高清转播车系统集成线号表编制方法研究

2015-09-19郑惠兵

电视技术 2015年22期

郑惠兵

(中国仪器进出口(集团)公司，北京100044)

通常情况下，A 类高清转播车(16 讯道)会达到4 000 ～5 000条电缆，B 类高清转播车(8 ～10 讯道)会达到2 000 ～3 000条电缆。这些电缆大致应用于以下系统，包括:视频(高清、标清、模拟)，音频(数字、模拟)，通话，Tally，控制，光缆，同步，时间码，KVM(Keyboard、Video、Mouse)，StageBox，VGA/DVI/HDMI，网络，电源系统等。在系统设计和施工布线时必须保证每条电缆和连接头的“唯一”，就需要给每条电缆一个准确并且唯一的线号，还要给每个连接头一个准确并且唯一的连接端口定义，避免施工过程中布线错误和端口的连接错误，给后续的系统调试工作带来不便。线号表就是清晰定义每条电缆和连接头的文件。线号表需要技术人员在系统集成施工开始前根据系统施工图编制完成。线号表不但包含一辆转播车系统设备全部的电缆和连接头的信息，还包含全部设备的安装位置的信息，是施工的“语言”，是对施工图纸的详细解释。因此编制好一份内容准确、清晰、完整的线号表，可以说完成了整个转播车集成工作的70%。施工人员根据线号表，完成电缆敷设、电缆头制作、设备安装等工作，为下一步系统调试打下良好基础。

线号表编制主要包括3 方面的内容:

1)电缆线号;

2)电缆两端位置、连接头信息(“FROM”和“TO”);

3)电缆属性(长度、型号、颜色)。

线号表采用由“面”到“点”的定义方法，首先按照电缆传输信号的属性、设备安装位置等相关信息，通过字母和数字的组合给每一条电缆编制一个唯一的线号，然后分别编制这条电缆两端所连接设备的基础信息，准确定义每一台设备、每一个接口，并确定电缆两侧连接头的型号，还要确定首先制作哪侧连接头。最后定义连接电缆的信息，包括电缆型号、长度、颜色(见表1)。

1 编制电缆线号

电缆线号是由字母和数字组成的:ABC－123，字母代表电缆属性;数字代表电缆序号。

1.1 字母编制

首先用缩写字母来定义电缆传输信号的属性，定义这条电缆是属于视频电缆、音频电缆、控制电缆等;是高清、标清、模拟，还是数字音频或者模拟音频等。通常情况下字母缩写定义如表2 所示。

表1 视频系统线号表

表2 线号字母缩写定义

1.2 电缆序号编制

序号编制没有统一的标准，可以用简单的序列表示，例如:从1，2，3，…，100，也可以根据系统设计的一些规律编制。转播车中的电缆，数量最多的是视、音频电缆，而这些视频、音频电缆中大部分都是连接到跳线盘的电缆，这些电缆的一侧连接在跳线盘上，连接有一定规律可循。因此，首先编制经过视频、音频跳线盘的电缆序号。

1.2.1 音频跳线盘线号编制说明

音频系统通常采用48 路音频跳线盘，1RU，Bantam，分为上下两排，各48 路。上排连接设备输入端，用于“输入”信号;下排连接设备输出端，用于“输出信号”。

音频跳线盘线号编制方法举例如下(见图1):

1)第一个音频跳线盘上口第一个线号为“101”，第二个为“102”，第三个为“103”……以此类推，上口最后一个线号为“148”。

2)为了便于记忆和查找，将跳线盘下口的编号从“151”开始，就是在上口线号的基础上，每个线号加50，变成下口的线号。例如:第一个音频跳线盘的下口第一个线号为“151”，第二个为“152”，第三个为“153”……以此类推，下口最后一个线号为“198”。

3)第二个音频跳线盘的上口第一个线号为“201”，下口第一个线号为“251”。

编制好的字母和序号组合在一起，就构成了一条电缆的线号。例如:DA127，表示这条电缆传输数字音频信号，一侧连接在第一个音频跳线盘的第27 个上口;A289，表示该电缆传输模拟音频信号，一侧连接在第二个音频跳线盘的第39 个下口(89－50=39)。

