摘要：演播室及轉播車視音頻系統的監看和制作，離不開信號源名和Tally燈的顯示，不同廠商監看設備對于源名和Tally燈的顯示支持有不同的協議，目前演播室及轉播車上主流管理和控制Tally及源名的設備為TSL公司的TallyMan控制系統。本文主要目的在于，通過自主研發、制作相關轉換設備，實現TallyMan控制系統對BMD多畫面的Tally顯示及源名跟隨。

關鍵詞：TSL UMD協議，Blackmagic VideoHub協議，SDI Tally，3G-SDI Shield for Arduino

一、引言

Blackmagic Design（簡稱BMD）公司生產的視音頻設備具有功能豐富，安裝方便及價格便宜的優勢，因此在廣電內視音頻系統的集成和制作中具有廣泛的應用。蘇州廣電8訊道高清轉播車升級為10訊道的項目中，使用了一批BMD的矩陣和多畫面，作為對于原轉播車系統視頻監看上的擴充；為了方便節目制作對于畫面監看的要求，需要通過轉播車現有的TallyMan系統，去控制BMD多畫面和矩陣，實現BMD多畫面內信號動態源名和Tally燈的顯示。但是由于BMD多畫面的控制和顯示只支持自己內部的協議，因此需要設計相關設備的轉換，將TallyMan相關控制協議，轉換成BMD能夠識別的協議。

二、設計原理及需求

2.1、TallyMan源名及Tally顯示原理

TallyMan控制系統支持目前大部分廣電設備的接入，如視頻切換臺、矩陣、多畫面、串行和并行Tally輸入輸出等。TallyMany控制系統對視頻多畫面的控制主要使用的是TSL UMD協議，此次項目中對BMD多畫面的Tally和源名顯示主要解析的是TSL UMD V3.1協議。TallyMan服務器內包含有矩陣源名信息和視頻信號切點狀態，TallyMany與多畫面建立連接并單向發送UMD數據到多畫面服務器，UMD數據內包含對多畫面內每個窗口的源名、Tally信息記錄，當多畫面服務器接收并解析UMD數據包以后，獲取源名和Tally信息，并記錄到多畫面的輸出。

2.1.1、TallyMan系統內部配置方法如下

1)添加“UMD Display Interface”設備并命名，選擇UMD類型為“MultiView（TSL Protocol）”，即UMD V3.1協議，一臺多畫面對應一臺“UMD Display Interface”設備。

圖2.1 協議選擇界面

2)點擊“Edit Comms Parameters”配置通信端口，通信類型為“Network UDP”,端口號為8900，IP地址對應多畫面服務器地址（此次項目中IP地址對應UMD轉換設備的地址）。

3)選中新添加的“UMD Display Interface”設備，添加多畫面輸出配置“Add/Delete displays in Layout”,確認在多畫面中需要顯示的畫面數，此次項目為4畫面輸出，如圖2.2所示，多畫面內部地址從0~3自動分配。

圖2.2 多畫面數量配置

4)雙擊多畫面內每個Display，進入顯示配置界面，配置界面內，選擇源名顯示為“Follow Matrix Destination”（此次項目中多畫面的輸入信號均由矩陣提供），之后在“Matrix Assignment”配置項，設定矩陣的目的端口，對應為實際矩陣輸出到多畫面的端口，最后再“Tally Channel”中打開需要對應的Tally通道，一般為PGM和PVW的Tally顯示。

圖2.3 多畫面顯示配置

5)配置完多畫面內每個通道對應為跟隨矩陣源名后，保存TallyMan配置信息，發送到TallyMan主機并重啟。

2.1.2、TSL UMD協議分析

TSL UMD協議也稱作動態源名顯示協議，該協議支持RS422/485、UDP、TCP等多種傳輸方式，TSL UMD協議每隔200ms發送一個數據包，每個數據包內包含有18字節數據，數據以16進制方式傳輸，數據包的格式如下圖所示。

圖2.4 TSL UMD V3.1Protocol

第1個字節“Header”和“0x80”相減,對應多畫面內部顯示地址，第2個字節“Control”對應Tally狀態以及顯示的亮暗信息，第3～18個字節“Display Data”表示多畫面內顯示源名的內容，顯示的內容由16進制數據對應的ASCII碼表示。

