数字切换矩阵在广电演播系统中的应用

甘　媛

(福建船政交通职业学院公共教学部，福建 福州 350007)



数字切换矩阵在广电演播系统中的应用

甘媛

(福建船政交通职业学院公共教学部，福建 福州 350007)

现代电视技术的发展日新月异，电视台演播系统引入了数字切换矩阵来进行信号的调度，来满足不断增多的节目的制播需求.首先分析了现代广播电视台数字演播系统中的数字切换矩阵技术，简单阐述了数字切换矩阵的工作原理，然后从广播电视台的实际应用的角度出发，探讨了传统数学矩阵在电视台演播系统中的演化与应用.

数字切换矩阵；演播系统；应用

随着时代的变迁，多媒体技术和计算机网络的迅速发展，电视观众对于节目质量的要求也越来越高.广播电视行业的设备日新月异，而传统数学中的数字矩阵这一概念，已经广泛地渗透进了广播电视演播系统，衍生出来的广播级的设备也广泛应用于现代的广电行业中.现在从传统数学的角度，就格非公司生产的数字切换矩阵MRS32×32在某县级广播电视台演播系统里的应用进行探讨.

1　预备知识

1.1传统矩阵的演化

在传统数学中，矩阵(Matrix)是指纵横排列的二维数据表格，最早来自于方程组的系数及常数所构成的方阵.例如：M×N矩阵，如图1.这一概念由19世纪英国数学家凯利首先提出.矩阵是高等代数学中的常见工具，也常见于统计分析等应用数学学科中.在物理学中，矩阵于电路学、力学、光学和量子物理中都有应用.

图1　传统矩阵示意图

1.2数字切换矩阵的基本原理

而矩阵在广电系统里的应用也是很广泛的，比如说数字切换矩阵，就是一个非常典型的应用例子.其概念应用了线性代数的概念，一般是指M路的输入的情况下，有N路的输出选择，即形成了矩阵结构.所谓的数字切换矩阵，Digital Routing Switcher，就是对矩阵里任意一个信号的调度调配，矩阵的任意一路输出信号的输入源，可以选择矩阵的任意一路输入信号，同时，矩阵的任意一路输入信号，可以同时指派给矩阵的任意一路输出信号，相互不干扰.

如图2所示，该数字切换矩阵主要由输入单元、开关矩阵单元、输出单元以及控制单元组成，图中横线代表输入信号线，竖线代表输出母线，即信号的去向，横竖交叉点代表电子开关.我们把输入信号到输出母线的开关称为交叉点，每个输入信号都要通过电子开关(即交叉点)连接到相应的输出母线上，由控制单元根据需求发出指令，找到信号交叉点，将输入单元的信号调度到输出单元，完成矩阵信号的调度[1].

图2　数字切换矩阵的基本原理图

2　应用分析及解决方法

2.1数字切换矩阵在演播系统中的实际应用

在广播电视台的演播系统里，有很多的信号源，如摄像机CAM、放像机VTR、字幕机CG、非编NLE、外来信号EXT等十几种，需要将这些信号进行调配，建立通路，然后将节目信号录制播出.如果按照传统的做法，一个设备的信号传到另一个设备上，需要一根电缆线，那么有几台设备，就要有几根链接电缆线，再根据需求，直接把线缆连接相关的设备，类似于以前的电话接线员，不停地拔插线缆，来满足需求.那么这将是多么庞大、错综复杂的工程，需要更多的空间、电缆、装备和电子元件，而且还增加了设备故障点，出错率高，不易排查.

而随着电视节目数量的逐渐增多，在电视台演播厅的演播系统中，逐渐采用矩阵作为节目信号源调度的重要设备.目前在某县级广播电视台用的是一款格非公司生产的MRS32×32的数字切换矩阵，标准的1RU机架式结构，双电源设计，支持对32路嵌入数字信号的独立的32条母线输出切换，以及单母线输出切换，可以满足县级电视台目前的演播厅节目信号调度的要求.

