高清演播室视音频系统的设计与实践_闫丙锋.pdf

2022年第46卷第10期54网 络 多 媒 体etwork MultimediaN文献引用格式：闫丙锋.高清演播室视音频系统的设计与实践 J.电声技术，2022，46（10）：54-58，62.YAN B F.Design and practice of video and audio system in HD studioJ.Audio Engineering，2022，46（10）：54-58，62.中图分类号：TN948.12 文献标识码：A DOI：10.16311/j.audioe.2022.10.016高清演播室视音频系统的设计与实践闫丙锋（南京市高淳区融媒体中心，江苏 南京 211300）摘要：以高淳区融媒体中心高清演播室的建设为例，探索县级融媒体中心高清演播室中视音频系统的设计与实践，论述演播室系统的概念，结合实际案例，分析视音频系统的设计思路，讨论信号流程、设备配置，探讨高清演播室系统的建设。系统设计可以通过配置实现高清、标清兼容，通过 2 选 1 应急切换实现视频矩阵和切换台主备工作模式，通过冗余配置，保证演播室的可靠性，通过预留保证了系统的可扩展性。县级融媒体中心在高清演播室系统建设上，要重视视音频系统设计，整体设计要体现系统的先进性和严谨性，在资源有限的情况下，通过创新实现功能、节约成本。关键词：高清演播室；融媒体；视频系统；音频系统Design and Practice of Video and Audio System in HD StudioYAN Bingfeng(Convergent Media Center,Gaochun district,Nanjing 211300,China)Abstract:Taking the construction of high-definition studio in Gaochun district convergent media center as an example,this paper explores the design and practice of the video and audio system in the high-definition studio in the county-level convergent media center,discusses the concept of the studio system,analyzes the design ideas of the video and audio system,discusses the signal flow,equipment configuration,and discusses the construction of the high-definition studio system.The system design can realize high-definition and standard-definition compatibility through configuration,realize the video matrix and the main and standby working modes of the switching station through emergency switching of one out of two,ensure the reliability of the studio through redundancy configuration,and ensure the scalability of the system through reservation.The county-level convergent media center should pay attention to the design of the video and audio system in the construction of the high-definition studio system.The overall design should reflect the progressiveness and preciseness of the system.In the case of limited resources,it can achieve functions and save costs through innovation.Keywords:high-definition studio;convergent media;video system;audio system0 引 言当前，移动互联网快速发展，媒体融合也已经进入深水期1。