面向奥运全4K制作的超大型转播车设计

谢秦

众所周知2020年东京奥运会公共信号制作将采用全4K HDR的制作模式，无论对奥运会制作要求，还是对OBS的转播技术要求都是一项巨大的挑战。本文将介绍SMT上海东方传媒技术有限公司从2018年平昌冬奥会转播到2020年东京奥运会4KHDR转播技术的变化，着眼2022年北京冬奥会，介绍SMT在超大型4K HDR转播车建设的最新理念。

一.平昌冬奥会转播技术方案

1.项目介绍

平昌冬奥会期间，SMT-UHDS1转播车完成冬奥开闭幕式备份系统转播以及冬残奥期间现代冬季两项和越野滑雪两个项目的公共信号制作任务，平昌期间所有公共信号制作以高清1080i 59.94标准制作，冬奥期间声音制作以5.1环绕声为主，残奥期间以立体声制作为主。

现代冬季两项——雪上运动项目之一。它是越野滑雪和射击相结合的运动。要求运动员身背专用小口径步枪，每滑行一段距离进行一次射击，最先到达终点者即为优胜。 它起源于挪威，与人们在冬季狩猎活动有关，是一种滑雪加射击的比赛。

越野滑雪——借助滑雪用具，运用登山、滑降、转弯、滑行等基本技术，滑行于山丘雪原的运动项目。比赛线路是上坡 、下坡和平地各约占1/3。为有利于发挥速度，应避免坡度过长、过陡和急转弯地段。运动员按赛前抽签决定的顺序佩带号码布，着经裁判检查认可并打有标记的滑雪板。单项比赛采用间隔单人出发。除雪板前部和雪杖外，双脚位置不得超过起点线。比赛名次根据运动员按规则滑完全程所用的时间确定。运动员到达终点时至少有一只脚穿带有标记的滑雪板，否则成绩无效。

2.现场机位布局

整个场地根据不同的级别、组别会有不同的赛道，基本都是在此基础上变化；整个赛道由2部分：stadium和course组成；大部分baithlon和cross country skiing的组别都是一个个选手先后出发计时，同时在baithlon比赛中射击部分脱靶还有加罚时间，因此在整个制作过程中找出领先者是重中之重；对于baithlon来说主要的是start、course、shooting、finish，其中course的占比相对较少，对于cross country skiing来说主要的是srart、course、finish，course的成分比较重要，因为该项目会将赛道均分为上坡、平地、下坡，考验选手的滑雪能力。

3.转播车系统布局

DIRECTOR：整个节目制作的核心，把控赛事制作全流程，需要与所有转播工种通话，负责叫机，所有其他工种向他汇报；赛前2小时到达现场，赛前2小时-1.5小时与摄像开会，赛前1.5小时上车检查监看、机位设置；赛前和赛后的制作流程相对简单，难度最大的是选手全部在赛道时，寻找领先者的工作，需要headspotter和Asistent director不断的分析数据向他汇报。

TD：负责设置切换台，赛事期间听从Director完成切像工作，几乎不使用通话，只在紧急的情况下与摄像通话；赛前2小时到岗，检查切换台所有功能，与EIC接触较多，是Director和转播车联系的枢纽。

ASISTENT DIRECTOR WITH CIS：助理导播，辅助director按照赛事直播流程进行各项切换，例如何时播放倒计时，何时播片头，何时出時间成绩等；CIS系统是赛事信息系统，包含选手信息和比赛成绩。需要与director、headspotter、Graphic、evs、A1通话。

SPOTTER：相当于现场导演，现场一共有4位spotter，负责不同区域的工作，包括体育场内选手的出发顺序、选手到达射击区域的限售和赛道上选手的先后等即时信息，4个spotter只向First spotter汇报现场情况。

First spotter：是head spotter的助理，联系现场4位spotter，将信息收集汇总后传递给head spotter；First spotter只与4位现场spotter和headspotter通话。

HEAD SPOTTER WITH CIS AND OMEGA：相当于director的领航员，主要工作是跟踪比赛期间各个选手的位置和成绩，分析处于领先的选手，即时向director汇报选手位置和成绩，使director在第一时间知道该找哪位选手；head spotter的工作相当重要，他需要通过CIS系统和omega即时计分系统实时掌控领先者。在比赛期间工作难度、强度非常大，因为director完全根据head spotter的信息来跟踪选手和切像。Headspotter只和director和asistent director通话。

PRODUCTION CONTROLL：由2个工位组成，1位是OBS production manager负责掌控制作全局，按照制作手册的要求监督提醒director；同时负责与IBC PQC联系，PQC主要是针对制作流程的把控；另外一位是制作团队的team leader，主要配合OBS production manager工作，同时需要与体育展示进行联系和沟通，掌握现场颁奖流程。

S U B D I R E C T O R F O R HIGHLIGHTS：evs导演，由2个人组成，主要指挥、指导highlights、session video montage、melt real、best athletsslomos的制作，同时兼顾赛前选手的热身及制作部分选手画面给字幕上人名条；该工位需要看到全部机位信号、需要看到所有4台EVS的8个输出，同时需要与director、evs op、部分摄像师如无线机位、机器人机位。

