1 高畫質電視轉播車影片系統設計

隨著各電視臺數字高畫質電視系統的發展程序，對數字高畫質晰度電視轉播車的需求越來越強烈，為此全國很多電視臺與電視機構都在使用或在籌建、整合數字高畫質晰度電視轉播車。本文結合青海廣播電視臺高畫質轉播車系統建設經驗，針對系統建設中涉及的關鍵技術，研究瞭如何使數字高畫質電視轉播車在影片系統設計上更合理，更符合實際需要。

高畫質電視轉播車是一個由影片、音訊、同步、通話、監視、配電、周邊裝置多個分系統組成的大系統。其中，影片系統由攝像機系統、切換臺、矩陣、字幕系統（或線上包裝）、錄放像系統等分系統構成，主要作用就是完成影片訊號的採集、製作、播出或錄製。

電視轉播車影片系統設計是一種使用現代電視技術和裝置進行系統整合以滿足電視影片製作需要的工程設計，影片系統的設計是整個高畫質轉播車工程的核心之一。

2 系統設計理論依據

高畫質電視轉播車在影片系統設計時以安全、靈活、穩定、可靠、經濟為主要原則。考慮完善的備份措施，主要裝置採用1+1備份方式，避免單一饋點的出現；關鍵裝置配置主、備電源，模組及電源可熱插拔，便於維修；切換臺、矩陣等核心裝置的輸入輸出均採取上跳線的方式，以備備份裝置也出現故障時的應急操作；足夠的輸入輸出介面，滿足不同格式的訊號需求；較強的系統擴充套件能力，預留充足的擴充套件擴容裕量；專業的人性化設計方案。需要考慮相容現行的標清數字訊號格式，整車應具備多格式製作能力。

3 系統總體描述

1）設計依據：根據電視臺的實際需求和國家相關標準進行設計。

2）系統功能：具有直播和錄製功能。能夠承擔大型綜藝節目和重大體育賽事等活動的直播製作任務。

3）設計內容：本系統採用的高畫質系統編碼標準為1 080/50i。面向高畫質，採用上下變換滿足標清製作需要，可同時製作2套不同的高/標清節目。

4）系統整體設計為高畫質系統，可同時製作標準節目。系統配置高畫質攝像機10臺，高畫質高速攝像機2臺。影片切換臺為2ME、2DSK，分級輸出。高畫質矩陣進行訊號源排程。隨訊號源排程，源名、TALLY指示自動跟隨，實現動態管理。配置高畫質幀同步器和上變換器，以呼叫外部訊號。

5）技術特點：以高畫質核心為主，具備系統級聯能力，相容高標清製作。高畫質製作採用16∶9監看，標清製作採用4∶3監看，監看訊號動態排程。主備同步自動倒換，提供B。B，Tri-level，Word-clock，EBU標準時碼等同步訊號。動態UMD指示系統源名自動跟隨。多種通話方式共用一種解決方法，讓指揮排程更加輕鬆。

6）技術難點：高標清訊號的相容問題，採用純高畫質核心，配以外接上下變換器，提供各種格式的輸入輸出訊號。

7）多通道錄製問題：時鐘控制器輸出標準EBU時碼作為系統時碼，分配到錄影機、硬碟錄影機、硬碟錄音機等裝置，有效地解決多通道錄製時碼同步的問題。

8）多系統級聯問題：高畫質系統中擴充套件通道、現場飛行箱、微型攝像機等系統的級聯問題，可以透過“光級聯”或“電級聯”兩種方式解決。

4 影片系統

高畫質轉播車系統影片訊號的高畫質部分採用高畫質晰度序列數字分量1 080/50i標準、HD SDI介面。經下變換，支援SD SDI和模擬訊號輸出，保證了高效快速地完成高質量節目的製作和播出。影片系統方框圖如圖1所示。

4。1 攝像機系統

1）廣播級便攜數字高畫質攝像機

業界可供選擇的高畫質攝像機型號很多，Sony的HDC系列、Ikegami的HK系列、Panasonic的AK系列、Thomson的LDK系列、日立的SK系列等。在設計攝像機系統時，攝像機的選擇必須滿足各種體育賽事和文藝活動等室內外節目拍攝需求，所配備的廣播級便攜數字高畫質攝像機數字處理要求大於等於14 bit，信噪比大於60 dB，採用SMPTE光纜傳輸方式，可以用於16 ∶9和4 ∶3兩種製作模式。其中標準掃描攝像機10套，3倍幀掃描速度攝像機2套。4部攝像機配置大鏡頭、大鏡頭介面卡和重型三腳架，4個76X高畫質電視箱式鏡頭，7個22X高畫質電視標準鏡頭，2個13X超廣角高畫質鏡頭。每臺攝像機還配有演播室大尋像器、單目尋像器、遮光罩等。經過多方比較，高畫質電視轉播車10臺廣播級質量標準掃描攝像機選用了Panasonic公司AK-HC3500MC攝像機。

