融媒体超高清新闻演播室建设

龙廷波

（徐州广播电视传媒集团，江苏 徐州 221000）

0 引言

徐州广播电视传媒集团（以下简称徐州广电）基于现实需求和适度超前理念，在新台址建设了一个面积为255 m2的融媒体4K 超高清新闻演播室。演播室的建设遵循高标准兼顾经济和创新性原则，可以实现全流程4K 超高清节目直播及录制，同时兼顾高清流程制作[1]。徐州广电着力突破传统媒体的思维框架，融合互联网新技术、新应用、新成果，突出融媒体的设计理念，强化与微信、微博、客户端的互动体验，与用户进行多终端实时互动和多维立体展示；创新演播室的播报形态，充分利用多场景、多空间、背景大屏展示及轨道机器人拍摄系统等新兴技术，呈现更立体、更丰富的节目互动形态，提高演播室摄像的全景别、自动化、智能化，提高节目的互动性。

1 演播室总体架构

超高清新闻演播室面积为255 m2，与200 m2小型综艺演播室共用设备间及部分制播设备。建设过程中，首先进行声学装修和灯光系统建设，其次安装发光二极管（Light Emitting Diode，LED）大屏和舞美系统，最后进行视音频系统的集成。演播室视音频系统采用纯基带4K 视频系统架构，主备链路设计，既保障了节目制作和直播的安全，又可以满足扩展性需求。背景屏幕包含大面积LED 显示屏和小面积拼接液晶屏幕，满足不同节目形态的需求。4K 包装系统包含在线包装、大屏包装和虚拟前景，全部为主备设计，在提升节目效果的同时保障安全性。灯光系统为吊挂系统，可以根据各栏目的需求制定个性化的灯光方案，扩展性极佳。智能集控系统可将视音频系统、灯光、大屏、机器人和在线包装全部统一在一起，显著提升工作效率，实现更智能、更便捷的节目录制。各系统、各工种之间更有效地紧密协作，提高节目制作效率，同时可以准确地了解各系统运行状态，全面保障演播室系统的长期稳定运行。

2 系统组成

2.1 视音频系统

超高清新闻演播室视频系统采用纯基带4K 视频系统架构，采用12G-SDI 架构，以主切换台+备切换台为信号处理和汇聚核心。4K 超高清信号直接进入系统，高清信号上变换后参与4K 制作。系统配备4 讯道超高清摄像机，包含2 台播出服务器、2 路PC、2 台4K 硬盘录像机、2 路在线包装、2 路大屏包装、2 路虚拟前景信号、2 台非编以及6 路外来信号等信号源。演播室还配备了1 台摇臂机器人和1 台吊装轨道机器人。

经过对比测试，技术部门选用了索尼XVS 系列的新一代G1 切换台，在4K 超高清模式下支持24 路输入和12 路输出。XVS-G1 切换台以混合架构为基础，配置中央处理器（Central Processing Unit，CPU）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA），增加了图形处理单元（Graphics Processing Unit，GPU），在保持高可靠性和稳定运行的同时，保持了高性能和灵活性。该切换台利用4K 超高清分辨率硬件和高动态范围（High Dynamic Range，HDR）成像技术实现高速处理及超低延迟[2]。

255 m2超高清新闻演播室的音频系统包括音频输入、音频分配及音频输出3 个部分。调音台采用声艺SI PERFORMER-3 作为音频系统核心。主、备调音台采用通用型输入输出（General Purpose Input Output，GPIO）触发方式实时联动，由主调音台发出通用输出（General Purpose Output，GPO）信号，备调音台根据接收的通用输入（General Purpose Input，GPI）信号触发对应的推子，保证主备调音台的输出信号保持一致。主、备调音台两路音频节目信号（Program，PGM）经过主备2×1 切换器后进入加嵌器。视频信号经12G 视频分配、下变换器、高清视分输出至各终端。视音频系统框架如图1所示。

图1 视音频系统框图

2.2 背景大屏显示系统

255 m2新闻演播室主显示屏设计采用组合模式，主显示屏底座标高0.40 m，整体高度3.28 m，可以确保主持人站/坐在屏前3 m 处，摄像机处在屏前8 m 处四周不穿帮，所有LED 屏均为前维护[3]。站播背景采用12 块可拆分竖向液晶显示（Liquid Crystal Display，LCD）屏拼接的方式，实现手机App、电脑及摄像机等信息显示，实现新媒体信息的无缝接入。为了确保LED 显示屏的安全和美观，在LED 屏四周设计可变色、反射光的灯箱，实现艺术性、实用性、安全性的统一结合。

