贵州广播电视台4K超高清
全媒体转播车创新设计与实现
文/贵州广播电视台 宋煜 周挺 王炜 赵兴刚
摘要 ：
为紧跟广电技术发展与应用的步伐，我台开展超高清晰度电视（UHDTV）技术的研究，完成了超高清（4K）全媒体转播车的系统设计与建设。本文就该转播车技术系统的建设标准与创新性设计展开介绍。
关键词 ：
创新点；SMPTE ST2110系列标准； 全系统IP+基带双链路； 平行制作； 联动跟随； 融合生产
面对新闻舆论宣传的新需要，媒体行业的新形势以及广电科技发展的新方向，为了能够切实地为广播电视新闻弘扬主基调、唱响主旋律奠定有力的基础，我台推动进行贵州广播电视台超高清（4K）全媒体转播车项目建设，创新设计并予以实施完成。
1. 项目背景与系统规模
为全面提升主流媒体的传播力、影响力、竞争力，建设具有强大凝聚力和引导力的主流媒体。贵州广播电视台积极开展了4K超高清技术研究，制定超高清直播解决方案，购置超高清拍摄和制作设备，设计搭建4K 超高清技术平台，推动建成了超高清（4K）全媒体转播车项目。
转播车整车为半挂式车体，侧拉厢采用内嵌式、对称双侧拉结构。按18个讯道(常驻)电视转播系统设计车内机柜、电视墙、操作台等，并为将来的系统扩容做合理预留。整车总长度（含车头）为17米，总高度为3.96米，宽度为2.4米，双侧拉展开后为4.56米。系统能够完成重大活动、综艺晚会、国际体育赛事等大型或超大型节目的4K HDR电视节目现场制作需求，为我台超高清（4K）/高清节目制作提供强有力的技术支持。
系统配备18个超高清（4K）讯道（包含两台超高速摄像机和两台超高清微波摄像机）。具备4K制作模式下6路以上4K（4×3G,2SI,LEVEL A格式）外来讯道或高清制作模式下18路以上高清 SDI外来讯道的扩展能力。在系统整体技术架构上，建立以IP化架构为核心的超高清4K转播系统，充分发挥IP化架构的优势和特点，实现视频、音频、同步、通话和控制等系统的IP 化传输和信号交换、信号调度。系统功能完善，架构合理，具有一定冗余和容错能力。
2. 技术创新点
本系统是贵州广播电视台技术工作者充分剖析节目生产实际需求，根据现有转播车设计生产和使用的经
验，紧密结合我台应用特点，根据当前4K与HD节目制作需求，因地制宜、独具匠心、创新性地设计和构建的一套超大型超高清（4K）全媒体转播车。其创新点主要有以下几个方面。
2.1 业内第一辆端到端SMPTE ST-2110无压缩标准的4K IP转播车
该辆超高清4K全媒体转播车是业内第一辆端到端符合SMPTE ST 21104K无压缩标准的4K IP转播车。采用先进、安全的IP技术架构和HDR高动态范围制作流程。从摄像机到切换台，到服务器，到周边设备等，都是设备原生ST2110标准无压缩4K IP信号流，实现了设备端到端的ST2110标准无压缩4K IP信号传
图1 超高清 (4K) 转播车制作区
输，业界实现最早，尚属首次。
系统全面支持ST2110标准的多数据流单链路同时传输的属性，摄像机在单根光纤中同时传输1路4K信号，3路高清输出信号，2路高清返送信号，双向音频及双向通话信号，以及4路元数据，充分运用了ST2110标准的多数据流在标准带宽下的无干扰独立传输、自由路由，以及双向同时传输的特性。系统中所有核心设备包括摄像机、切换台、服务器、网关板卡等全部支持4K 单流及传输，优于4个3G数据流拼接的4K传输方式，避免了同步设定、绑定复杂、延迟大、浪费交换机资源等弊病。
IP系统全面支持ST2022-7无缝倒换标准。摄像机、切换台、服务器、网关板卡等全部支持ST20222-7无缝倒换机制。COTS通用交换机同样采用主备双网构架，同时采用主备双管理服务器，实现了全IP系统无断点的冗余系统，真正实现了单链路中断直播继续，画面无抖动的无缝倒换系统，物理上实现了双矩阵+切换台的高安全构架。除了数据链路，同步链路、控制链路同样实现了无缝倒换。
2.2 业界首辆使用NMOS唯一互通协议的4K IP转播车
率先采用支持业界目前唯一IP互通标准的AMWA NMOS协议, 可以实现本系统ST2110标准设备和任何第三方实现NMOS协议的产品互通互联，具有RDS 服务器功能，支持IS-04/IS-05协议，支持设备的自动发现和注册，支持不同品牌IP设备的数据流的组播加入和路由关系建立。
2.3业界首辆完全符合EBU TECH3371关于规范IP系统构架指导和标准的转播车EBU于2018年12月发布TECH 3371技术文档，旨在指导广播电视行业如何建立规范的、行之有效的IP直播系统。本转播车严格参照并满足该规范目前已经落地的各项标准，包括媒体传输标准ST2110、最新25G/100G接口技术标准、时钟与同步标准PTP V2技术、注册与发现的互通互联标准AMWA NMOS等，成为业界首辆标准规范的4K IP 转播系统。2.4全系统IP+基带双链路，双核心冗余架构设计
该系统采用IP+基带双链路架构设计，其中4K IP 流和HD IP流都以ST-2110 IP系列标准架构，采用主备核心交换机作为信号调度中心，系统具有真正的系统冗余备份，任何一个设备端口全部是双网口，并通
