新闻演播室大屏幕热备份系统方案设计

蔡小薇

（天津海河传媒中心，天津 300202）

0 引 言

天津海河传媒中心新闻演播室位于天津数字电视大厦4楼，占地面积约750 m2，承担了《天津新闻》《12点报道》《晚间新闻》等多档新闻节目的全年直播和天津市重大活动的新闻直播任务，是天津新闻宣传报道的重要直播平台。由于该演播室内原大屏幕系统运行时间较长，安全性、稳定性有所下降，因此，天津海河传媒中心在2022年启动大屏幕系统更新项目。此次新闻演播室大屏幕系统设计为LED小间距超高清大屏，具体系统项目改造方案如下。演播室大屏实景如图1所示。

图1 演播室大屏实景

1 LED显示大屏幕系统概况

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）可以直接将电能转化为可见光。LED大屏是由三原色灯珠组成单元板，通过芯片控制发光[1]。随着显示技术的不断发展，LED屏幕点距越来越小，刷新频率不断提高，大屏显示画面更加清晰、细腻，色彩还原度高，越来越多地应用于电视节目的制作。

大屏幕在新闻演播室节目制作中一般作为主播背景呈现在镜头中，需要根据节目实时变换显示内容，是节目制作的重要环节。演播室大屏幕系统设计必须满足《广播电视安全播出管理规定》的相关管理规定，需要考虑整体系统双链路设计，通过完善的热备份机制保证整体系统安全性，并制定直播应急操作预案，保障节目播出安全。下面具体介绍系统方案设计。

2 大屏幕系统方案设计

新闻演播室大屏幕系统主要由LED显示屏、大屏控制器、视频处理器、切换台、控制计算机以及配电系统组成[2]。

大屏幕系统采用三级主、备双链路架构，热备份机制，系统设计如图2所示。

图2 新闻演播室大屏幕系统图

2.1 大屏显示信号热备份

大屏控制系统设计主、备两台大屏控制器。每台大屏控制器输入3路信号，分别是1路串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）基带信号和2路不同路由的高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）信号，输出为网络信号，通过网线发送至LED显示屏。每块LED箱体配置双接收卡，接收主、备大屏信号后环出至另一块箱体，信号首尾串接，实现大屏显示。

主大屏控制器发送主路大屏信号至屏体左一箱体主接收卡，依次串接所有箱体主接收卡，形成大屏信号左环路。备大屏控制器发送备路大屏信号至屏体右一箱体备接收卡，依次串接所有箱体备接收卡，形成大屏信号右环路。

大屏每个箱体均为双信号链路。当主路大屏控制器发生故障，无信号输出时，屏体会自动切换至备路接收信号显示。当某一块LED接收卡或网络线路发生故障，不会影响与其串接的其他箱体信号显示，避免出现部分屏体黑屏情况，保障节目播出安全。

2.2 大屏拼接处理信号热备份

系统配置了主、备两台迈普视通LED-W4000视频处理器，其主要功能是完成视频信号拼接、切换和多画面显示等，保障输出至大屏控制器的视频信号正常。W4000视频处理器背板如图3所示。

图3 LED-W4000视频处理器背板示意图

视频处理器标准输入共12路，分为4组，每组内3路信号，三选一使用；包括SDI×1、HDMI×3、DVI×4、DP×4；分辨率规格为SDI（3GSDI：1 080p/i及以下）；HDMI、数字视频接口（Digital Visual Interface，DVI）、DP（Display Port）均支持4K×1K/60 Hz范围扩展显示标识数据（Extended Display Identification Data，EDID）管理。

视频处理器的扩展输入支持同时扩展2组4K模块。单个模块包含DP1.2×1，HDMI2.0×1（含一路环出），单个模块内输入端口二选一使用。

大屏系统中，视频处理器共有三路输入，如表1所示。

表1 视频处理器输入列表

视频处理器输出共12路，分为2组，每组包含4路DVI（A、B复制，例如1A=1B、2A=2B）及2路HDMI（A、B复制）DV1、HDMI两种端口，二选一使用。两台视频处理器各输出1路HDMI（1A）信号，分别送至主、备大屏控制器输入端。

主、备W4000视频处理器通过交换机网络连接，可实现同步切换操作。正常状态时，主、备视频处理器默认选择大屏控台信号。当发现该信号错误时，手动切换主处理器至其他输入源，备处理器同步切换，保障送至下级的主、备路信号保持一致。当主或备视频处理器发生故障，可直接将故障设备断电，仅使用另一台处理器工作，避免故障处理器输出错误信号，导致大屏出现闪烁、静帧、花屏等情况发生。

2.3 视频信源切换热备份

在新闻节目制作中，尤其是直播节目，要求大屏幕素材切换灵活、快捷，且在新闻连线环节还需要屏幕开窗等，切换操作主要使用大屏控台完成。系统配置迈普视通MIG-EC80切换台，支持4K输入/输出，是多图层处理与控制一体化的视频控台，内部采用4K/60 Hz 4∶4∶4图像处理技术，内置4K矩阵，支持多路4K输入之间淡入淡出切换。切换台面板设计如图4所示，切换台背板设计如图5所示。