图1 音频跳线盘线号编制示意图

1.2.2 视频跳线盘线号编制说明

视频跳线盘线号编制规则与音频一致(见图2)。视频跳线盘通常采用26 路跳线盘，1RU，分为上下两排，各26 路。第一个视频跳线盘的上口第一个线号为“101”，第二个为“102”，第三个为“103”……以此类推，上口最后一个线号为“126”;为了便于记忆和查找，将下口的跳线盘编号从“131”开始，就是在上口线号的基础上，每个线号加30，变成下口的线号，第一个视频跳线盘的下口第一个线号为“131”，第二个为“132”，第三个为“133”……以此类推，上口最后一个线号为“156”。例如:HD106，表示这条电缆用于传输高清视频信号，一侧连接在第一个视频跳线盘的第6 个上口。

图2 视频跳线盘线号编制示意图

2 编制电缆两端信息和连接头信息

“FROM”代表电缆一侧，“TO”代表电缆另一侧信息。编制时两侧所涵盖的内容一致，编制方法一样。

1)房间名

设备所在区域名称，通常转播车内部分为几个区域:导演区(DIR)、技术区(TECH)、音频区(AUDIO)、车尾接口板(EXT I/O)等。

2)机柜名

设备所在机柜名称。系统集成时，设计人员应将全车的全部机柜、操作台、接口箱等进行定义。如:“机柜1(RK1)、机柜2(RK2)、电视墙(TV WALL)、操作台(Console)”。

3)机器名

就是指设备型号。例如:HDCU－2080;XDS－1000 等。

4)UNIT

指同一架机柜里面有2 台以上同样型号的设备时，仅仅靠机器名不能准确定义位置时，可以给每台相同的设备设计一个“UNIT”号码，区分第几台机器。如同一机柜里面的视频跳线盘VJP ＜1 ＞、VJP ＜2 ＞、VJP ＜3 ＞，VTR ＜1 ＞、VTR ＜2 ＞等。还有对于综合板卡机箱，机箱里面插入了很多不同功能、不同型号的板卡，对于连接到板卡的电缆，“机器名”就是综合板卡机箱的型号，“UNIT”可以编制为机箱内部板卡的型号(见表3)。

表3 “UNIT”编制

5)端子名

指设备后面接口名称。如“LINE OUT1，AES IN 1/2，HDSDI OUTPUT1”。

6)CN

指连接端子的连接头型号，如:BCP－B25HD，NC3FX，F－09，RJ－45，Dsub25M 等。转播车除了通常的视频、音频插头以外，还会涉及到一些特殊的插头，如USB，HDMI，VGA 等，由于转播车是“移动的演播室”，很多插头在车辆行驶过程中容易产生松动，甚至脱落，带来系统故障，因此插头和插座之间必须充分保证坚固、结实、接触稳定。常用的BNC 型插头和插座、XLR 型插头和插座有自锁结构，但是像USB，HDMI，VGA 等没有自锁结构，插头容易松动、脱落，建议采用带有自锁结构的插头和插座。在有些特殊的场合，由于转播车空间狭小，设备后部接口区域与机柜结构或检修门之间距离非常近，无法插入插头。可以采用直角型的连接头(见图3)。对于转播车车尾接口板上面的音视频插座，可以选用带有防尘盖的类型，可以防潮、防尘。

图3 各种插头和插座

转播车上的设备供电建议尽量不考虑电源接线板，而是采用电源接线端子排的形式。

由于转播车在随时移动，电源插头插在接线板上容易松动，造成电源接触不实，或者脱落。而采用电源接线端子排则十分牢固。电源接线端子排采用压接端子的形式将电源线的一端电线压接在端子上，用带有弹簧垫片的螺丝固定在端子板上，非常紧固。端子板高度为1RU，节省空间，并且可以根据机柜背部设备的情况安装在合理的位置。如果一个机柜内部的设备较多，电源线较多时也可以考虑并接的方法。接线端子排上面的电源线要做好线号标识，同时注意接线端子排要配有保护盖，防止触电。

7)端末加工

通过“端末加工”标注出施工时“首先”制作电缆的哪一侧插头，通常用“O”和“X”表示。“O”表示首先制作的一侧，“X”表示后制作的一侧。对于连接到视频、音频跳线盘的电缆，应该首先制作连接跳线盘一侧的连接头。