SUB EVS-operator 1：单独一台evs，8进2出，需要能联网其他evs，专门用来做highlights，session montage、best athletsslomos、melt real、蓝光单机素材传送等。

EVS 1-A＼B-operator 2：EVS 1 8进4出，DUAL LSM模式，负责shooting range cam6、cam16、oncorse cam12 、cam13、倒计时、Openning closing animation。

EVS 1-C＼D-operator 3：EVS 1 8进4出，DUAL LSM模式，负责shooting range cam7、cam8、oncorse cam15、cam18。

EVS 2-E＼F-operator 4：evs 8进2出设置，负责Start and finish cam4、cam5、cam 2、oncorse cam19、 cam 20、直升机、其他。

EVS 3-G＼H+SSLM -operator 5：evs 8进2出设置，负责finish cam11、oncorse red cam14、cam 17、oncorse blue cam21、cam 22、SSLM、其他。

所有EVS工位需要evs monitor监听且希望在通话面板內听到evs monitor声音；所有EVS都是2 PGM模式，都需要与director、audio、sub director、asistent director通话。

Audio：5人团队，双A1调音师推台子、3人A2负责现场话筒、通话由转播车工程师完成。

CCU operator：5人调光、负责27个机位的调光，基本上是一人4-5个机位，1号位是总负责，调4个主机位加总体颜色把控；每个工位都需要有通话面板和矩阵面板，同时需要有颜色矫正设备对外来信号，如beauty、直升机信号进行实时校色。

4.信号分发

·该节目制作共采用24个有线机位、12路外来信号。冬季两项和越野滑雪每天交替进行，每天根据不同的比赛、组别，进行相应的机位、系统、制作的调整。

·共使用4台12通道EVS制作，6个制作面板。

·TV compound里除了转播车外，最重要的由3个房间：TOC、OMEGA timing、RF&HELI；三个房间有大量信号与转播互联、同时都需要通话面板与转播车级联；其中转播车视频输出大约在40路左右，输入在10路左右；音频输出数字10对，数字输入4对，模拟输入10路，输出4路。

二.东京奥运会4K转播需求

1.东京奥运制作标准

采用全4KHDR核心制作，高清播出信号通过4KHDRPGM信号下变换获得。前端转播系统要全部采用4KHDR内核制作，转播系统将分别输出4KHDR公共信号及其下变换获得高清SDR公共信号，高清信号配合5.1环绕声播出、4KHDR信号配合5.1.4全景声播出。

2.东京奥运4KHDR制作流程

全4KHDR制作的痛点在于对转播设备的要求非常高，同时在实际的体育赛事制作中对特种设备的需求本身又很大。现阶段而言，大部分特种设备本身无法达到4KHDR的输出，因此OBS定义了适用于东京奥运会的4KHDR制作流程（如下图）。

切换台采用4KHDR内核、EVS慢动作系统采用1080PSDR内核，输出通过上变换为4KHDR格式进入切换台、所有特种设备（无线摄像机、超高速、mini摄像头等）、字幕、包装输出格式至少为1080PSDR格式进入EVS系统，同时采用上变换方式进入切换台；所有的监看系统和调光系统采用基于高清SDR格式的监看，4KHDR的画面主要由Visionmanager来整体把控4K画面和高清画面的配。

3.4KHDR制作下的转换需求

以SMTUHDS4所参与的攀岩公共信号制作需求为例，至少需要32路的SDR-HDR、HDR-SDR的转换通道需求。

三.超大型4KHDR转播车的设计理念

总结SMT参与的2届奥运会（平昌冬奥会和东京夏奥会）转播制作需求，兼顾考虑未来几年4KHDR的制作需求，我们在设计超大型4KHDR转播车时评估了12GSDI系统和IP系统的可实施性，最后认为超大型系统对于系统的稳定性、可拓展性上更有优势，因此我们选择基于SMPTEST2110标准架构的32讯道超大规模4KHDR双制作转播系统。

1.设计原则

·安全性：根据技术需求设计的系统方案具有高安全性。系统具备主备份安全冗余通路、应急处理机制、系统功能完善，架构及流程合理；应急处理简单有效、减少故障恢复时间；IP制作系统确保能够高稳定性地运行；数据交换中心采用主备核心设计，所有IP设备都保证双通道输入输出，系统具有故障自动检测，自动恢复能力；应用管理系统具备容错和应变能力。

·先进性：设计的系统方案具有先进性。充分利用IP网络双向传输、多数据流传输和多格式数据流兼容等特性优化系统结构；主要系统均使用IP交换机作为信号交换核心。

·可扩展性：系统设计具有可扩展性，在保证基本配置的前提下，预留充分的扩展空间，保证将来可以进行讯道和相应功能性设备的扩展。

·实用性：根据奥运会OBS的转播技术要求，S1转播系统可以满足大型奥运会赛事的转播要求，并可满足顶级赛事、高端电子竞技类比赛及大型综艺类节目的转播。

2.系统目标定位

实现4KHDR超高清节目制作，满足SMPTE2110标准的4K全IP的系统架构。

·能够完成超大型节目的4K直播、录制任务，满足大型体育赛事、高端电子竞技类比赛、大型综艺节目的制作。

·双制作空间布局，可以满足30-40工位以上的布局；

·制作区域划分，可根据节目形态进行适当的布局变换。

·环绕声制作，包括多声道录制、立体声制作、全景声制作。

·平台信号调度基于SDN服务器的管理，通过对SDN控制，简单控制能实现整个信号的调度、分配、控制，操作简单便捷安全，并能实时查看数据流的走向，兼顾传统 SDI工程师的使用习惯。