这些新型的工作态势促使融媒体中心进行全方位的革新。相关工作人员需要考虑应用新型的媒体技术，完善工作流程。当前，高清视频制作技术已经相当成熟，标清正在向高清过渡转型。可以说，电视高清化制作的软硬环境均已具备。因此，为了更好地促进媒体融合，县级融媒体中心可以将建设高清演播室作为媒体融合的发力点，为新媒体移动传播及电视播出高清化奠定基础。1 演播室概述1.1 高清演播室的概念演播室是利用光和声进行空间艺术创作的场所，一般可以划分为标清演播室和高清演播室两大类。不同于标清演播室，高清演播室在视频信号上实现了高清化拍摄、采集、录制及存储。这些流程需要数字化设备的配合，需要配备高清化的周边设备。1.2 演播室设计的原则演播室设计应该充分利用有限的资源，在保作者简介：闫丙锋（1988），男，本科，研究方向为广播电影电视工程和电子信息技术。2022年第46卷第10期55Network MultimediA网 络 多 媒 体证演播室先进性的前提下，选用性能价格比高的设备，可以选用利旧的设备，尽量节省开支 2。同时应遵循高可靠性、兼容性、灵活性、便于扩展和维护以及前瞻性等原则。设计人员应以先进技术、开放的思路进行创新设计，支持数据、语音、视像等多媒体应用，用基于数字视频的技术替代传统的基于模拟视频的技术。1.3 演播室的分类演播室可以按照不同的标准进行分类，如可以按照面积、系统设备、信号质量等进行划分。按照信号质量来分，融媒体中心演播室可以分为两种：（1）标清演播室，画幅比为 4 3，分辨率720576 的扫描格式，质量一般；（2）高清演播室，画幅比为 16 9，分辨率 1 9201 080 的扫描格式，质量高。2 高淳区融媒体中心高清新闻演播室概况相比标清演播室，高清演播室对技术要求更高，系统更复杂 3。高清技术发展过程中，对系统的设计提出了更为严格的要求，相关主体必须结合自身实际展开科学合理设计。高淳区融媒体中心结合自身实际情况对原标清演播室进行了改造 4，秉持安全、好用、融合的技术理念，系统基于 HD/SDI-SDI 高标清兼容格式，采用切换台+中心矩阵结构。高淳区融媒体中心的高清新闻演播室为实景演播室，面积 102 m2，属于小型演播室，信号质量方面，画幅比为 16 9，分辨率为1 9201 080。演播室分为演播区和导播区，合理区划分多个演播区，满足日常节目录制。重点对视频系统进行了重新设计，为系统暂时配备了两路高清摄像系统、1 台高清切换台、1 台高清视频矩阵等；对音频系统进行了重新设计，配备调音台、无线麦克风、有线界面话筒、内部通话设备以及监听音箱并预留音频接入口，合理配备了周边设备。3 系统设计思路及策略分析3.1 视频系统设计策略3.1.1 支持高清/标清兼容录制演播室建设时，电视制作系统为高标清兼容系统，播出系统支持标清播出，在播出系统升级为高清播出之前，演播室还是要制作标清节目。因此，演播室建设兼顾了高标清制作，既延长现有标清设备的使用周期，又能够满足后期制播系统升级对视频质量的要求。基于上述考虑，系统设计思想是对纯高清加视频下变换器，可以实现高清录制，也可以实现高清到标清下变换 5。下变换方式即将高清（16 9）信号下变换为标清（4 3）信号。下变换采用切边模式，垂直方向充满，录制时需注意画面安全窗。具体实现思路有两种。一是高清化采集，分别送入切换台或视频矩阵，输出高清信号，再经过视频加嵌器等中间设备，通过下变换器实现视频信号由高清转换为标清，最终送入采集工作站。当然，考虑到下变换时视频画面裁剪的问题，录制时要注意有效画面需在安全窗内。二是高清化采集，分别送入切换台或视频矩阵，输出高清信号，再经过视频加嵌器等中间设备，将高清视频信号送入采集工作站，进行高清录制。高标清兼容的设计思路不仅节省了资金，而且完全满足了当时标清播出的实际情况，不影响后期系统的全面高清化升级。