3 电缆属性(型号、长度、颜色)确定

3.1 电缆选型

3.1.1 高清视频同轴电缆的内部结构

转播车中的视频信号主要通过同轴电缆传输，特性阻抗75 Ω。在不同的使用环境下要选择适合的同轴电缆，同轴电缆的传输距离由内部的结构和材质决定。同轴电缆内部结构主要包括3 个基本因素:内导体、绝缘层、屏蔽层(见图4)。

1)内导体分为:独股实心铜和多股绞合。

2)绝缘层:采用低损耗聚乙烯材料，衰减很小，广泛应用于高清信号传输。

3)屏蔽层分为“编织屏蔽”和“编织加铝箔屏蔽”两种(见图5)。

编制屏蔽

编制加铝箔屏蔽

图5 高清同轴电缆屏蔽层

“编织屏蔽”主要适合流动环境和经常收放的场合，编织屏蔽可以达到93%以上，比如视频跳线，就是采用多股绞合芯线和编织屏蔽。铝箔屏蔽是100%的屏蔽，“编织加铝箔屏蔽”的组合可以达到更好的屏蔽效果，主要适合机柜之间传输等固定敷设的场合。

3.1.2 数字信号在同轴电缆传输中重要的指标——信号衰减

在视频信号的传输过程中，输入信号的衰减程度与电缆长度成正比［1］。影响信号衰减的一个重要因素是回波损耗(反射损耗)，是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射，主要是由于电缆结构的不均匀性所引起，是数字视频传输电缆的一个重要指标。图6 中可以看到正常的眼图、受反射损耗和驻波影响的眼图测量。

图6 各种眼图测量

高清转播车视频系统通常有2 种格式信号:SD－SDI，HD－SDI。

SD－SDI 信号基带信号频率:数字传输码流:270 Mbit/s;基带信号频谱:135 MHz。

HD－SDI 信号基带信号频率:数字传输码流:1.485 Gbit/s;基带信号频谱:742.5 MHz。

波长计算公式:λ=v/f，v=3×108 m/s(式中:λ 为波长;v 为波的传播速度;f 为频率)。

1)音频信号:f=20 KHz;λ=15 000 m。2)模拟视频:f=10 MHz;λ=30 m。

3)SDI 基带:f=135 MHz;λ=2.22 m。

4)HD－SDI 基带:f=750 MHz;λ=0.4 m。

表4 可以看出回波损耗对视频信号的影响，在模拟信号系统中基本不出现或损耗很小;在标清系统中(SD－SDI)会偶尔出现驻波，通常在长距离信号传输中或者阻抗匹配不好的时候出现;而在高清系统中，由于波长短，回波损耗是影响信号衰减的重要因素。必须注意工程实施及设备选型，特别在阻抗匹配不好的情况在短距离传输时会造成传输误码率增加，图像质量劣化严重。

表4 同轴电缆标准衰减量 dB/100 m

信号的最大传输距离不但取决于电缆，还取决于连接头、跳线盘等相连设备的阻抗匹配、回波损耗、误码校验、电平灵敏度等相关因素。

通常转播车高清视频信号传输可以选择两种同轴电缆:L－2.5CHD、L－4.5CHD。这两种电缆都属于编织加铝箔屏蔽电缆。L－2.5CHD 电缆线径细、质量轻，适合高清数字设备之间实际距离不超过30 m 的场合;而L－4.5CHD 电缆比以前使用的L－5CFB 电缆轻了很多(L－5CFB 质量:7.3 kg/100 m;L－4.5CHD 质量:6.2 kg/100 m)，用于机柜之间传输，适合高清数字设备间最大距离不超过70 m、标清数字设备间最大距离约250 m 的场合安装(见表5)。

表5 电缆最大传输距离－SMPTE 标准m

在系统设计和施工时，大量视频电缆是连接到视频跳线盘的电缆，视频跳线盘是无源设备，没有均衡的功能，在计算线长时要考虑经过视频跳线盘的上口和下口的电缆长度的总和，这种电缆应该尽量考虑使用L－4.5CHD，特别是从转播车内部设备经过视频跳线盘后连接至车尾接口板的电缆，该跳线盘的上口和下口的电缆务必都采用L－4.5CHD。