2.3 4K 包装系统

255 m2演播室大屏包装和在线包装选用了新奥特公司的石墨软件。在线包装和虚拟植入配备4 通道在线包装渲染及预览系统，4 通道虚拟植入渲染，同时预置多种播出模板，应用管理运行系统（Management Operating System，MOS）服务器，与台内文稿系统联动，形成编辑到播出的一体化流程。石墨虚拟系统支持虚拟植入、虚拟演播室和在线包装功能。石墨虚拟技术与石墨在线包装无缝结合、融为一体，可叠加播出，能产生非常丰富的变化和效果。虚拟植入系统加上虚拟摇臂及摄像机器人，可以在演播室现场实拍画面中实时添加虚拟特效。多个机位上的传感器设备为虚拟系统提供真实坐标，随着实拍画面同精度推拉摇移，为大型新闻特别节目提供炫酷的虚拟植入包装效果。

2.4 演播室舞美设计

徐州广电突破传统新闻演播室播报形式和思维，采用360°全景设计，演播室景区包括1 个单人/双人/三人坐播区、3 个单人/双人站播区，通过多场景空间以及低反光性主播桌和灯箱，满足传统新闻播报和新媒体互动应用[4]。演播室可实现多空间应用场景模式，满足多机位、多景别、全景式4K 电视节目拍摄要求；依托融媒体建设，强化与微信、微博、客户端的互动体验，充分利用现有空间，设计多组显示屏，为多种不同显示内容、不同分辨率、不同宽高比App 提供合适的显示介质；整体舞美效果与灯光设计、技术设备制作统筹规划，舞美置景包含整体色彩、单体造型、空间布局、细部处理及装饰材料材质等方面，突出新闻节目的整体特色设计。演播室整体布局如图2 所示。

图2 演播室整体布局图

2.5 灯光系统

超高清新闻演播室定位为国内高水准的开放式新闻节目制作场所。演播室灯光功能定位是能承担新闻播报、站播播报节目录制和直播任务。演播室内空间长17.0 m，宽14.5 m，地面到吊挂层高度约7.8 m，采用基础布光与点光源布光相结合的混合式布光方式，主光、辅助光选用LED 平板柔光灯，逆光选用LED 透射式聚光灯，用于增强主持人脸部轮廓、突出层次感。

演播室灯光信号系统采用智能数字控制设备，集成为一套符合本演播室具体要求的系统，采用国际标准DMX512 设计形式，并预留了部分信号回路[5]。信号控制传输系统将数字信号合理布局到演播室各个灯位，高效地实现灯光控制信号传导的准确性。同时，使用数字隔离分配放大器来分配控制信号，可做到数字信号传输的零衰减，提高灯光系统的可靠性。信号系统具备2 500 Vrms 强电反串隔离保护功能，当末端灯光设备损坏，强电会进入数字电路，这样可以避免反向传导烧毁连接的灯光控制台，使得系统的安全性进一步提升。每台灯具信号均独立接线，避免相互干扰。目前的灯光系统可以满足日常制作需求，同时可以随时进行系统升级和灯光设备扩展扩建。

2.6 智能集控系统

智能集控系统是一套为超高清演播室集群量身定做的智能监管平台。系统采用集群式设计，实现更快、更便捷的节目录制。各系统、各工种之间更有效地紧密协作，在提高节目制作效率的同时，通过对各类数据的统计挖掘分析，使技术人员及时、准确地了解业务运行状态，为演播室视音频系统的长期稳定运行提供全面的技术保障；通过与新闻文稿系统对接及图形化编单方式实现了节目的半自动化、自动化录制，提高了节目的制作效率。