AK-HC3500MC攝像機為3×2/3 in（1 in=2。54 cm） CCD，220萬畫素，寬高比16 ∶9，高畫質數字和模擬訊號輸出。此款攝像機特點是：相容1 080/59。94i和1 080/50i，攝像機內安裝下變換板AK-HDC3500，可以從機頭輸出SD-SDI（BNCX1）訊號和SD Analog（VBS）（BNCX1）訊號。F11。0靈敏度，60 dB的S/N，拖尾小於-130 dB。使用了新型CCD，靈敏度提高了半檔光圈值，藍路訊號噪聲降低了3 dB。單通道傳輸CCD畫素偏置技術解決了高解析度和調製度的平衡問題，改善了高頻響應。動態範圍的擴充套件解決了高光部分的過度曝光和暗部區域的“漆黑無層次”的矛盾。兩個獨立通道的膚色可以單獨校正，色彩相位360°可調，可進行多樣化細節調整。12軸獨立色彩校正EBU標準和NTSC標準彩色矩陣，滿足多樣調色需求。除了傳統彩色矩陣處理外，12軸色彩校正功能，還能對每一鍾顏色進行獨立、精細的色彩色調和濃度調節，調節一種顏色，不會影響其他顏色。色調保護電路保證了高亮區域的色彩重現。電影gamma曲線，使得畫面更加清晰亮麗。鑑於本車中標公司為日本國際精華株式會社和富士能株式會社聯合體，所以此次配備鏡頭全部為FUJINON鏡頭，包括：76倍HDTV箱式鏡頭內裝2X倍率鏡，焦距範圍9。3~710，變焦比76；22倍HDTV鏡頭內裝2X倍率鏡，焦距範圍7。3~161，變焦比22；13倍高畫質攝像機超廣角鏡頭內裝2X倍率鏡，焦距範圍4。5~59，變焦比13，最大相對孔徑約1∶1。8，視場角93。38°，並配有鏡頭伺服控制器，數字變、聚焦全伺服控制系統。

2）廣播級高畫質高速攝像機

廣播級高畫質高速攝像機有Thomson公司的LDK 6200和LDK 8300、比利時i-Movix公司的SprintCam V3 HD和SprintCam Vvs HD和Sony公司的HDC-3300。其中，在國內應用較多的是Sony的HDC-3300，其次是Thomson公司的LDK 6200和LDK 8300，相對而言，比利時i-Movix公司的SprintCam V3 HD、SprintCam Vvs HD在國內應用較少，原因是比利時i-Movix公司雖然是專門製作高速攝像機的廠家，但其產品普遍應用在歐洲國家，近些年才開始開發中國市場。

目前，國內電視轉播車的裝置選型有兩大分類：一是Sony或Panasonic公司的產品，這兩個公司的裝置在選擇其配套的高畫質高速裝置時普遍使用的是Sony的HDC-3300；二是攝像、切換等裝置是Thomson的，通常高畫質高速攝像機選擇也是Thomson公司的LDK 6200或LDK 8300。本車影片系統核心裝置普遍採用的是Panasonic公司的產品，鑑於幀速、模/數轉換位元數、介面匹配等問題，本車選擇了2臺Sony公司的HDC3300高畫質高速攝像機。

Sony高畫質高速攝像機系統的HDC3300攝像機能夠以高速率捕捉全解析度為1 920×1 080高畫質影象，是1 080/180i（59。94i）和1 080/150i（50i）正常幀速的3倍，而捕捉1 280×720高畫質影象的速率，也是720/180p（59。94p）和720/150p（50p）正常幀速的3倍。攝像機捕捉的慢動作影象，具有極高的質量，並且透過Sony的尖端技術進行增強，從而可以最大限度消除慢動作影象上常見的閃爍現象。A/D轉換器為14 bit，可以實現優異的影象質量，並具有高可靠性。HDC3300系統的資料傳輸速率可以達到10 Gbit/s，傳輸給其配套裝置HDCU3300攝像機控制器。這一傳輸速率的實現，透過標準SMPTE光纜（和HDC1580/1500相同的光纖），使攝像頭能夠向HDCU3300攝像機控制器傳輸超高質量的寬頻訊號，傳輸距離可達2 500 m。HDCU3300攝像機控制器允許透過3路HD-SDI輸出，將這些訊號記錄到相容的第三方伺服器。高質量正常速度高畫質影象除高質量慢動作影象外，藉助於LSI（大規模積體電路），HDC3300攝像機還可以提供高質量的正常速度影象。此外，HDCU3300攝像機控制器還能夠輸出這些正常速度影象，與超級慢動作影象同時進行實況傳輸，還可以同時採用HDC3300實現慢動作和標準拍攝這兩種用途，提高裝置的多功用能力。

