临沂广播电视台4K超高清转播车技术架构详解

【摘要】本文通过介绍临沂广播电视台4K超高清转播车的建设情况，详细分析了超高清转播车的技术架构，超高清转播车在4K、5G、IP方面的探索，尤其探索在超高清转播车上进行移动新媒体制作，为临沂广播电视台媒体融合发展提供有力的技术支撑。

【关键词】4K超高清转播车;5G;IP;转播车技术架构;移动新媒体制作系统;媒体融合

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.23.016

随着广播电视技术向4K+5G+IP方向的推进，临沂市广播电视台于2021年启动4K超高清转播车建设工程，经过近一年的努力，转播车主题工程已初步完成，进入设备集成调试阶段。转播车按B类车体标准进行设计，采用二类直挂底盘，单侧拉厢体结构整车总长12米，总高度4米，宽度2.5米。厢体内分别规划出音频区、导演区、技术区和新媒体区等工作区，能够满足8+2+N讯道+移动新媒体制作平台最终规模的整体要求。现将技术架构详细介绍如下：

1. 视频系统架构

转播车的视频系统通过配置主备核心交换机CE8850和SONY的LSM管理系统，实现从摄像机到切换台的IP信号传输，通过72x72 12G矩阵将12G信号作为备份。以IP核心交换平台和SDI矩阵为中心的4K超高清主备信号链路，提高系统的安全性。具备外场高清及4K超高清电视转播和电视节目录制功能。转播车视频系统设计以HD/UHD-4K内核为基础，以1台XVS-7000HD/UHD-4K多格式切换台为核心，8+2套HDC3500 UHD-4K摄像机为主要信号源，输入/输出端配置12G/4×3G/3G/HD/SD/IP/HDMI等多种接口和处理设备，来获得外部主要格式的视音频信号，向车外提供12G/4×3G/3G/HD/SD/IP/HDMI等多种格式的信号，系统以主备IP核心交换平台为信号调度中心，输出端采用下变换方式兼容HDR和SDR信号输出，并支持加嵌功能。系统设计可实现超高清UHD-4K、高清标准直播功能，UHD-4K、高清录制功能，新媒体直播功能。兼容并支持12G/4×3G/3G/HD/SD/IP/HDMI等多种信号格式的传输和信号处理。

切换台输出的IP信号经网关设备转换后作为主路信号进行4K节目录制与超高清高清节目信号输出，矩阵输出的12G信号作为备路信号进行4K节目录制与超高清高清节目信号输出。

放像信号与外来信号，经过视分、解嵌、帧同步后分别进入矩阵和IP网关，高标清格式的先通过上下交叉变换板卡进行上变换、色域转换后再通过视分、解嵌、帧同步分别进入矩阵和IP网关。

系统建成后符合SMPTE ST 2110 4K非压缩标准的要求，视频架构图如1：

视频系统采用超高清3840×2160，50P国家标准，兼容60P格式，可灵活接入各类格式和各种制式的信号，满足全流程4K超高清HDR制作能力，能够输出全高清制式信号，具备4K超高清分辨率、HDR（高动态范围）、WCR（宽色域，色域标准满足ITU-R BT.2020）、HFR（高帧率）制作能力，兼顾高清HDR/SDR（标准动态范围）ITU-RBT.709色域标准的制作和直播。

系统规模按8+2+N個讯（信）道设计，其中包括8个实配4K讯道，2个预留4K讯道，4个无线图传4K讯道+1个5G背包4K讯道。

配置1台4K字幕机作为主用，直接参与4K节目制作，配图文创作软件、体育转播软件、解说词直播软件、歌词直播软件。预留一台高清字幕机的作为备用（预埋电缆），将来可以通过上变换的方式参与4K节目的制作。

配置6路4K外来信号、4路高清外来信号和2路外来HDMI 信号的接入处理能力，具备帧同步、加解嵌、色彩校正等功能，可将12G、4×3G、IP流、HD-SDI信号变换成满足4K超高清需求的格式。

配置格式转换器，将HDMI信号转换为3840×2160 50P/60P 4K HDR信号参与超高清节目制作，同时满足SD、HD和4K信号转换成HDMI的能力。

系统配置1台T2-4K-PRO录放设备用于超高清高清素材的播放;配置2台Shogun Studio 2通道4K超高清硬盘录像机。

2. 切换设备

转播车配置的4K切换台为XVS-7000，其具有2M/E、HD/UHD-4K内核、IP输入输出接口、12G输入输出接口及HD输入输出接口。IP输入为20路;IP输出为8路;12G输入为8路;12G 输出为8路;主切换控制面板为ICP-X7000，采用28直切键，带源名显示功能;全功能键（色键、线性键和亮度键等）数量为4个，内置4通道帧存，4K素材存储总时间不低于20秒，支持主切、预切双色Tally功能;主机和面板双电源配置;切换台画面分割输出为2路。