过双交换机、双网络管理服务器，实现真正的IP双网络结构。HD基带信号源采用独立SDI架构，所有信号源分别进入切换台与矩阵，形成互为备份。在HD制作中，即使IP系统出现故障，SDI基带架构也能正常工作，给各种重大会议、政治活动、节目直播提供坚定有力的保障。整车系统中，视频、音频和通话也同样采用IP+基带架构方式，其中IP系统可不断升级，满足将来节目制作需要，SDI系统符合当前应用习惯，保护现有节目制作能力。整个系统配置双交换机、双切换台系统、双同步系统、双通话系统、双调音台系统等，真正实现双核心冗余设计，大大提高整个系统的安全性和功能性。2.5 HD SDR与4K HDR平行制作及智能联动跟随制作
该车制作系统可采用HD SDR和4K HDR平行制作模式，同时进行4K和HD信号输出。4K HDR制作时，能同时输出HD SDR信号，这两种信号同时输出，分别符合各自的伽玛曲线和域标准，可同时用于4K 和HD同播。通过 SONY SR-LIVE流程制作时，4K HDR曝光通常要高于HD SDR一至两挡光圈，在4K HDR满足技术要求时，HD SDR输出信号需要做增益控制才能满足HD SDR的技术规范，在4K系统摄像机控制单元中需要对4K输出和HD下变换输出进行增益差调整，同时还需要对增益处理后黑电平的改变做单独的BLACK OFFSET调整，以使4K HDR和HD SDR 具备相同的黑电平，并配合转播车配置的4K HDR和HD SDR监视器进行平行监看制作。通过这样的处理，4K HDR与HD SDR是平行制作而非下变换制作，不需要在末端进行下变换增益差匹配，可对各机位增益差根据现场环境作个性化设置，各机位不需要统一数值，更能保证各机位画面的一致性。
在进行HD SDR制作时，制作系统能实现4K HDR
图2 平行制作系统框图
信号智能跟随，无需人工操作。HD SDR制作中，SONY XVS6000切换台设置为高清模式，进行HD SDR版本节目制作。SONY XVS8000切换台设置为4K模式，进行4K HDR版本节目制作。SONY XVS8000切换台跟随SONY XVS6000切换台进行联动，导播在使用SONY XVS6000进行HD SDR 版本切换时，SONY XVS8000 智能跟随进行4K HDR版本节目切换，无需人工操作。在HD SDR节目制作时，智能制作一版4K HDR节目。我们将收录的4K HDR节目存储于融媒体中心4K专区，为我台4K播出储备4K节目素材。
系统可同时进行三套4K/HD、HDR/SDR节目制作。切换台采用Sony 4K/IP切换台XVS-8000和XVS-6000，具有resource sharing功能，一个主机系统可以虚拟成两个主机系统。两个切换台系统就可以虚拟成为4个切换台系统，提供多格式处理能力，具备SDI/IP、UHD/HD混切功能，配有多任务双操作面板，应对复杂节目需求。在这种情况下，配合两张切换台和6个可以独立切换面板，加上系统最大可扩展为24讯道，导演区具有11操作工位、10块大屏160路画分显示、三TALLY显示、三套通话链路和3路监听系统，该系统可实现三套4K/HD、HDR/SDR节目制作能力。2.6设计专属全媒体制作区和导播区，实现融媒体互动直播制作能力满足融合生产需求
我们设计了独立的全媒体制作区和导播区，具有独立工位、独立的监听监看系统、独立的TALLY显示和通话系统。该区域具有互联网接入能力，设计了丰富的接口可供各种信号的输入输出，可通过KVM管理系统进行在线非编编辑、在线包装、在线网络直播、推流拉流、云平台分发、管理等功能。
全车实现无线网络信号覆盖，为新媒体制作赋能。车内集成联通、移动、电信三家运营商的4G网络信号，通过路由器进行信号汇聚并可转为WIFI信号，实现车内网络信号覆盖。未来通过5G CPE设备，也可将5G 信号接入路由器，实现全车5G信号覆盖。
面对媒体融合的新形势，该车充分考虑融媒体互动直播的制作功能，在车内设置3套HD小型摄像机，3套摄像机均进入系统，可进行节目制作。1号摄像机可对车内全景拍摄，2号摄像机对主导演区工作情况进行拍摄，3号摄像机架设在新媒体导播区导播台前方，导播可通过第一视角切入节目中，与观众实现互动直播功能。
该系统配备4台瑞玛编解码服务器和一套融媒体工
作服务站，可实现2路HD信号编码和2路HD信号解码功能。媒体工作服务站通过互联网与台内云平台连接，可实现云导播、云切换和云分发等云平台管控功能，实现融媒体制作分发能力。
2.7多形态复合式IP通话系统，满足多平台通话互通通话系统采用IP+基带并行架构系统，具备64路IP输
改装车节目入和16路模拟输入能力，IP系统可支持ST-2110 IP标准。车内共配置13套通话面板，内通系统覆盖全车8个区域和车外接口板工作区域。系统配置1台freespaker无线腰包通话系统和16路接入系统的对讲机通话系统，可满足转播车近场区域的通话覆盖。该通话系统具有多形态
复合式IP通话功能，配置4台LQ 通话音频网关转换器，可通过互联网与总控系统、演播室、原有的转播车系统等进行联通，实现新旧通话系统的无缝连接。另外配备16个IGENT IC通话客户端，使用客户端APP通过4G网络与总控、转播车、演播室等系统进行通话连接，通话客户端系统携带方便、操作简单，特别适用于
图3 融合生产制作方式 图4 通话系统链路示意图
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