4。2 高畫質數字影片切換臺

目前，各種大、中、小型高畫質數字切換臺有很多種，Sony的MVS系列、Thomson的DD系列、泰克公司的GVG系列、Panasonic的AV系列、史諾偉思的HD系列，還有UTAH、ABEKAS、SNELL等公司的產品。根據切換臺實際運用情況，每級DSK都要求有單獨的CLEAN輸出；透過影片切換臺主面板進行節目主製作；透過獨立的衛星面板對大螢幕以及在精品節目錄制時進行副切換。主切換面板路數為高畫質標準攝像機訊號X10，高畫質高速攝像機訊號X2，外來訊號X4，HD VTR重放X4，VGA訊號X2，常規慢動作訊號X2，高速慢動作訊號X2，字幕訊號X4（V、K各2路），測試訊號X1，B。B訊號X1，矩陣輸出4路，共計36路。副切換面板可實現16路輸入一級ME直切。配置可以做4個活動影片畫中畫高質量特技，幀存系統擁有2路同時輸出的訊號，高畫質配置下儲存58幀。鑑於需要完成這些功能本車切換臺選擇了支援多格式，小型機箱設計，具有豐富功能的Panasonic切換臺AV-HS 5200MC。此款切換臺在中國國內市場佔有率較低，但在日本市場佔有率卻達到了61％。AV-HS 5200MC採用最大2ME+2DSK+4DVP配置，標準輸入為18路，可擴充套件至最大36路。輸出的標準配置為6路（ME1，PGMx2，ME2，PVW，CLEAN），可以實現6路（AUX5-10）擴充套件。支援HD格式有1 080/59i，50i，1 080/23Psf，支援SD格式有480/59i，576/50i。

4。3 影片矩陣

影片矩陣的功能是排程視音訊訊號和擴充套件切換臺有限的輸入、輸出通道，根據不同節目製作需要改變監視牆的排布，錄製裝置輸入源選擇，音訊、燈光等製作工種監視源的選擇，大螢幕或參與制作顯示器件的選擇，攝像機返送源選擇，為影片系統提供應急切換等。

各工位訊號源的影片矩陣選切，要求音訊跟隨影片。為了實現HD和SD同步直播，並節省資金，製作流程的監視裝置採用SD格式，利用HD裝置具備SD出口的特徵和影片矩陣可分層或聯動選切的特點，增加SD矩陣部分。對於顯示源動態管理的需求，透過控制矩陣和分割器實現大螢幕顯示及TALLY動態管理。

為了與高畫質切換臺選型相相容，選擇了Panasonic公司的多速率矩陣切換器AV-WM14K01MC。

AV-WM14K01MC是一個可以處理從SD SDI訊號率（143～270 Mbit/s）到HD SDI訊號率（1。5 Gbit/s）的矩陣路由切換器。插板式機箱矩陣，SD SDI影片輸入路數68 SD SDI / HD SDI /AES3，影片制式625/50i、1 080/50i，自動均衡，反射損耗-18 dB（5~360 MHz），正常輸入電平800（1±10%）mVpp；SDI影片輸出路數68 SD/HD SDI/ACS3，影片制式625/50i，1 080/50i。

矩陣切換器根據指定訊號率進行時鐘恢復處理，也可以不進行指定，選擇自動跟隨輸入訊號的模式。在一個輸出單位上可以設定不同的訊號率，也可以設定為跟隨輸入訊號率的自動速率對應模式。可以透過17個輸入輸出單位進行增設，可以將系統增至136×136路輸出這一最大的矩陣配置。將冗餘電源作為標準配置，力求在出現故障時，提高應對方面的可靠性。輸入輸出單元、矩陣單元、電源組都支援熱插拔，即使出現故障也能在通電的狀態下進行單元更換。支援透過同軸LAN的遠端控制，即使是從多個遠端面板實施的複合操作，也可以透過一根同軸電纜來實現。

支援以下附加功能：恢復功能，接通電源時，可以在上次關閉電源時所選擇的狀態下啟動，也可以將這一功能設為無效，在初始狀態下啟動。指定初始選擇點，在恢復功能無效的情況下接通電源時，雖然將按照初始設定的狀態啟動，但是可以在每次輸出時指定初始值。

