新一代高清电视转播车系统架构及设计思路

赵圣杰

（广东电视台，广东 广州 510066）

新一代高清电视转播车系统架构及设计思路

赵圣杰

（广东电视台，广东 广州 510066）

新一代高清电视转播车系统的全高清的设计，旨在使转播车具有更好的兼容性、灵活性以及安全性，并从全高清电视技术的优势着手，分别从车体空间结构设计、空调系统容量计算、配电系统安全性设计、转播车整体设计以及视频系统、慢动作系统、VSM控制系统等方面进行了详细的描述，通过引入整体设计使转播车内的工作环境更加的舒适和谐。

全高清；双侧拉；空调；配电；整体设计；视频系统；Tally/UMD；文件化；VSM控制系统

随着电视技术的快速发展，电视转播车[1-2]也经历了模拟、分量、标清、高清等几个阶段，新一代高清电视转播车与现有高清电视转播车的区别在于不仅向下能满足现有的高标清节目制作需求，向上也能提供高于现有高清图像质量的满足上变换到超高清（UHDTV1，分辨率3 840×2 160，简称4K）需求的节目素材，而且新一代的转播车在车体、系统、监控设计等方面超过了现有的转播车。

随着2012伦敦奥运会超高清电视技术的首次应用，设备制造商和电视技术人员把关注的焦点集中到超高清电视技术上来，新的超高清电视转播系统的建设也指日可待。根据经验，一辆转播车的设计寿命在10～15年，参考高清电视技术发展历程，结合电子技术发展规律，4K超高清转播车在未来3～5年内就可以大规模装备使用。因此，在当前阶段建设全高清1 080p/50转播车无疑为合适的选择，不仅设备制造商在摄、录、编、播、存、传输都有现成的设备可供选择，性价比也越来越高，而且对技术人员的业务要求也基本等同于高清的要求。

1 转播车车体系统设计

下面以广东电视台10讯道B类转播车为例，根据笔者在转播车设计和使用方面所积累的经验，分别从车体设计、配电系统、空调系统、监控以及整体设计等方面进行详细描述。

1.1 车体方面

根据中国汽车行业的相关标准以及外形尺寸，新建造的高清转播车的有效载荷必须符合中国交通部门的相关规定，结合广东地区的道路行驶条件，为了尽可能扩大可用空间，转播车采用12 m直挂车体建造。总车长≤12m，宽2.5m（侧拉厢收起），车厢体外总高度≤3.9 m，车厢内部净高≥1.9 m，车体采用双侧拉厢式结构，双侧拉厢的内深度≥1 m；为充分利用有限空间，车内地板要平整无台阶。

整车全部车轮均为全空气气囊悬挂结构，有效增加转播车行驶过程中的减震效果。车体双排轮后排增加后轮随动系统，当车辆转弯时，后轮随转弯反方向转动，能够使转弯半径变小，提高转播车的道路适应能力，并且减少后轮胎损伤。

整车采用五功能区布局方式，由车头至车尾依次为音频区、导演区、技术区、车尾工作区，慢动作区设置在导演区后排。如图1所示。

图1 转播车功能区划分

1.2 空调系统

转播车空调系统要求在室外温度为-20℃～+45℃时，车内温度达到23℃±3℃的人体舒适温度，因此空调系统在总体设计、设备选型、制冷量计算以及送风方式的选择上至关重要。参考我国计算机房设计规范（GB50174—1993）[3]，广电设备运行环境要求如表1所示。

表1 广电设备运行环境要求

由于转播车内空间有限，热量主要来自设备运行发热量、照明发热量、人体散热、补充新风带来的热量、通过车体热传导的热量，其中设备运行的发热量占全部发热量的80%以上。

由于车内设备基本都为国外进口设备，而且设备布置密度相当大，所以设备发热量按450～650W/m2估算。车内公共面积大概为20 m2，1 m2热量为0.18 kW/m2，设备负载为12 kW，车内最多可以容纳20人。依据经验采用“功率及面积法”估算法，结合环境和人为因素计算所需空调制冷量为16 kW，换算成制冷量为7匹，为安全起见，考虑备份需求转播车所需空调制冷量为12匹。

空调系统安装2台机柜制冷空调，集中安置在技术区的设备机柜提供集中制冷，保证设备的温度控制在安全范围之内；3台为工作区空调分别安装在音频区、导演区和技术区，可以独立调控温度，保证工作区的温度舒适；另外，转播车的空调系统同时还安装有新风注入装置。转播车空调系统设计采用单独制冷和风道设计相结合的方式，如图2所示（原图为彩色图片），红色（深色）为回风口，黄色（浅色）为出风口。