例如多畫面內以16進制接收到18個字符為“81 21 43 41 4D 20 31 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20”，“81”表示在多畫面內顯示地址是“1”，“21”表示PGM Tally點亮，PST Tally熄滅，后面3～16個字節通過ASCII碼表轉換成相應的字符是“CAM 1”。

2.1.3、動態UMD協議工作方式

1)當沒有Tally及源名變化時，每隔200毫秒,會從地址“0x80“遞增發送到地址”0xfd“，也就是循環發送126個數據包，每隔25秒所有Tally及源名信息發生一次更新。 

2)如果沒有對動態源名進行設定，默認多畫面內字符串顯示內容為“LOCAL1“～”LOCAL126。

3)當PGM信號切換引起Tally變換時，多畫面會收到一個長數據包，共36字節數據，其中前18個字節說明需要熄滅Tally燈的多畫面地址和源名信息，后18個字節說明需要點亮Tally燈的多畫面地址和源名信息。

4)當矩陣輸出到多畫面內的視頻源發生變換時，多畫面會馬上接收到1個數據包，共18字節數據，指定該矩陣到多畫面內對應的信號源名發生了改變。

2.2、BMD矩陣源名及Tally顯示原理

2.2.1、BMD多畫面和矩陣控制協議

BMD矩陣和多畫面支持相同的控制協議，協議全稱為“Blcakmagic Videohub Enthernet Protocol V2.3”，該協議支持外部TCP控制，端口號為9990，協議目前只適用于BMD內矩陣和多畫面的控制（可以把BMD多畫面理解為帶內部信號分配、并只有一個多畫面輸出口的矩陣），控制方式包括內部輸入和輸出信號路由分配、名稱修改。如圖2.5所示，為修改輸入和輸出口0和1標簽的命令方式。

圖2.5 Videohub協議命令方式

目前在TallyMan系統軟件V1.85版本以上，能夠支持對BMD矩陣控制的接入，但是還不包括對BMD多畫面控制，尤其是動態源名和Tally燈顯示那一塊，因此我們還是要通過第三方硬件加以轉換，以便滿足系統上對動態源名和Tally顯示的需求。

2.2.2、BMD多畫面Tally顯示協議

BMD多畫面只支持SDI Tally協議，即通過在單根SDI信號中嵌入Tally信息，發送到多畫面最后一個輸入口，并在多畫面配置中打開Tally顯示功能。SDI Tally是BMD內部Tally顯示協議，目前只有ATEM系列切換臺的Program端口支持SDI Tally輸出。

2.3、系統設計需求

綜合上述TallyMan和BMD控制協議，我們在系統設計時，首先需要確保BMD矩陣、BMD多畫面、TallyMan控制系統、協議轉換設備在同一局域網內，TallyMan能夠連接并控制BMD矩陣；其次協議轉換設備通過UDP方式讀取并解析TallyMan輸出的UMD控制協議，將UMD控制協議的Tally信息轉換成SDI Tally，輸出到BMD多畫面最后一路輸入，將UMD控制協議的多畫面源名信息，轉換成Videohub協議，輸出給BMD多畫面；最后BMD多畫面讀取SDI Tally，確認多畫面內Tally顯示地址，同時通過TCP方式接收Videohub控制數據，修改對應多畫面內信號顯示的源名信息。

系統連接框圖圖下圖2.6所示。BMD矩陣８路輸出分別給兩個BMD多畫面的輸入，其中矩陣送給多畫面的最后一路SDI信號經過“BMD Shield for Arduino”，嵌入SDI Tally信號后，再輸送給多畫面，同時“BMD Shield for Arduino“與系統內其他設備處于一個局域網內，負責解析TSL UMD數據并發送動態源名數據給BMD多畫面。其中“BMD Shield for Arduino”就是此次項目中研發的協議轉換設備，該協議轉換設備由BMD官方提供的相關SDI Tally嵌入設備“3G-SDI Shield for Arduino”（簡稱Shield板），配合網絡收發模塊和單片機組合而成，Arduino Uno單片機開發板通過燒錄自制程序循環運行，通過I2C總線與Shield板內部通信，完成對SDI信號內Tally信息的嵌入；同時Arduino Uno單片機TTL串口輸出給網絡模塊，將TTL串口數據轉換成網口數據，完成與TallyMan和BMD多畫面之間的各項通信工作。