图3　数字切换矩阵系统图

目前该广播电视台处于改造升级阶段，暂时开设1个电视频道，即电视综合频道，以及1个广播频率.电视台实行日播，每天播出18个小时，其中自办栏目有5个，在演播厅里录制口播，然后与节目串编成片，进行播出.其中录制口播的时间总时长每天2个小时，因此该演播系统的录制压力比较小，接入的信号也相对简单：3台摄像机3路信号(CAM)、播出服务器2路信号(SEV)、录像机2路(VTR)、非编1路(NLE)、视频转换器1路(VGA)、字幕机1路(CG)、在线包装1路(3DM)、外来信号4路(EXT)、CLEAN信号1路、主路信号1路(PGM(M))、备路信号1路(PGM(B))，共18路信号.

如图3，I/P是数字矩阵的输入端口，目前接入了18路视频信号，O/P是数字矩阵的输出端口，目前接出了23路视频信号，日后如果系统升级改造，需要添加新的设备，则可以通过空余的接口进入矩阵，方便快捷，如图4所示，可见MRS32×32这款矩阵信号的输入与输出的端口数量，对于一般的县市台的需求还是有冗余的.

图4　MRS32×32矩阵背板接线图

2.2数字切换矩阵信号调度的实际操作

在日常工作中，为保障节目的正常录制，需要时刻监看主路信号PGM(M)是否正常，这时可以用矩阵进行信号的调度，将主路信号PGM(M)调度给TECH技术监看设备，即用TECH技术监看设备来监看主路信号PGM(M)的内容，实际操作步骤如下：

(1)先选择信号目的源，如图3所示，矩阵上O/P端TECH的端口号是32，这时在操作面板(图5)下面一排按数字3、2，按确定键ENABLE，下面一排的数字液晶屏显示数字32，这就选择好了目的源TECH技术监看设备.图3是矩阵系统图，图5是矩阵MRS-XYHS操作面板.

(2)再选择信号源信号，如图3所示，矩阵上I/P端PGM(M)的端口号是17，这时在操作面板(图5)上面一排按数字1、7，，按确定键ENABLE，上面一排的数字液晶屏显示数字17，这就选择好了信号源PGM(M).

通过以上这两步操作，就将I/P端的PGM(M)信号调度到了O/P输出端的TECH技术监看设备上.这样就完成了信号调度，实现了用TECH技术监看设备来监看主路信号PGM(M)的内容.

2.3数字切换矩阵的优点

2.3.1快速简易

在数字矩阵的MRS-XYHS操作面板上，上面一排是信号源信号I/P，用来选择信号的出处，即你需要什么信号；下面一排是目的信号O/P，用来选择目的源，即信号最后调度到的设备，标号0到9，上下各九个按钮.

例如：需要用录像机VTR1来录制摄像机CAM1拍摄的内容，这时需要先选择信号目的源，如图3，矩阵上O/P端VTR1 IN的端口号是06，这时在下面一排按数字0、6，按确定键ENABLE，数字液晶屏显示数字06，这就选择好了目的源录像机VTR1；录像机简称VTR，摄像机简称CAM.

再选择信号源信号，矩阵图上I/P端CAM1的端口号是01，这时在上面一排按数字0、1，数字液晶屏显示01，按确定键ENABLE，这就选择好了信号源CAM1.

通过以上这两步操作，就将I/P端的CAM1信号调度到了O/P输出端的VTR1 IN上.这样就完成了信号调度，实现了用VTR1录制CAM1的信号.

同理，I/P输入端的01端口CAM1信号也可以分配给O/P输出端的任意一个端口，可以完成矩阵里的其他信号之间的任意切换.

2.3.2直观便捷

如图5所示，下面一排O/P液晶屏显示的是数字32，即目的源选中的设备是TECH技术监看设备.上面一排I/P液晶屏显示的是数字17，第17路信号源是PGM(M)系统主输出，将I/P第17路与O/P第32路建立连接，即系统主输出的画面在技术监看设备上显示，信号调度一目了然、直观便捷[2].