图2 转播车空调风道图

工作区采用长条孔形出风方式，通过送风道将冷风吹到出风孔，利用出风孔的倒风板使冷风均匀分散地吹到车内空间，制作区和技术区采用浸淋式出风方式，如图3所示。

图3 转播车内部风向流动示意图

1.3 配电系统

配电系统包括直流和交流2个部分，由隔离变压器、稳压器、UPS、照明系统、直流电瓶等组成。全车配电通过一个20m2的3相5线电源电缆和外接电源电箱连接，通过隔离变压器隔离后，1路进入稳压器对电源电压进行稳定调整后送给UPS给全车设备供电，1路直接送给空调系统和非稳压电系统提供给照明和直流电瓶充电机等。

配电系统相电压为380 V、线电压220 V、频率为50 Hz，为避免单一故障点，稳压器前后、UPS前后等关键节点设置倒换开关，并且具备配电系统关键设备故障的应急措施，如图4所示。在外电断电的情况下，车内UPS能够维持全车设备20 min的节目制作需求，为故障恢复和节目备播留下充足的时间。另外，配电系统还具备防浪涌电压保护功能。

图4 电源系统简图

1.4 车体监控系统

车体监控系统是为了更好地了解转播车的状态，随时监控影响转播车安全的各种因素，保障转播车以及转播设备的安全。

车体监控分为车体及周围环境监视和车体控制。周围环境监视使用5个带夜视功能的高清摄像头在转播车前后左右以及车顶桅杆监看、记录周围环境状态，保障设备安全和安全播出。另外，在转播车的关键位置，包括门、地板上掀处、楼梯安放位置、登顶梯等位置放置19个感应器，通过传感器技术和工业自动化技术结合可编程逻辑控制器（PLC），实现可视化的车体监控平台，对支撑腿、侧拉厢以及侧拉平台状态的全方位监控，而且能够通过触摸终端进行操作，满足车体操作的高安全性、可靠性、高效率要求。

1.5 转播车整体设计

虽然车体为双侧拉厢结构，考虑到目前国内外的车体制造材料和工艺，主设备区不考虑侧拉，并且把主设备区放在车体的后轮轴上，提高承载能力；为了提高车内的工作空间，车内不设维修通道，采用外开门方式，有侧拉顶棚遮阳避雨；设备区通过双层玻璃推拉门与工作区隔离，实现降噪并提高制冷质量，提升技术区工作环境。技术操作区采用外侧拉和内设弹性维修通道相结合的方式，设备维修时，技术操作台面可以电动控制外移80 cm，节目制作时技术台面可以紧靠侧拉厢内壁，有效地拓展了技术区的空间，这样的设计使技术区的横向空间扩展了近1.2 m的距离。为改善长时间节目制作带来的视觉疲劳，通过监视器后移来提高观看舒适度，监视器距离人眼1.5 m。技术区和导演区通过推拉玻璃门隔开，如图5所示。

图5 技术区布局图

导演区和慢动作区为双侧拉，慢动作区在导演区后排。导演区电视墙采用单屏和四画面分割相结合的方式，可以有效地避免大屏灾难，而且能够提高导演监看的舒适度。电视墙和导演操作台采用电动方式前后移动，正常情况下，电视墙紧靠侧拉厢内壁，需要维修时电视墙可以外移80 cm，留出维修通道。慢动作区为固定台面，后排座椅采用固定箱式结构，可借助液压杆上掀，内装摄像机及其附件，如图6所示。由于导演区和慢动作区中间无隔断，在导演区采用5.1监听方式。

图6 导演区布局

音频区在整车的最前面，背靠车头，音频操作员通过玻璃窗和导演相呼应，有效地利用了整车的横向空间，进一步提高空间的利用率。音频区和导演区之间通过走廊连接，针对南方的多雨天气，走廊可以放置雨伞、雨衣等物件，保障车内环境的湿度和整洁，如图7所示。

同时音频区内的设计也充分考虑了广播声学要求，如图8所示。另外，在内饰的设计上还要兼顾人性化设计，既要满足节目制作需求，又要体现便利性，比如笔筒、USB充电接口、剧本照明灯等设计。

图7 音频区布局

图8 转播车内饰

2 转播车视频系统设计

视频系统设计充分利用最新的广电技术成果，既体现灵活性、兼容性，又满足安全播出以及文件化制作需求，主要从视频系统、UMD系统、慢动作系统以及VSM系统来详细描述。

2.1 视频系统

视频系统采用全高清处理设备，采用上下变换满足高清和标清制作需要，如图9所示。

信号源的全高清信号均同时进入主备切换台及多码流视频矩阵，部分通道高清信号先进入多码流视频矩阵，进行信号的上边换后再接入切换台。导演区信号监看采用独立屏+四画面分割方式，所有信号均由矩阵输出，防止大屏灾难。