3. 交换设备

采用交换机CE8850，交换机规模满足现阶段的需求，并具有级联扩展的能力。交换机具有40个100G端口，数量满足系统内4K、HD等信号的监测、监听、监看要求。核心交换机采用冗余配置，具备冗余电源和控制，灵活的端口设计及非阻塞线速。满足PTP同步要求。

利用LSM SDN管控系统来管理IP信号路由，以避免因溢出、风暴、阻塞等原因带来的网络安全隐患。

4. 通道设计

视频系统采用主备结构，交换机为主，矩阵为备份;高清制作采用4K信号下变换的制作方式。以高安全性直播系统为原则，转播车主备通道采用完全独立的链路设计，对于关键设备采用主备的方式，无单一崩溃点。具备完善的故障应急策略，主链路故障时能够切换到备路，切换操作简单便捷。

转播车IP构架采用ST2022-7标准的双流结构，当某一信号流故障时能够自动无缝倒换到备路。

5. 音频系统

转播车音频系统按传统方式设计，包括主备调音台、接口箱、音频处理、监听等设备。具有主备通道并互为热备，达到信号自由设定，安全调配，即使一个通道出现故障也不影响音频的制作和播出。

音频系统采用了QL5和QL1主备调音台，QL系列调音台支持5.1环绕声制作播出。信号源满足双路由的安全性需求，可分别连接主备调音台、本地接口箱、录像放像设备、通话系统及CCU等音频接口。音频系统配备主备调音台，互为热备份，具备5.1声道制作和直播能力，在制作链路、信号处理、效果制作、监听体系上满足音频5.1制作需求，满足立体声的制作和直播。

轉播车根据使用需求预留了各类接口，保证系统路由的冗余、安全及备份，具备完善应急方案，音频架构如图2。

6. 监视系统

监视系统采用大屏监看与画面分割相结合的方式，技监岗位采用4K HDR监视器，调像、音频、导演、收录、慢动作等岗位相应配置了4K LED大屏和HD监视器。画面分割器、大屏等设备故障时具备完善的应急监视预案，不影响节目制作对监看。

导播区监看采用了6台55寸LED大屏，通过多画面分割器进行多信号显示，监看系统中的所有信号。

音频区监看采用LMD-A170技术监视器，显示主要信源（可通过单独的切换面板选择）及PGM信号。

技术区调像监看采用LMD-A170技术监视器，通过画面分割器，能够显示所有摄像机信源，能便捷地监看带字符的基站输出信号;配置2台LV5381示波器监看8台摄像机的波形;技术工位配备PVM-X2400 4K HDR监视器监看4K画面和系统总输出的主备路PGM信号。

慢动作区监看采用LMD-A170监视器，通过矩阵面板可以切换监看各种信号。

录像区采用了ShogunStudio 2通道硬盘录像机，其带有监视器，可以监看记录的信号。

车尾接口板配备9英寸高清监视器，并配置监看选切面板来监看各种信号。

车内配置了一台AOC 55寸触屏显示屏，可以显示图纸等信息。

7. 时钟系统

时钟系统采用了TVZ3100主钟，支持GPS/北斗双模时钟。GPS/北斗双模时钟信号发生器可自动寻找并接收两颗以上的卫星信号进行自动北京时间校时。系统时钟由GPS/北斗时钟发生器的高频本机振荡器提供，支持一周以上的稳定精确的时间输出。

