转播车系统的设计与实践J.广播与电视技术，2023,Vol.50(1).Design and Practice of All-IP 4K UHD Relay Vehicle System at City Radio StationTan Jianming,Chang Fei,Zhao Yiming,Sun Shuai,Wu Jilu(Zibo Radio and Television Station,Shandong 255000,China)Abstract This paper expounds the scheme design,system architecture,equipment selection and construction practice of the first all-IP 4K UHD rebroadcast vehicle of a municipal radio and television station.The system adopts the design concept of SDN,and fully realizes the IP of video,audio,synchronization,call,control and other systems,reaching the leading level in China,which can provide a reference case for the city station to build an all-IP architecture UHD relay vehicle.Keywords All-IP,4K UHD,HDR,Compatible with HD SDR谭建明，常飞，赵一铭，孙帅，吴冀鲁(淄博市广播电视台，山东 255000)0 引言为提高淄博市广播电视台超高清节目制作能力，满足淄博市时政会议、综艺晚会以及体育赛事等大型活动的 4K 超高清现场制作需求，淄博台启动了 4K 超高清转播车项目建设工作，于 2022 年 9 月完成车体打造和系统集成并投入 使用。1 系统架构目前的 4K 超高清转播车系统，从整体架构来说，主要分为两大流派：12G SDI 系统和 IP 系统。我们先后考察了中央台、省台、省会台、城市台建成的 4K 转播车，考察了三个改装车厂内马上交付和正在施工的转播车，与各设备制造商研讨设备选型，与各系统集成公司研讨系统架构和技术方案。我们从发展趋势、远程制作、系统搭建等多个维度对12G SDI 系统和 IP 系统进行了对比，如表 1 所列。我们不断论证调研，确定了设计思路，采用全 IP UHD 4K ST2110 系统架构，视频、音频、同步、通话、控制等系统全面 IP 化。2 车体设计转播车车体采用拖挂方式，车头选用沃尔沃 FH420，满足国六排放标准，转播车箱体采用外套单侧拉结构，跨度 1.5m12.35m，箱体总长度 13m，车内面积 50m2，可容纳工位22个，整车长度16.575m。转播车工作区域主要包括导演区、音频区、技术区、慢动作区、融媒体制作区和强冷机柜区等。转播车平面布局图如图 1 所示。广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期40内容制播 Content Production&Broadcasting由于车体采用了全外套结构，使得车体有了更大空间，为工作人员创造了更为舒适的工作环境。车体外套侧拉箱部分伸缩最大深度为 1.5m，内部净空高度为 2.37m，导演区侧拉箱伸开示意图如图 2 所示。还有设备工具车一台，用于放置摄像机、镜头、脚架、电缆盘、座椅等转播车的设施设备。3 视频系统设计视频系统是以切换台、交换机为核心设备的 ST2110 IP系统架构，具备 4K HDR 宽色域制作能力，并兼顾 HD SDR 制作。主要由信号源部分、信号制作处理和信号源调度、信号处理系统、信号监看等组成。视频系统示意图如图 3 所示。表1 12G SDI系统和IP系统对比序号对比项目12G SDI 系统IP 系统对比结果1发展趋势SDI 仍然占有重要地位，一段时间内不会被取代系统规模越大 IP 的优势越大，IP 在大中型系统的应用越来越多IP 优于 SDI2远程制作拍摄及制作系统需要在一个空间内完成，远程制作很难实现拍摄和制作可独立分开，只要网络容许，不受地域距离影响IP 优于 SDI3系统搭建传统设备板卡及电缆达到传输速率的临界值，施工难度大，容易受到外界干扰全部 SFP 光纤连接，无带宽限制，系统施工简单IP 优于 SDI4施工成本传统同轴电缆及压接工艺 BNC 接头，符合 12G 速率的线材接插件偏贵大部分采用光纤连接，SFP 模块价格逐年递减，未来成本会低于 SDI 系统IP 等同于SDI5系统扩容需要更换设备，大量增加物理连线，施工难度大网络化连线，只需在交换机环节增加设备，物理连接少，施工简单IP 优于 SDI6系统维护常规架构，简单明了IP 化管理控制，SDN 进行识别及管理。需要网络及视频都熟悉的技术人员SDI 优于 IP 7直播安全性需要各种主备设备满足冗余需求主备交换机加切换台架构，各子系统都为双网口输出IP 优于 SDI8用户选择性选择性大，可以像高清一样搭配不同厂商的产品选择性小，只能在两三家公司中进行选择SDI 优于 IP 图1 转播车平面布局图广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期41Content Production&Broadcasting 内容制播 通过主备 25G IP ST2110 接口接入系统，10 台 HDCU-3500，2 台 HDCU5000。