系统采用双2×1选择开关进行主备联动切换，正常情况下矩阵应急切换母线选在备切换台的主输出上，保证主备输出通道信号的一致性；当主切换台发生故障时，通过备切换台来进行节目切换，即使备切换台也发生故障，还有矩阵应急母线来选切节目输出，达到二备的功能，双2×1采用联动控制切换。在通道上采用主、备双通道镜像方式来提高系统的安全性，采用完全独立的2个节目输出通道，保证整个节目信号的路由通道上没有唯一系统崩溃点，最大程度上保障安全播出，应急切换时有Tally显示，具备字幕叠加功能。

图9 视频系统图

2.2 Tally/UMD系统

在Tally/UMD系统中，采用红、黄、绿三色Tally提示，红色提示为主PGM所切信号，黄色为备切换台PGM所切信号，绿色为矩阵所切信号。系统通过串口获取矩阵和主备切换台的交叉点信息，经过Tally服务器处理后向UMD设备以及画面分割器发送Tally和UMD信息，同时，为确保系统的安全稳定，采用主备热备份Tally服务器方式，支持一键切换主备功能。系统支持GPI输出功能，满足调音台跟随切换台要求，如图10所示。

图10 Tally/UMD系统

2.3 慢动作系统

由于此转播系统定位于体育赛事和综合文艺类节目的录直播，因此慢动作重放和多讯道录制成为此转播系统的标准配置。慢动作系统采用EVS服务器，支持Avid DNxHD，ProRes422，AVC-Intra，Dvcpro HD等编解码格式；系统以Xhub为核心来共享素材，2台视频服务器负责信号的采集和输出来满足体育赛事慢动作重放的要求；服务器录制的素材可以实时备份到Xfile[2]素材归档主机内的大容量移动硬盘内；满足现场制作中需要的素材迁移、归档和备份工作，同时能够满足文艺节目中的多通道录制需求，减少转码所带来的对图像质量的损失，形成从主要依赖磁带制作的环境向无带化转移，既提高设备利用率，节约了成本，又提高了质量和效率。IPDirector可以连接到任何一台服务器上，控制整个网络中所有机器录制的片断和信号源，提供内容标记、资产管理、编辑、精彩集锦和高级浏览的功能，如图11所示。

图11 慢动作视频服务器系统

2.4 集中控制系统

VSM（Virtual Studio Manager）集中控制系统，将各个产商的产品通过在逻辑层的绑定，达到对转播车内各系统设备进行集中管理，从而提高系统的灵活性和便利性。另外，转播车通过配置数据矩阵、KVM来满足车内工位和设备的灵活调度。

VSM融合了目前市面上的大多数主流广电设备，包括视音频矩阵、切换台、调音台、画面分割器、通话系统、周边设备等，通过自带协议，将不同厂商、不同协议的设备无缝融合在一起，通过运行VSMstudio软件，管理、配置、控制全车设备，系统设置在软件内完成，操作方便快捷。VSM为主备服务器设计，当其中一台服务器出现问题时，另外一台服务器自动接管控制，不需要手动倒换，如图12所示。

VSM把视音频系统的矩阵、CCU增益、切换台、调音台、通话矩阵等所有的交叉点在一个系统下进行一个逻辑层面调度和管理，既能够分类管理，又可以实时显示当前状态，系统全局和局部快照。在转播车导演区和音频区可以设置不同快照切换。

图12 VSM控制系统

本文根据现代高清电视技术的现状以及未来发展，综合现有高清设备状况，提出了新一代高清电视转播车系统全高清的设计思路，并在吸取国内外成功经验的基础上，使车体设计更加舒适和人性化，系统设计也更加灵活和安全，VSM控制系统具备了转播车全局集中管理控制的优势，使得新一代的转播车在很多实际的应用中做到游刃有余，兼容性更强，既能满足大中型体育赛事的转播，又可以在文件化的多通道录制中大显身手。在细节的把握上，不仅可以实现视音频矩阵跟随，摄像机返送PGM声音，导演区环绕声监听，也考虑到了到了通话系统的双备份，多通道录制系统的异构备份等应急备份方式，充分保障了安全播出，也集中体现了最新广电技术的灵活应用。

[1] 肖炅.湖南广播电视台12讯道高清电视转播车视频系统设计[J].现代电视技术，2014（1）：56-60.

[2]施荣.高清转播车的网络管理系统[J].电视工程，2006（4）：56-57.

[3]GB50174—1993，电子计算机机房设计规范[S].1993.

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�� 雯

2014-03-20

【本文献信息】赵圣杰.新一代高清电视转播车系统架构及设计思路[J].电视技术，2014，38（22）.