·系统支持全新PTP同步方式，系统连线相比传统的BB大为简单。采用主备PTP的接入方式，实现无缝的主备切换，并能与传统的 BB 同步方式相兼容。

·系统支持SMPTE 2110-30音频IP流，完成通话系统与摄像机实现自由灵活的双向 IP音频交互，通话内容的调度、系统的架构变得极为简单。

·通用的、符合国家标准的SMPTE2110 IP、SMPTE2082 12G-SDI、SMPTE425-5 4*3G-SDI、SMPTE424M 3G-SDI、SMPTE 292M HD-SDI视频、AES/EBU、模拟音频、嵌入音频、4线通话、TALLY等输入及输出端口。

3.总体技术方案

SMT UHD S1全系统基于IP SMPTE 2110的数据中心架构，采用spine leaf组成的超大吞吐能力的数据中心，主备全冗余。基于目前IT架构的发展，采用100G接口，在4K内核下采用了无压缩4K信号处理，确保系统內所有传统4线变成成熟的IP传输，大幅减少系统内线缆，极大的提高了系统的灵活性。系统同步采用PTP与BB信号混合使用的方式，播出通道考虑以IP与传统方式混合的架构 。

系统总体框图：

视频系统总体架构

·视频系统采用主备spineLeaf数据中心架构，采用100G接口，最大信号处理能力6.4T。

·双SDN控制，实现对IP信号的路径走向、分发路由的控制。

·支持32个4K IP摄像机的接入能力，可实现32讯道4K HDR转播。

·切花台满足56路IP 4K及16路12G SDI输入，输出24路IP 4K 及16路12G SDI的处理能力。

·满足24个通道的输入、4个通道输出的色域转换能力。

·监看系统采用全IP画分，采用100G接口接入核心数据网络。

音频系统总体架构

·音频系统采用SMPTE 2110-30架构，具备SMPTE 2022-7冗余倒换能力。

·调音台主机、舞台接口箱等接入2110网络。

·备份调音台通过AES-IP转换设备接入2110网络。

·通话系统中与摄像机、调音台交互的部分接入2110网络。

·音频播出采用传统加嵌方式，保证播出的安全性。

通话系统框图：

通话系统总体架构

·通话系统设计192*192矩阵规模，支持SMPTE 2110-30标准，支持与摄像机、调音台之间通过IP网络实现双向传输。

·系统支持与32个摄像机基站之间实现IP双通道（PROD，ENG）通话，支持与调音台之间实现24路IP双向传输，支持24个IP无线通话腰包接入，支持40对模拟四线输入输出，支持至少 8路GPIO，系统配备至少36块通话面板，通话面板采用IP方式与通话矩阵之间连接。

·通话系统支持冗余备份，主要工位通话面板采用IP与模拟双路由连接方式，摄像机与通话系统之间采用单通道模拟4线连接方式作为备份。

通话系统框图：

同步系统总体架构

·同步系统采用PTP精准时钟协议作为同步信号，部分传统基带设备采用BB信号作为同步源。

·主备数据中心之间采用千兆网相连，使得PTP信号能进行倒换。

同步系统框图：

对外分发能力：

根据过去2届奥运会信号分发的统计，在4KHDR制作模式下对于前端转播系统的信号分发能力要求越来越高，多版本信号分发，不同格式、不同制式的信号需求量比以往几届奥运会的需求更加大。因此，我们在设计的时候仍然保留了较多的SDI信号分发能力。

总计：340路3G-SDI输入，291路3G-SDI输出；5路12G-SDI输入，6路12G-SDI输出。

基于4KHDR调整的调像工位：

在全新的4KHDR工作流程下，传统的调像工位已经无法满足4KHDR与高清SDR画面之间的兼顾，基于SMT 4K制作的工作经验，我们特意在新建的大型4KHDR转播系统中设计了这一全新工位。该工位是全车视觉质量的总控，即能监看高清画面又能监看4KHDR画面，即有4KHDR示波器又有高清SDR示波器，同时还能调整所有高清、4K和色域转换设备的所有参数。

SMTUHDS1转播车4KHDR工位设计：

SMTUHDS4转播车4KHDR工位设计：

四.总结

全4K HDR制作将东京奥运会上开始全面展开，相信必将给全世界观众带来一场前所未有的视觉盛宴。今年的4K HDR奥运转播是一个全新的起点，4K HDR的发展也将步入一个全面的、高速的发展阶段，相信在2022年的北京冬奥会将迎来全面的大考，届时4K HDR的制作流程也将不断完善，给世界带来更加震撼、更加富有冲击力的画面。