另外，高清转播车中视频监看系统会使用到DVI/HDMI电缆，DVI(Digital Visual Interface)是由英特尔等几家公司推出的用于传输数字视频数据的接口标准，当图像分辨率为1 600×1 200，帧率为60 f/s(帧/秒)时，传输速率约为4.95 Gbit/s［2］。DVI 电缆只能传输图像信号。HDMI(High Definition Multimedia Interface)是由飞利浦、索尼等7 家公司联合制定的专用于传输数字视频/音频的新标准。通过一条连接线，即可同时传输未经压缩的高清视频信号和数字音频信号。数据传输速率高达10.2 Gbit/s［3］。以上2 种电缆都是传输数字信号，传输数据量都很大。DVI 电缆传输距离最好不要超过8 m，HDMI 电缆尽量不要超过10 m，在成本允许的情况下尽量选择高品质的电缆，保证图像质量。

3.1.3 音频电缆的主要类型

1)四芯星绞传声器电缆(铜网屏蔽)L－4E6S

这种电缆采用四芯扭绞在一起的结构，内部双平衡对线结构和编制很密的铜网屏蔽可以大大减少电磁干扰而带来的噪声，而且十分柔软。其外层的护套即结实耐用又柔软，耐寒能力很强，在温度很低的情况下也能保证柔韧性，非常便于户外、手持或者流动的场合使用。抗噪声能力极强，主要用于传输传声器信号。如连接摄像机的采访传声器，以及连接车外接口箱的传声器电缆等。在连接插头时，必须保证焊接正确，达到最佳的抗噪声效果。

2)四芯星绞传声器电缆(铝箔屏蔽)L－4E5AT

这种电缆与采用铜网屏蔽的四芯星绞传声器电缆工作原理基本类似，只是采用铝箔屏蔽，内部有抗拉纤维或填充绳，适用于固定敷设的场合。转播车内部机柜间的传声器电缆全部采用这种电缆。

传声器电缆在布线时尽量远离电源电缆，或者将传声器电缆敷设在金属软管内部，可以减少噪声。由于转播车内部空间有限，不能辐射金属软管时，也可以用铝箔将传声器电缆包裹与电源电缆隔离。

3)两芯屏蔽电缆(铝箔屏蔽)L－2B2AT

这种电缆用于固定敷设场合，主要用于连接模拟线路音频信号。

4)数字音频电缆

转播车上主要的数字音频信号传输，主要有以下几种形式:

(1)平衡传输:XLR 接口(卡侬接口)，阻抗110 Ω;平衡传输还有采用“D 型头”的传输方式。

(2)非平衡传输:BNC 接口，阻抗75 Ω。(3)RCA 接口:S/PDIF 格式，阻抗75 Ω。

(4)光纤传输。

(5)杜比E 编解码技术。

对于数字音频电缆，需要根据实际连接端口的类型选择。如果是平衡传输方式，可以选择数字音频电缆(DA202AT)，其特性阻抗110 Ω。适用于机柜内部连接，长度可以达到140 m的数字音频讯道。如果是非平衡传输方式，则需要采用75 Ω 同轴电缆。

另外，有时两台数字音频设备连接时，它们的数字音频接口不一致，一台采用非平衡的BNC 类型，阻抗为75 Ω，另外一台是平衡的XLR 型卡侬接口，阻抗为110 Ω，这时就需要阻抗转换设备来进行75 Ω 和110 Ω 之间的阻抗转换。

3.1.4 光缆

转播车摄像机光缆采用复合光缆成品线，这种光缆内部包含:单模光纤、控制电缆、电源电缆、还有抗拉组件。它符合SMPTE/ARIB 标准，外径9.2 mm，外皮采用非常耐磨的PVC材料，工作温度(－40 ～+75°C)，极限传输距离可以达到4 000 m。可以传输视频、音频、控制、提示信号，还包括摄像机供电，非常适合演播室和转播车使用。

转播车摄像机成品光缆两侧的插头分别为母头(FCFA)和公头(FCMA)。采用不锈钢壳体，在电缆受到拉力时可以保证连接坚固可靠。内部采用推拉式锁定结构，插入损耗＜0.5 dB，传输质量高，误码率极低。另外还有法兰盘型光缆插座:母座(FCFRA)和公座(FRMRA)。在安装法兰盘型光缆插座时务必要安装绝缘垫片，保证插座和面板之间充分绝缘。