基準訊號的選擇，多速率矩陣切換器AV-WM14K01MC系統作為系統參照訊號，支援SDTV黑場訊號和HDTV三電平同步訊號，可以指定當中的任何一個為有效訊號。當系統中的HDTV訊號和SDTV訊號混在一起時，可以指定將格式轉換器的延遲相位差（按HDTV系統換算，則為75H）考慮在內的切換點。

4。4 監視系統

在標清向高畫質電視轉換期間，建造高標清相容製作系統，在狹小的車內空間要滿足監看視角、位置、距離，涉及到車體內部各個功能分割槽，各工位工作人員的不同監看需求和高畫質、標清不同寬高比輸入和處理的需要，監視系統的設計成為了高畫質轉播車的“難點”。

本車技術區採用7臺高畫質20 in監視器DT-V20L1D，1臺高畫質CRT監視器BVM-A20F1M。節目製作區採用6臺高畫質20 in監視器DT-V2061D，2臺46 in液晶監視器TL-M4600。導演區監視牆採用6臺SHARP52 in PN-521高畫質晰度液晶監視器，導演區用2臺高畫質20 in監視器DT-V20L1D。音訊區監視採用2臺JVC24 in DT-V24L1D寬屏高畫質/標清液晶影片監視器。其中，2臺46 in和6臺52 in液晶監視器採用4個16分割器，將每個大屏進行8分割；其餘監視器採用8個8分割器進行4分割。

多畫面分割器採用了Evertz最新款的MVP多畫面監視系統，適合於數字電視過渡階段中多種格式訊號混用的情況下，利用單個系統完成所有影片/音訊訊號的多畫面監控。MVP系統功能強大，配置靈活，操作簡便，執行可靠，影象監視質量符合廣播級的嚴格要求，輸入/輸出延時小，執行穩定。模組支援熱插拔，更換後恢復速度快，單個模組故障不會影響其他模組上所有訊號的正常顯示。具有多格式訊號輸入，自動檢測，設定操作方便，訊號介面豐富，配置靈活，滿足各類不同訊號的監視要求。並且採用雙電源、雙顯示處理卡的設計方式，增加了裝置執行的可靠性。

4。5 錄影系統

由於青海臺在從模擬裝置向數字裝置轉換時，普遍選用了Panasonic，為了相容之前數字標清節目，錄影系統也就選擇了Panasonic錄影裝置。本系統錄影裝置由4臺AJ-HD1800WMC廣播級演播室高畫質編輯錄像機、2臺AJ-D955BMC廣播級演播室標清編輯錄像機和1臺編輯控制器AG-A850MC組成。

高畫質編輯錄像機選用AJ-HD1800WMC是因為其具有IEEE1394數字介面、可以直接進入移動非線性編輯系統，擁有DVCPRO HD超長盒帶錄製編輯能力可以在直播節目時，不用倒換錄影機放帶，記錄時也不用倒換錄影機。而且其優越性還體現在720/50p影象能力、內建輸入上變換器和好的價效比等方面。在聲音方面，AJ-HD1800WMC提供了16 bit線性PCM音質，利用8條嵌入式通道可以實現5。1聲道環繞聲的錄製。AJ-HD1800WMC使用HD-SDI端子可以用於獨立的輸入/輸出及所有8條通道的編輯。

在多格式高畫質錄製與回放上，AJ-HD1800WMC既可以錄製1 080i/720p影片訊號的所有高畫質廣播格式，還可以回放所有的DVCPRO高畫質源材料，其中包括由AJ-HDX900 DVCPRO高畫質攝錄機錄製的1 080/23。98p（基於59。94i）以及由Varicam錄製的720/24p和720/25p（基於60p），內建的高畫質交叉變換器可以在1 080i與720p等高畫質格式之間來回變換。在標清源材料的回放與上/下變換的轉換上，AJ-HD1800WMC也具有很大的優勢，可以播放DVCPRO50，DVCPRO，DV和DVCAM等標清源材料；AJ-HD1800WMC內建的上/下變換器可以根據標清源材料輸出高畫質資料或根據高畫質源材料輸出標清資料。高畫質資料和標清資料還可以同步輸出，此外，為了增加靈活性，還具有幅型比變換功能。