智能集控系统采用客户端/服务器（Client/Server，C/S）架构模式，汇聚分析软件模块、数据采集软件模块，通过对各类数据的统计挖掘分析，可以及时、准确地了解业务运行状态，发现系统运行瓶颈，从而提高对问题的解决能力和对系统的运维能力，为系统的长期稳定运行提供全面的技术保障；通过对设备的一键式逻辑组合控制及分权限自动控制，为系统的高效率运行提供了技术支撑；通过编辑不同的设备节目模板，组合成个性的节目场景，使节目表现形式更加生动；通过与新闻文稿系统对接及图形化编单方式实现了节目的半自动化、自动化录制，提高了节目制作的效率及精准度。自动化制作流程如图3 所示。

图3 自动化制作流程图

3 技术难点及解决方案

3.1 外来信号接入系统

随着移动通信技术的发展，对外来信号的处理越来越复杂。针对手机端传来的信号，部署两台设备，每台可以同时接入5 个前端手机直播设备，2 路串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）输出，可以保证目前直播需求。对画质要求较高且拍摄场景固定的节目，选择使用网络设备接口（Network Device Interface，NDI）传输，在摄像机端安装编码器，NDI 信号经过专用网络传输至演播室，NDI 解码器输出4K 信号经解嵌器送至切换台。转播车来的信号经光收转换成SDI 信号接入系统。PC 设备输出的高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）和视频图形阵列（Video Graphics Array，VGA）信号经转换器转换成SDI 信号接入切换台。

3.2 智能集控系统的使用

根据演播室多场景应用的需求，采用模板调用功能实现设备（如切换台、调音台、灯光、摄像机器人、多画面信号布局等）自动调整到相应预设工作状态，大大缩短了播前准备时间，提高了工作效率。但是集控的指令和人工操作存在区别，在大大减少人工工作量的同时，还需要根据不同的节目来调整相关的细节，真正满足各节目的制作效果需求，使节目生产达到标准化、精确化。

3.3 超高清和高清同播

演播室的设计为4K HDR 与高清（High Definition，HD）标准动态范围（Standard Dynamic Range，SDR）同播制作系统。HD SDR 为4K 信号下变换而来，直播节目以HD SDR 信号为主，同时要兼顾4K 节目的录制。4K 超高清、高清电视节目同播一直是困扰各个电视台的难点，原因在于4K HDR 相对于HD SDR，分辨率提高4 倍，动态范围从最高近200 nit 增强到1 000 nit，色彩也更加丰富。两种格式同时制作时，既要保证4K 超高清的高动态范围和高分辨率，又要保证高清节目的画面效果，避免亮度过曝或过暗和色彩偏离。

演播室摄像机选用SONY HDC3500。索尼公司支持原始的混合对数伽马（Hybrid Log Gamma，HLG），从早期的HLG_Live 升级为一套新的HDR Look，目前摄像机端的设置有Live、Natural、Mild 3 个选项。上下变化板卡使用的是GV 公司的产品，其下变换查找表（Look-Up Table，LUT）仅有HLG BT.2100 to SDR 能与摄像机端的曲线HDR Look-Natural 匹配。这个板卡还提供了英国广播公司（British Broadcasting Corporation，BBC）的多种下变换LUT 表，对比测试各个选项发现，观感和参数都不如HLG BT.2100 to SDR 好。在上变换方面，索尼G1 切换台支持HD 和UHD 信号兼容，对HD 信号自动上变换，但是上变换后的画面偏色严重，无法使用。因为摄像机UHD 信号的下变换确认为HLG BT.2100 to SDR，在此基础上，其他的HD 信号经过GV 上变换卡上变换SDR to HLG BT.2100。理论上说，上变换和下变换是一个互逆过程，效果应该最好。对比测试也证明了这个观点。为同时保证4K 超高清和高清节目的技术质量和主观观看效果，今后会继续进行大量测试对比工作。

4 结语

融媒体超高清新闻演播室投入使用已经超过一年时间，每天播出两档新闻直播节目，8 档录制节目，完成多次重大活动直播，如“伏羊节火种传递”和“村BA”篮球比赛的直播，系统运行高效、平稳。融媒体新闻演播室的投入使用，带动徐州电视台微博、微信、抖音、快手及喜马拉雅等多种新媒体的使用。在今后的工作中，技术部门会充分利用虚拟现实（Virtual Reality，VR）、拓展现实（Extended Reality，XR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等技术和先进的设备来赋能节目生产，打造区域数字媒体，建设智慧应用新场景，推进徐州广电从融媒向智媒发展。