图4 MIG-EC80切换台面板

图5 MIG-EC80切换台背板

系统中，大屏控台共有六路输入，如表2所示。

表2 大屏控台输入列表

切换台主输出2路，1A路和1B路HDMI主输出信号分别送至主、备视频处理器。

正常工作状态时，节目制作使用大屏控台可以快速完成多路信源淡入淡出切换、图层叠加、图像zoom变换、图像截取等操作，画面效果可通过预监端口实时监看。同时，备背景服务器输出1路信号作为大屏热备份信号。当控台发生故障，手动切换下一级视频处理器至备路HDMI信号（即输入2），保障节目正常进行。

2.4 供电系统双备份设计

按照广播电视安全播出要求，大屏系统的配电系统采用双供电及双电源设计。配电系统设计如图6所示。

图6 配电系统示意图

配电箱设置了主、备动力电的自动倒换装置，同时输出两路市电提供给大屏系统主、备电源供电。为了防止LED箱体整体启动电流过大，大屏配电箱设置了手动分批启动功能[3]。每个箱体均为双电源供电，主路与备路电源分别串接。当主路电源或者某个箱体主电源模块发生故障，串接的箱体自动切换至备路电源模块供电，避免出现部分屏体黑屏情况，保障节目播出安全。

3 系统安全及应急操作

正常状态下，大屏系统默认设置为大屏控台信号输出，主路工作，备路处于热备份状态。

3.1 大屏信号显示异常处理

如果大屏信号显示异常，可采用如下步骤进行故障定位、处理。

（1）切换控台其他信源，查看控台预监信号是否正常，判断控台是否故障。

（2）如视频控台发生故障，手动切换主视频处理器信号，主、备路系统后端一级正常。

（3）视频控台状态正常时，继续判断下一级故障点。断开主视频处理器电源，备路视频处理器工作，若备路系统后端一级正常，可判断为主视频处理器故障。

（4）如主、备路视频处理器或线路发生故障，手动切换主、备大屏控制器至HDMI2信号，大屏显示为备路背景服务器信号。

3.2 大屏单块箱体显示异常处理

如果大屏单块箱体显示异常，一般为大屏模组显示器件故障或箱体接收卡、电源模块故障，需要及时检查线路，更换配件。

4 LED显示屏体主要技术参数

4.1 点 距

LED显示大屏由三原色灯珠组成，两个灯珠的中心点之间的距离称为点间距。点间距的大小决定屏幕的显示分辨率。分辨率越高，屏幕在显示画面时就越清晰。在点阵图像中，最佳的显示效果是显示分辨率与信号分辨率一样，即点点对应。

新闻演播室大屏幕设计为LED小间距超高清大屏，采用平面屏设计，屏幕宽4.72 m，高3.6 m，总面积为17 m2。大屏系统的主输出信号为4K信号，信号分辨率为3 840×2 160，按照点对点全屏显示计算，可推算出最佳点距。按屏体宽度计算点距为4720 mm÷3 840≈1.22 mm。按屏体高度计算点距为3 600 mm÷2 160≈1.66 mm。

在电视节目制作中，大屏点距的选择还与节目内容直接相关。由于该新闻演播室大屏应用于新闻频道多档节目制作，节目形式各不相同，大屏不仅承担背景渲染的功能，还需要准确显示文字、图表和连线视频等内容信息，要求屏幕有较高的清晰度。综合评估，屏体选择了点距为1.25 mm的LED显示屏。

4.2 低亮度、高灰度

LED显示屏是自发光电子设备，本身具有高亮度。在演播室节目制作中，屏幕与现场灯光和舞美环境相配合，亮度一般会调至较低，这样才能拍摄出最佳的画面效果。当显示屏降低亮度时，画面就会出现较为明显的灰度损失现象，所以在电视演播室的大屏选型中，要求屏幕需要在低亮度的情况下保持很好的灰度表现，即“低亮高灰”[4]。一般要求大屏亮度0%～100%无极可调，P1.25屏灰阶不低于16 bits，支持分段校正，提升各个灰阶的显示均匀性。

4.3 高刷新率

电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数越高，刷新率越高，所显示的图像稳定性就越好。LED小间距屏在高刷新率下，摄取画面稳定，无波纹黑屏，图像边缘清晰，准确还原图像真实信息[5]。

4.4 前维护设计

LED显示箱体采用双卡双电源备份控制，箱体可正反面拆卸；模组、控制盒正面维护，便于快速维修更换，系统安全性更高[6]。

5 结 语

高清晰度的屏幕显示、准确的色彩还原以及安全的系统设计，是电视制作领域对大屏幕系统的基本要求。随着LED大屏幕技术的不断发展，异形屏、开合屏、弧形屏、地屏等设计越来越多，加之虚拟现实相关技术的兴起和应用，大屏幕在电视节目的应用越来越广泛，形式更加丰富。对此，需在节目录制工作中不断探索大屏幕的系统流程和备份应急机制，为节目创作、创新提供技术保障。