HDCU5000 配置了记录选件，可以直接录制讯道 4K 信号；提供 4 路讯道摄像机扩展。3.1.2 视频服务器采用 2 台 SONY 4K 视频服务器 PWS-4500，每台支持 4路 4K 信号的输入或输出，直接通过 4 组主备 25G IP 接口接入系统。3.1.3 慢动作服务器采用 1 台 EVS XTVIA-FHD6 的 6 通道慢动作服务器，配置 2 个遥控面板，通过 IPG 转换接入系统；设计为 4 入 2 出，可与 1 台 PWS-4500 配合，增加慢动作路数，可做到 7 入 3出的规模；系统预留一套 6 通道 EVS 输入输出接口。3.1.4 硬盘录放机采用 1 台 GV T2-4K 硬盘录像机，用于 4K 或 HD 素材的播放；2 台高清录像机用于高清节目的录制；录像机均通过IPG 转换接入系统。3.2 信号制作和信号调度部分3.2.1 4K 切换台SONY XVS-8000 接收到交换机的 IP 信号源后，进行实时处理，形成 PGM 播出信号再输出至交换机进行分配管理；图2 导演区侧拉箱伸开示意图图3 视频系统示意图3.1 信号源部分3.1.1 讯道摄像机及扩展采用 12 台 SONY 4K 超高清摄像机，摄像机控制器直接广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期42内容制播 Content Production&Broadcasting切换台配置为 4K 模式下 3ME、32 路 4K IP 输入、8 路 4K IP输出、4 路 12G SDI 输出，3ME 控制面板+1ME 控制面板，双面板的配置可以同时实现双节目的制作。3.2.2 核心交换机两台华为 CE8850-64CQ-EI 核心交换机通过 2540100G SFP 光纤接口与系统中所有 IP 设备连接，通过 SDN 系统进行管理分配及切换处理。3.3 信号制作处理部分系统中的外来信号处理主要使用 SNP 设备。SNP 支持基于 SMPTE ST 2110 的未压缩 UHD，符合 SMPTE ST 2022-6和 ST2110 标准。外来信号流程如下：HD 基带信号或 UHD基带信号进入系统前经过 SNP 进行帧同步或上变换或 HDR转换，然后再输出转换好的 IP ST2100 接口格式的信号至主备核心交换机，也可以直接输出 IP 音频信号到主备核心交换机，IP 音频信号通过 IP 接口设备直接送到主备调音台系统。其他信号源设备如慢动作、录像机、字幕机、HDMI 转换器的 HD 基带信号或 UHD 基带信号经过 IPG 网关进行帧同步或上变换或 HDR 转换后进入系统。输入信号源处理系统图如图 4 所示。系统末级采用主备机制，链路交叉备份，设备接口具备ST2022-7 标准的无缝倒换机制，整个系统没有单一崩溃点。输出信号处理系统图如图 5 所示。3.4 信号监看部分采用 SR LIVE 流程，同时制作 4K HDR 与 SDR 节目，监看方式要SDR/HDR兼顾。采用了3台SNP IP多画面分割器，单台画分可以处理 32 路 HD 信号或 8 路 UHD 信号，支持色域转换要求，画面显示支持 SDR 或 HDR，显示可以同时输出 1080P 或 1080i，支持源名跟随和 TALLY 指示系统。信号监看系统图如图 6 所示。4 音频系统设计音频系统设计基于 5.1 环绕声制作播出，满足双路由安全性需求，全面实现 IP 化，支持 ST2110-30 及 2022-7 标准，系统配置完备的周边设备，可完成文艺节目编组的二级调音，并能满足大型节目的录制及直播。音频系统分为音源部分、混合调音部分、末级处理及监听部分。音频系统示意图如 图 7 所示。图4 输入信号源处理系统图图5 输出信号处理系统图广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期43Content Production&Broadcasting 内容制播 图6 信号监看系统图图7 音频系统示意图广播与电视技术 2023年 第50卷 第1期44内容制播 Content Production&Broadcasting4.1 音源部分4.1.1 车外音源机头话筒信号通过摄像机光缆传输至车内 CCU，CCU 通过两种方式送至调音系统。第一种是通过 CCU 的 ST2110 接口输出至交换机，交换机向音频系统拉流送至主备调音台。第二种是 CCU MIC 输出经过跳线输出至主备调音台。车外信号由现场拾音设备、前级调音信号等组成，这些信号通过车外舞台接口箱接收，接口箱信号为 DANTE 格式，通过光缆送至车内主备交换机，再送到主备调音台的 DANTE卡接口，保证主备调音台的信源 1:1 备份接入。4.1.2 车内音源车内音源主要由视频服务器信号、外来信号处理后的信号、录放机的信号、慢动作设备信号、车尾接口信号等组成。4.2 混合调音部分调音部分主要由主备调音台组成，主调音台为 STAGETEC AURATUS-24，备调音台为 YAMAHA QL1。主调音台采用模块化结构，面板和数字音频核心机箱完全独立，具备 5.1 声道制作和监听能力；具备 IP 架构，IP 输入输出接口符合 AES67 与 ST 2110-30/31 协议、NMOS IS-04/05 协议，使 SDN 控制系统可对输入、输出信号调度和 管理。备调音系统由 QL1 调音台和音频网关设备组成，音频网关设备具备 AES67 与 ST 2110-30/31 协议接口，通过 MADI接口和备调音台相连。4.3 音源末级处理及监听部分末级