4。6 慢動作回放系統

多機位慢動作回放是高質量轉播車系統的主要優勢之一，本車的慢動作系統使用2臺EVS 6個通道（4入2出）慢動作錄影機，每個錄影機通道的輸入訊號透過矩陣的遙控面板來選擇，這樣可任意使用系統內的攝像機進行慢動作回放。本車選用了Belgium EVS的2臺6通道XT＋（2）影片伺服器和4臺慢動作控制器，其中2臺高速攝像機的6路訊號直接進入2臺EVS，剩餘2路訊號經過矩陣切換，可在10臺普通高畫質攝像機中任選2路進行慢動作操作，從而實現2臺超級慢動作（SSM）攝像機和多臺慢動作（LSM）攝像機訊號的記錄、編輯、重放以及精彩片段編輯和重放。

影片製作管理軟體有通道資源管理器：提供網路中所有XT伺服器的統一檢視，包括各自的配置（I/O通道數量），允許多個通道繫結，用於同步重放和瀏覽，比如在鍵和填充應用中重放素材片段或播表；資料庫資源管理器顯示和管理EVS的XNet網路中的可用媒體內容，XT＋（2）伺服器中儲存的片段或播表記錄在冗餘中央SQL資料庫中，可以被即時瀏覽和重放；IP控制面板有效控制XT伺服器，提供類似於錄影機的介面，可以鎖定現場、繫結PVW/PGM輸出，建立、編輯和滾動片段列表等；EVS還可以控制傳統裝置，比如線性編輯器，提供了即時操作EVS XNet網路中所有可用素材的能力及第三方編輯器、控制器和切換臺共享控制；IP Director中IP Logger提供非常簡單的描述性元資料賦值方法，IP Logger嚮導可以根據不同的製作需求建立標記表，可以標記同一個動作的不同機位，具備事後回顧、編輯標記表中內容的能力，透過這種片斷關鍵詞的新增，慢動作伺服器中儲存的慢動作片斷都成為了有序的和可檢索的，徹底改變了以往只能透過畫面來搜尋慢動作片斷的歷史，提高了慢動作片斷的可用性。

考慮到青海臺綜合業務網即將投入使用，本車需要具備日後與非線性編輯網路的資料交換能力。XT＋（2）伺服器可以選擇多種格式採集，包括MXF、Apple和AVID，透過X-file和乙太網絡可以和外部實現資源共享。同時，XT＋（2）也不只作為慢動作伺服器，也可作為硬碟錄影機和放像機使用，特別是放像時檢索時間短，可以迴圈播放的特點是普通磁帶錄影機做不到的。

4。7 高畫質數字字幕機

由於轉播車不只是錄影，常常也會做直播節目，所以配備字幕系統時基本都考慮配置雙字幕機或雙線上包裝系統或者一臺字幕機和一臺線上包裝系統，這要根據臺裡的經濟實力和使用習慣來定。在配置雙字幕機或雙線上包裝系統時，最好選擇同廠商的裝置，也有考慮配置不同廠商的字幕系統，如1臺新奧特、1臺大洋。缺點是各廠商系統不相容，在作備份使用時，需要同時製作2套版本，費時費力費工。配置1臺字幕機和1臺線上包裝系統時，也存在同樣的問題。

本車選用了2臺符合大型綜藝和體育比賽節目製作要求的新奧特A10高畫質數字字幕系統。支援高畫質與標清的多種制式，高標清字幕相容，適用於高標清直播及製作。本機硬體選用的是Matrox X。mio，是一塊高畫質和標清多通道影片和音訊 I/O卡，這塊單槽PCI-X多通道視音訊I/O卡支援HD SDI/SD SDI影片和AES/EBU音訊輸入輸出介面。將CPU的可擴充套件性和專業硬體的高效能完美結合起來，以開發高性價比的高畫質和標清音/影片產品及應用程式，包括素材和圖片庫、圖文/製作伺服器、自動播出系統和主控裝置、採集/播出伺服器。Matrox X。mio將編解碼器、特技技術、全套的專業硬體裝置和功能全面的基於Windows XP的SDK融為一體，功能更加強大。

5 實際使用效果

數字高畫質轉播車的建設對於青海廣播電視臺是一項很重要的專案。本車集合了高畫質/標清數字電視技術、裝置網路控制技術等國際最前沿技術，以大型多級M/E切換臺的靈活配置實現切換臺資源的動態共享和多重備份。高標清不同版訊號的影片系統結構，為高畫質電視節目製作提供了新的製作模式和設計理念。

該車在今年的環青海湖公路腳踏車賽、國際攀巖賽、國際搶渡黃河賽等現場直播節目中進行了實際運用，同時錄製和播出高畫質、標清2套格式的訊號，還有和6通道數字轉播車、4通道數字衛星轉播車、2通道高畫質新聞採訪衛星車進行級聯等，這些功能的實現證明了本車的系統整合是成功的，達到了高質量、高可靠性轉播的要求。