3.1.2 视频信号流程视频系统输入信号包括摄像机信号、点评系统视频信号、交叉变换器外来的视频信号、LED 大屏信号、录像机信号以及非编信号等。这些信号经过视频跳线盘分送给视频矩阵，部分重要信号送入切换台。高清摄像机信号由摄像机控制单元（Camera control unit，CCU）送入切换台和视频矩阵。切换台通过切换，输出 PGM HD-SDI 信号分别经视频跳线盘、2 选 1 应急切换、数字音频加嵌卡、高清视频分配器等周边设备，送出加嵌后的高清视频信号给非编工作站、下变换器。视频矩阵通过阵列切换，输出 PGM HD-SDI 信号分别经视频跳线盘、2 选 1应急切换、数字音频加嵌卡、高清视频分配器送出加嵌后的高清视频信号给非编工作站、下变换器及大屏监看等周边设备。同时，视频矩阵通过阵列切换，也将信号送入另一路下游备用周边设备。矩阵信号如图 1 所示，切换台信号如图 2 所示。视频系统的信号流程比较清楚，控制比较灵活，通过配置跳线盘，方便故障排查和手动调度信号。系统配置了两套数字音频加嵌卡、高清视频分配器、视频下变换器，保证了系统的可靠性。3.1.3 主备设计思想基于预算的限制，配置系统时，视频矩阵和切换台均只配置 1 台，未配置备用设备。考虑到演播室的使用率较高，必须确保演播室系统的高可用性。通过系统规划，确定增加了 2 选 1 应急切换器，将2022年第46卷第10期56网 络 多 媒 体etwork MultimediaN切换台与视频矩阵通过 2 选 1 应急切换器组合成为互为主备设备的工作模式。经过验证，方法可行。具体方案是，切换台的 PGM、PVM 信号经视频跳线盘后送入矩阵，同样，视频矩阵将输出信号经视频跳线盘后送入切换台。当正在送出主摄像机信号给 2 选 1 应急切换器的设备（视频矩阵/切换台）故障，2选1应急切换器会自动切换到另一设备（切换台视/频矩阵）送出的信号。故障排除前，不会影响节目的正常录制。主备模式信号如图 3 所示。进行系统建设时，主备配置是必要的。为了实现主备配置，一般都会安装两套相同的设备或者同类型的设备。高淳区融媒体中心通过灵活的设计思想，用最少的设备资源实现了主备功能，并节约了成本。3.1.4 Tally 系统在演播室里，Tally 系统起着非常重要的作用。它通常以字符或指示灯的形式给出提示，通过视觉提示来协调工作，便于工作人员了解现场状态。本演播室只配置两套摄像系统，较为简单，因此 Tally系统采用的是通过指示灯来进行提示的方案。通过切换台切换，通过指示灯指示，一目了然。当 1 号机位指示灯为红色，表示 1 号机位拍摄的信号为播出信号，正在被使用。主持人、导播、嘉宾正常演播。此时，2 号机位指示灯为绿色，表示下次切到 2 号机位的信号。3.1.5 视频系统主要设备视频系统的设备主要包括高清摄像系统和高清切换台。（1）高清摄像系统。演播室核心摄像系统采用的是索尼 HSC-E85RF 高清彩色摄像机和 HSCU-E85RF 摄像机控制单元。摄像机与 CCU 之间通过光纤电缆进行光学数字信号传输。高清摄像系统的主要功能特点有：高画质与高性能，支持 1 080/50i 格式视频；具有数字增距镜功能、色差补偿功能、对焦辅助功能；性能高，信号稳定，高清画质，设备易操作。系统配置了 RCP-1000 系列遥控面板，方便日常调试。（2）高清切换台。由于本高清演播室系统是由标清升级改造为高清，为后期视频制作系统和播出系统高清化做准备，因此对设备选型也有一定要求。尤其是重要设备，品牌一定要是一线主流品牌，性能配置要符合行业标准。总之，在实现所需1616路 矩阵摄像机1VJ-02-01VJ-02-16切换台 加嵌 PGM HD201 B301 AVJ-02-17切换台 加嵌 PGM HD302 AVJ-02-18切换台 加嵌 PGM HD303 AVJ-02-19切换台 加嵌 PGM SD304 AVJ-02-20外来信号 1（SDI OUT A）305 AVJ-02-21切换台 加嵌 PGM SD306 A点评系统107 AVJ-02-02202 BVJ-02-03203 BVJ-02-04204 BVJ-02-05205 BVJ-02-06206 BVJ-02-07207 BDSK 预留TO CAM 返送预留TO 录像机TO 