光缆在转播车系统中不但应用于摄像机传输信号，还可以应用于音频系统。在转播车音频系统中采用的舞台接口箱，作为扩展设备与调音台一起使用，为现场声用途提供强大的支持。转播车主备调音台和接口箱之间仅仅通过2 条光缆，就能够长距离传输无压缩的24 bit/48 kHz 或44.1 kHz规格的高品质音频信号。音频系统当中的主、备调音台各安装2 块MADI HD 卡，车内舞台接口箱和车外舞台接口箱分别配置1 块MADI HD 卡，每块MADI 卡上有SC 型光纤插座MAIN IN/OUT 和AUX IN/OUT 共2 个通道。主、备调音台分别连接车内和车外接口箱，能够分别给主备调音台传输64 个音频信号，使得每个调音台最大可以达到96 路输入。在转播车与车外舞台接口箱之间采用了2 条与摄像机复合光缆一样的200 m 复合光缆，这种光缆内部采用单模光纤。由于调音台和舞台接口箱均配置了MADI HD 卡，都是采用多模输入输出，而用于长距离传输的复合光缆是单模光缆，因此配置了4台单模－多模转换器(见图7)。

主备调音台与车内接口箱之间采用多模SC－SC 型铠装光纤双向传输音频信号，同时，主备调音台通过单多模光纤转换器与转播车接口板之间连接;车外接口箱也通过单多模光纤转换器与飞行箱接口板双向传输音频信号。在转播车接口板和飞行箱接口板之间采用与摄像机光缆同样型号和规格的单模光缆进行双向音频信号传输。主备调音台和接口箱配置的每块MADI HD 卡有2 组光信号的输入和输出:MAIN IN/OUT，AUX IN/OUT，在连接时要特别注意，并认真仔细做好线号标识。做到:IN—OUT 对应，IN—TX 对应，OUT—RX 对应。

3.2 电缆的长度

电缆的长度要根据车体布局图、机柜布局图、线槽图纸等综合计算并实际测量得出。通常情况下应在尽量降低成本的前提下，遵循“宁长务短”的原则。另外，有几点需要注意的地方:

1)视音频跳线盘电缆，由于视音频跳线盘后面接线很多也很密集，调试和检修时需要从跳线盘的前面将跳线盘拉出来进行检修，建议在预留电缆时要预留出将来检修的空间。

2)接口板电缆，在预留接口板电缆是通常会多预留1 m左右的长度，便于接口板今后的检修和调整。

3)转播车上一些经常抽拉设备比如录像机、还有安装在抽屉里的设备的电缆在预留时需要预留出一定的长度，便于设备的抽拉。

3.3 电缆的颜色

电缆的颜色没有强制性的规范和标准，但是建议选择不同颜色区分模拟视频、数字标清、高清电缆，数字音频和模拟音频电缆也可以选择不同颜色进行区分。

4 线号表编制小结

完成了电缆的属性(型号、长度、颜色)，结合前面完成的线号和电缆连接头信息等工作，就完成了全部施工线号表编制。线号表要在系统集成开始之前编制完成，通过线号表的信息，不但可以明确每一条电缆的属性(型号、颜色、长度)，每个连接头的具体型号，还可以通过分类汇总统计出施工所需的全部施工材料，包括电缆的种类，每种电缆长度;连接头的种类、数量等信息。

另外，可以在车尾接口板与车内接口板之间连接一些视频和音频电缆，作为直通线(TIELINE)用于系统设计时未能全部考虑到的信号传输。可以将视频和音频跳线盘剩余的接口也都连接上电缆，按照车体最长的距离预留在车尾，便于今后系统局部的改造。作为预留电缆，也要在线表和图纸中标记出准确的相关信息。

线表编制完成以后，还要将线号添加到系统图纸当中，完成施工图的设计，必须保证图纸当中每一条线两端的线号完全一致。在施工过程中技术人员要根据系统设计的变更随时调整线号表和图纸，最后，完成一份完整、准确、全面的竣工资料。