2.3.3任意选择

在广播电视台制播系统里的这套MRS32×32的数字切换矩阵，非常重要的一个功能就是实现对输入数字信号的切换输出，可以同时支持32路数字信号的输入和32路图像信号的输出，可以将信号从演播系统中的任意一个输入通道切换到任意一个输出通道，方便快捷.在这个矩阵中，如图3所示，对矩阵的任意一路输出信号O/P的输入源，可以选择矩阵的任意一路输入信号I/P.同时，数字矩阵的任意一路输入信号I/P，可以同时指派给矩阵的任意一路输出信号O/P，相互不干扰[3].

2.4在实际应用中出现的突发情况及解决方法

2.4.1矩阵连接错误

值得注意的是，由于演播厅制播系统的特殊性以及系统集成的需求，在搭建演播厅系统的时候，各路信号就有相对固定的设置，来保证节目的正常录制.如图3所示，O/P端的录像机VTR1 IN的信号源一定是选在I/P的17路上，即PGM(M)系统主输出，保证VTR1录制主输出节目信号，用于节目的保存和编辑.只有在突发情况下，才可以进行解锁切换数字矩阵.所以在面板的右侧有个PROTECT保护键，在常亮的状态下是面板保护.日常工作中，就出现过演播系统里切换台、调音台、录像机状态都正常，可是录像机VTR1录下的信号偏偏不是系统主输出PGM信号，通过工作人员的仔细排查，才发现矩阵没有点亮PROTECT保护键，VTR1的输入信号没有锁定在PGM(M)上，导致出现不正确的信号连接，重新定义后故障排除.由于矩阵的特殊性，会导致有很多种不同的线路连接，就需要时刻点亮保护键，就不会出现由于偶尔的误操作而造成正在录制节目的信号突然出错的问题，防止人为的错误造成节目误播事故.

图6矩阵面板MRS-3201HS

2.4.2单母线应急切换

在日常节目录制过程中，也出现过切换台故障，无法切换信号的情况，也是一种常出现的突发情况.当切换台发生故障，主输出信号异常的时候，就需要用到MRS32×32的数字切换矩阵的单母线输出功能.对应在图3上O/P输出端的01端口EMG，EMG对应的是系统的备路信号输出，这时先将系统信号由主路输出切换到备路输出，同时图6所示的矩阵面板MRS-3201HS解锁，在1到32路之间任意选择需要的信号，直接在该面板上切换，每选择一个信号，按ENABLE确认一次，这样可以确保信号的正确性.这时演播系统用备路信号录制，同时其他设备统一切换备路信号，完成对节目信号的正常调度，保障节目不中断地正常录制.

3　结束语

数字切换矩阵在广播电视台演播系统中起着极其重要的作用，担负着重要的任务，安全可靠，操作简易，方便快捷，在广播电视领域不可或缺，这也是传统数学中矩阵概念在现实社会中的实际运用.数学作为一门具有高度抽象性和严密逻辑性的学科已经深入到自然科学和社会科学的各个领域.

[1]张琦. 数字电视制播技术[M].北京：中国广播电视出版社，2003.

[2]郑潮宇，赵伯听，卓秀然. 基于数字视频矩阵的气象演播系统的应用[J].福建电脑，2012，(6)：110-111.

[3]王凯.电视中心矩阵的设计应用[J].现代电视技术，2005，(11)：67-69.

(责任编校：晴川)

The Application of Digital Switching Matrix in Radio and Television Studio System

GAN Yuan

(Department of Basic Education, Fujian Chuanzheng Communication College, Fuzhou Fujian 350007, China)

This paper analyzes the digital switching matrix technique in the modern radio and television digital studio system, simply expounds the working principle of digital switching matrix, and discusses the evolution and application of the traditional mathematics matrix in television studio system from the perspective of practical application in radio and television stations.

digital switching matrix; studio system; application

2016-06-21

甘媛(1981— )，女，江西高安人，福建船政交通职业学院公共教学部讲师，硕士.研究方向：应用数学.

TN931

A

1008-4681(2016)05-0046-03