双联-DLTO 双联-DR非编TO-切换台摄像机2摄像机3（预留）切换台 P/P 预建切换台 P/P 主监录像机预留外来信号1（SDI OUT A）VIDEO INPUT:16 OU TPUT:16MIRANDA大连捷成INPUTOUT图 1 矩阵信号图VJ-01-01101 B摄像机1主监AUX 1AUX 2111 AFOR-ANPUT:12M/E:1视频切换台HVS-XT100OU TPUT:1205 A206 A416AUX 3AUX 4预监摄像机2外来信号1摄像机 预留非编矩阵/点评系统大屏跟务器录像机-预留112342345678VJ-01-02102 BVJ-01-03103 BVJ-01-04104 BVJ-01-05105 BVJ-01-06106 BVJ-01-07107 BVJ-01-08108 B图 2 切换台信号图2022年第46卷第10期57Network MultimediA网 络 多 媒 体功能的前提下，要保证设备的先进性。最终选配的是 FOR-A HVS-110 数字视频切换台，输入不低于12 路 HD/SD-SDI 输入，同时支持 HD/SD 混合输入，高标清支持；不低于 6 路 HD/SD-SDI 输出，具有HDMI 输出，可以将信号送给多个不同终端；不少于 8 路输入，配有一个帧同步器以实现异步视频信号的切换；具有宏功能，还配置了冗余电源等。该切换台具有静帧功能，提供多种转场特技，能满足不同节目切换效果；具备过画面分割、多分屏功能，可实现在屏幕上同时显示切换台输入视频和内部生成的其他视频（小窗口）。其他功能不再赘述。3.1.6 高清视频矩阵视频矩阵选用切换规模为1616的高清矩阵，支持 16 路高标清信号接入和 16 路输出，可以满足工作中实际需要设置的阵列交换，可以与切换台配合使用，组成主备工作模式。本系统选用的是大连捷成 X-PLUS 16X16。作为在广播电视视音频技术领域里的国内领军品牌，其在技术和服务上都有很好的口碑。视频矩阵信号格式为 SD-SDI、HD-SDI，配置冗余电源；切换类型为交叉点板及其 IO板，集切换控制和输入通道于一体，输出通道作为独立的模块，两种模块配合使用。该矩阵的前面板具有 LCD 液晶显示屏和控制按键，可作为本机控制面板直接对矩阵进行控制。同时，系统配置了同品牌的大连捷成 X+Y 通用可编程进程控制面板，方便编程控制及故障排查。3.2 音频系统设计策略3.2.1 音频系统总体设计思路音频系统是演播室的关键系统之一 6，其质量高低直接影响节目制作的质量。在音频系统中，调音台是绝对的核心设备。好的调音台能够把声音的音质处理得更好。为满足电视节目声音制作的需要，此演播室的音频系统设计包括声音信号流程的设计和设备的选择。除了调音台，系统还配置了2 台监听音箱用于声音监听；配置了音频跳线盘，所有音源首先接入音频跳线盘，再接入调音台，方便日常故障排查和信号快速调度；配备了两套模拟音频分配器，为多个链路提供声音信号，此外，还配置了有线界面话筒和领夹式无线话筒。3.2.2 音频信号流程音频系统将各路音频信号经过音频跳线盘接入数字调音台，通过调音台处理，再通过声音处理设备后，1 路信号经过音频跳线盘分别输出到监听音箱监听，1 路信号输出到模拟音频分配器，1分多送到数字音频加嵌器和另一模拟音频分配器。当中间设备如模拟音频分配器或者数字音频加嵌器故障时，也可以将调音台主输出直接送给采集非编工作站，由录制软件实现音视频内同步加嵌生成视频。音频系统结构如图 4 所示。本音频系统信号流程的设计属于标准化的设计，通过配置冗余的模拟音频分配器来实现系统的主备信号链路。调音台提供多个无线和有线接口，为后续新增设备预留了空间；配置预留了接口箱，方便有线声源接入。3.2.3 音频系统主要设备调音台是音频系统的核心设备。本次项目中，调音台采用的是主流品牌雅马哈型号为 01V96i 的设备，可提供 16 路模拟通道输入，足够满足当前演播使用。设备提供了非平衡的输出和立体声输出，立体声模拟作为主输出，送模拟音频分配器。调音台同时具有场景记忆功能、编程功能，可自定义设置，可供导播智能控制，完全能够满足演播室日常使用。3.3 其他子系统及设备设计3.3.1 同步系统系统配备了同步子系统。为了提升安全性的目标，同步发生器配置了主备的双电源，两台同步发生器构成主备工作模式。