导播区和音频区都配置了TVZ系列子钟显示，导演区时钟具备标准时间、倒计时显示功能。时钟美观实用，与各区域的设备布局相适应，标准时间与倒计时时间的显示有颜色区分。

同时，转播车满足外部时码接入要求。

8. 同步系统

转播车同步系统采用了LT4611同步发生器和LT4488自动倒换器，输出PTP和BB两种同步基准。

系统内同步信号分为BB和PTP两种，主备同步机既可以接受外来同步信号，也可以自发生同步信号。

自动同步倒换器可以自动切换BB和Wordclock信号。

系统BB信号经过分配提供给系统中的设备，考虑到系统的级联使用，提供足够的同步信号到接口板，以实现与其它系统的同步。

数字音频系统的同步信号为PTP、BB、Wordclock等。

同时，同步系统接受由外部提供的BB信号的锁定。

9. 通话系统

转播车通话采用了通话矩阵ODIN16，满足摄像机、无线通话、外接四线及两线等设备接入。配置4个通话面板，满足转播车的通话需求。

配备1套BS350一拖4全双工的无线通话腰包，满足多工种、多层次通话需求。

转播车配备1台NX810车载基站和6台手持无线对讲手台，满足转播车和现场移动通话需求。

10. Tally和UMD系统

转播车采用了MT500动态源名管理服务器，可以对TALLY和源名设置快速，系统界面友好，具备完善的应急能力和备份措施。

为提高系统的可扩展性和制作灵活性，各区域监视器的视频源名显示、Tally指示实现动态管理。

提示（Tally）系统实现了主备台切换提示;将主播出切换状态、备切换面板切换状态设置不同的提示（Tally）颜色显示，节目制作人员可由提示（Tally）系统清楚地看到信号目前的使用状态。

系统中导演区、技术区、硬盘放像系统的提示（Tally）由画面分割器自带UMD功能来实现，主要功能包括信号源名称的显示和字符三色状态的变化。

画面分割器通过系统互通协议实现提示（Tally）显示和源名跟随。

摄像机系统通过摄像机管理单元，获取提示（Tally）指示，摄像机系统的Tally可以与监视系统提示（Tally）同步变化，显示红绿色不同的切换状态。

系统可实现群组提示（Tally）功能，在两个切换面板同时制作节目时，每个分配一个组，互不干扰。

与外系统级联时，提示源名跟随（TALLY&UMD）控制系统可以提供足够的支持。

提示源名跟随（TALLY&UMD）控制系统设置简便、安全稳定，工作状态有预设置存储功能，状态改变采用“一键实施”。

在车外接口板配备10路以上Tally输入输出，满足系统级联需求。

11. 周边系统

转播车采用的所用机箱、板卡均为同品牌，规格一致。

周边设备采用双电源静音机箱，模块化设计，支持热插拔，支持SNMP协议。

数量符合音视频系统的整体设计要求，并考虑未来系统的扩展升级。

机箱插板式设计，考虑卡槽冗余量，以备后续扩展使用。

双电源热备份，满足自动倒换的要求，任意一个电源发生故障时不影响系统的正常工作。

使用以太网络实现完善的网络控制与报警监测，支持6及相关协议;配套相关自有品牌配置、支持第三方监控软件。

控制卡发生故障时，不影响系统正常工作。

同时，所有视音频分配、上/下变换器、嵌入/解嵌器、帧同步器等符合相应的信号质量要求，提供设备设置和检测软件。配置操作服务器及相关软件、授权。

12. 新媒体制作系统

转播车的另一大亮点就是车内配置了新媒体制作系统。该系统体现出新媒体对节目灵活制作、突破地域限制、互动性强、发布迅速的总要求。配备的新媒体制作系统，具备混合网络聚合与拉流推流系統、无线图传系统、5G背包传输等设备，支持多格式多路输入输出、多人连线、多格式信号源切换、在线包装、调音、实时抠像、信号回采录制、节目单播出等功能。该制作系统非车内固定安装，在转播车无任务时可以单独外出进行新媒体直播。

混合网络聚合与拉流推流系统。系统支持移动、电信、联通等运营商的4G、5G多卡混合使用，并能将背包传至台里公网服务器的信号同时再传到转播车里，必要时实现演播室与转播车互动。配备拉流推流设备，满足直播互动的需要。

无线图传系统采用了2台2讯道的无线图传，可以实现转播现场的移动拍摄和讯道扩展，每台图传接收设备配置2副接收天线，一副安装在转播车车顶，另一副非固定式便携使用。

5G背包传输系统采用了1套背包机和一台接收服务器，实现了转播现场的移动拍摄和讯道扩展，同时与台里现有的5G背包系统实现无缝接入。

4K+5G+IP超高清转播车建成，标志着临沂广播电视台迈入4K超高清时代，是临沂广播电视台技术上的一次飞跃，尤其是探索在转播车上进行移动新媒体制作，为临沂广播电视台媒体融合的建设提供了有力的技术支撑。

参考文献：

[1]《4K超高清电视节目制作技术实施指南（2020版）》

[2]《中央广播电视总台4K超高清、高清电视节目同播技术规范》（2020版）

[3]沈志清.王晟彬.多点连线新闻直播系统的设计与应用现代电视技术.2013.3p124-127

[4]白浪.张婷.魏若阳.从综艺节目看LAWOm²56调音台在苏州市广播电视总台的应用.2017.10.p42-45

作者简介：宋刚（1972.2-），男，汉族，高级工程师，研究方向：广播电视工程，单位：临沂市广播电视台.