由同步发生器提供统2选1 应急切换器HD-SDI IN AHD-SDI IN A主监FROM MIXA1A2LTC INHD-SDI INHD/SDI-SDI OUTHD/SDI-SDI OUTRM I/O122 AA数字音频加嵌卡VJ-01-10121 A121 BFROM MIX切换台信号矩阵信号2选1 应急切换器图 3 主备模式信号图2022年第46卷第10期58网 络 多 媒 体etwork MultimediaN一的基准信号，保证各设备和系统协同工作。同步发生器产生同步基准，分别送给 CCU-1、CCU-2、切换台、矩阵、多画面等设备。系统中各设备接收到同步基准协同运行，一旦同步基准消失，这些设备会不正常工作。例如，若 CCU-1 未接收到正确的同步基准，采集非编工作站接收到的画面将不稳定，将会出现闪烁、拉丝甚至黑屏。这种故障在演播室实际使用中曾遇到过，通过排查发现是由同步发生器异常工作导致，待同步系统正常后，各设备恢复正常运行。3.3.2 周边设备周边设备的主要功能是传输、处理、变换信号，提供信号及显示，具体设备包含模拟音频分配器、数字音频加嵌器、高清视频分配器、音频跳线盘、视频跳线盘、2 选 1 应急切换模块、下变换、交叉变换器以及 GPS 时钟等。以下主要介绍 2 选 1 应急切换模块和高清音频加嵌器。（1）2 选 1 应急切换模块。为了保证可靠性，系统配备了 HVS-5103 应急切换模块。此 2 选 1 应急切换模块安装于 i-MOD 平台 2 RU 机箱内，具有主、备两路 HD/SD-SDI 信号输入（IN1，IN2）和两路信号输出（PGM1，PGM2）。其中，PGM1 支持主路、备路信号BY-PASS输出，使信号输出不间断，PGM2 为数字输出。HVS-5103 模块自动适应输入信号格式，实时检测信号的状态，智能判别。自动模式下，若主路信号丢失，则自动切换至备路输出，当主路信号恢复时自动切换至主路输出；手动模式下，通过控制面板进行报警提示，等待用户手动切换。本系统接入两路信号，分别来自切换台 PGM信号和矩阵输出信号，通过 21 应急切换组成主备工作模式，保证系统可靠性。（2）高清音频加嵌器。系统采用 HMX-3004高清模拟音频加嵌模块，其是集于 i-MOD 智能信号处理平台的模块化产品，支持 1 路 HD/SD-SDI 数字视频信号输入，4 路模拟音频信号输入和 3 路音频嵌入 HD/SD-SDI 数字视频信号输出（SDI OUT1支持 BYPASS 功能），可将输入的模拟音频信号经24 bits 量化后嵌入到 HD/SD-SDI 数字视频信号中。3.4 系统的可扩展性系统设计之初，考虑到演播室信号可能直接送播出，如有些节目需要直播，因此高清视频分配器和下变换器预留了相应的接口，方便直接送播出总控机房，同时预留 1 套摄像系统接口、录像机接口、字幕机系统接口及音频接口箱。系统整体考虑得比较全面，系统可扩展性较好。4 系统评价及改进措施通过对系统分析以及在实际使用和运维中的总结，高淳区融媒体中心高清新闻演播室系统符合标准化的高清演播室要求，能够满足日常节目的高清录制。系统效率高、稳定性好，视频制作水平质量高。由此可以看到，好的视频、音频系统设计对于演播室系统整体运行非常重要。不过，系统也还存在不足之处。4.1 视频系统高清摄像系统配置了两套，完全满足日常使用，操作方便，易维护。高清矩阵与高清切换台作为核心模块，相辅相成，通过 2 选 1 应急切换器组成主备工作模式。在资源有限的情况下，这种创新设计可以说是一大特色。同时，系统中关键周边模块配置两套，达到了冗余配置的要求，提升了演播室的可靠性。在当前的设计中，2 选 1 应急切换模块为单一话筒/无线 MIC话筒/无线 MIC话筒/无线 MIC话筒/无线 MIC话筒/无线 MIC话筒/无线 MIC话筒/AUX MIC话筒/Line INYAMAHA主调音台话筒/AUX MIC话筒/AUX MIC话筒/AUX MIC丰编 CH1丰编 CH2录像机 CH2录像机 CH2交叉交换器 CH1交叉交换器 CH2OMNI IN11123456789101112BACKBACKBACKST RST RST LST L监听 R监听 LOMNI 2OMNI 1OMNI OUTA201AA201BA202BA203BADA10021号模拟音频分配器捷成周边卡A204BA212AA211AA211BA221B数字视频加嵌器数字视频加嵌器A221AA222UAUDIO-INAUDIOOUT12341234AJ-01-17AJ-01-21AJ-01-22AJ-01-18AJ-01-19AJ-01-20A203AA203AA204A234567891011121314151623图 4 音频系统图（下转第 62 页）2022年第46卷第10期62网 络 多 媒 体etwork MultimediaN字微波的传输控制下，可以对调频广播信号进行滤波，并进行频率的自由转换。这样不但可以方便地对信号进行放大、解调，而且可以利用一些密码技术，对信号进行调制、解调。3.4 发射设备布局升级方案结合以往经验，在系统的布局设计中，建议增加一个 RF 切换器装置，当调频发送端出现故障或发送功率小于采样功率时，该装置可自动切换到备用电源，使广播节目能够正常播放。当广播节目正常播放时，值班人员有足够的时间将虚假负荷连接到 RF 开关上，检查和修理故障的发射机，而不会对节目的安全播放造成任何影响。此外，在本地调频广播信号源中，建议采用主备用译码器的方案，并在输入端采用 ASI 和RFRFRF（DVBC）两种方式来实现双备份。在设定解码器主信号源时，要特别注意主备用信号源的设定。与此同时，针对本地调频广播节目的需要，建议可以采用 GPS 时钟基准源（10 MHz、1PPS），通过 TS 流译码器对接收到的 TS 数据进行译码。利用 TS 数据流中的时标与时钟参考信号的时标进行比较，并在此基础上实现 DSP/DAES/EBU 的数据采集，以此保证音频传输信道的时延相同，从而在一定程度上满足同步广播的要求。4 结 语随着互联网技术和集成电子技术的发展，调频广播发射系统的自动化、智能化程度越来越高。就目前我国调频广播发射系统的应用情况来看，还普遍存在有较大停播风险、偏远地区信号覆盖质量相对较差等问题，建议在今后的工作中积极推动调频广播发射系统的智能化建设，积极引入 N+1 调频发射机控制系统、多工器、天馈线系统等；同时，增加无线信号的覆盖面以及覆盖强度，着力优化发射设备布局。参考文献：1 杨熙，张艳强，张旭荣.本地调频广播发射系统的设计改造及应用 J.电视技术，2022，46（5）：132-135.2 贺培洲.浅析中波广播干扰调频广播信号问题的处理 J.西部广播电视，2022，43（3）：228-230.3 冯怡瑞.调频广播与中短波广播监测技术的应用探讨 J.西部广播电视，2022，43（12）：230-233.4 袁明珠.调频广播覆盖区接收性能分析及对策探讨 J.广播与电视技术，2022，49（8）：116-119.5 秦艳艳.调频广播覆盖的影响因素及优化技术探究 J.中国新通信，2022，24（16）：98-100.编辑：郭芳园节点，一旦故障，无备用设备。对此，日常应急解决方法是通过跳线完成信号的调度。4.2 音频系统音频系统以数字调音台为核心设备。通过日常使用发现，调音台整体配置达到了需求，但也存在问题。具体为调音台无备用设备，且为单电源接口。考虑到安全性，后期又采购了一台双电源数字调音台作为备用。5 结 语在媒体融合的大背景下，县级融媒体中心可以将高清演播室建设作为关键点。通过分析高淳区融媒体中心高清演播室建设，相关人员应认识到系统设计的重要性。因此，在对演播室进行系统设计时，要重视视频系统、音频系统的设计，充分论证。县级融媒体中心资源有限，技术力量相对弱，在媒体融合的过程中，要充分利用有限资源，助力电视制作水平迈上新台阶。参考文献：1 薛文峰.融媒体演播室的技术发展趋势分析 J.中国传媒科技，2020（11）：90-92.2 李耀文.中小型电视台高清演播室视频系统设计与实践 J.数字通信世界，2022（3）：72-74.3 夏青.高清演播室视频系统设计思路与搭建探讨 J.中国传媒科技，2018（7）：47-48.4 方莉萍.融媒体高清新闻演播室系统设计与实现 J.广播与电视技术，2021（5）：56-60.5 黄平.气象演播室从标清过渡到高清所面临的问题 J.中国传媒科技，2012（2）：39-40.6 赵鹏.电视台综艺演播室音频系统的设计与应用研究 J.中国传媒科技，2017（8）：113-114.编辑：郭芳园（上接第 58 页）