圖2.6 BMD Tally顯示系統框圖

三、協議轉化的設計與實現

3.1、轉換設備電路圖

轉換設備電路圖如圖3.1所示，設備供電方面，轉換設備整體采用12V穩壓電源供電，電源經過BMD Shield板內部轉換成5V電壓，再分別供電給Arduino Uno單片機開發板和USR-TCP232網絡模塊；內部通信方面，Arduino Uno開發板和Shield板之間，通過SDA數據線和SCL時鐘線連接，采用I2C總線通信協議，將Tally信息嵌入SDI信號，Arduino Uno開發板串口接收（RX）連接網絡模塊發送端口0（TX0），接收TSL UMD數據包，串口發送（TX）連接網絡模塊接收端口1（RX1），發送BMD Videohub數據包；信號收發狀態監看，可從網絡模塊的

Work端口連接數據線到LED燈，收發數據時會對應LED燈的閃爍。

圖3.1 協議轉換設備電路圖

網絡模塊USR-TCP232能實現雙TTL串口轉網口，雙TTL串口通信互不干擾，TTL0轉網口工作在UDP Server模式，網絡地址和TallyMan對應，端口號為8900，負責專門接收TallyMan發送的TSL UMD數據包；TTL1轉網口工作在TCP Client模式，網絡地址和BMD多畫面對應，端口號9990，負責專門發送Videohub數據包到多畫面服務器。如圖3.2為網絡模塊內部配置。

圖3.2 網絡模塊內部配置

TTL串口轉網口網絡模塊具體配置原理和方法如下：

1)模塊和TallyMan控制系統進行通信時，使用TTL0接收數據，在配置頁面左側選擇“RS232”，設定Socket A工作方式為UDP Server模式，本地端口設定為8900，遠程端口設定為0，Socket B工作方式None,TallyMan作為UDP Client，只負責向模塊發送UMD協議的數據，不負責接收，此時模塊內部端口0（端口號8900）接收到TallyMan數據后，轉成串口TX0，發送給Arduino開發板的串口RX接收。

2)模塊和BMD多畫面進行通信時，使用TTL1發送數據，在配置界面左側選擇“RS485”，設定Socket A工作方式為TCP Client模式，本地端口設定為0，遠程端口設定為9990，Socket B工作方式None，BMD多畫面作為TCP Server，只負責接收模塊發送過來的VideoHub協議數據，不負責發送，此時Arduino開發板的串口TX發送到模塊的串口RX1，轉成網絡端口1（端口號9990），發送給BMD多畫面。

3)由于Arduino Uno開發板的串口不會同時處于發送和接收狀態，此種連接方法很好地利用了串口資源，節省了網口數量，方便了內部系統的接入。

3.2、Arduino Uno開發板實現程序編譯及上載

3.2.1、程序設計流程

BMD Shield板的開發套件中，包含有SDI Tally的SDK開發包，并支持C語言，具體程序設計流程如下，如圖3.3所示：

圖3.3 程序安裝及設計流程說明

1)安裝Arduino開發IDE工具，使用USB并連接Arduino Uno開發板，安裝PC驅動程序。

2)打開Arduino IDE開發工具，加載BMD SDK開發包內“BMDSDIControl.h”頭文件。

3)通過調用內部程序“BMD_SDITallyControl_I2C sdiTallyControl(0x6E)”，設定I2C總線通訊地址，默認Shield開發板I3C通訊地址是“0x6E”，也可以通過BMD官網下載Shield驅動程序，修改I2C通訊地址。

4)初始化單片機，設定串口通信波特率,打開SDI Tally控制和寫入功能。

5)進入單片機循環程序，通過串口讀取TSL UMD協議數據包，數據包每隔200毫秒自動往單片機串口發送一次，每個數據包內包含18位或者36位數據。

當接收到18位數據時，從第1位、2位、3～18位中分別提取多畫面顯示地址碼，Tally顯示狀態，多畫面內字符名稱，將顯示地址碼和Tally狀態，通過sdiTallyControl.setCameraTally()函數，嵌入到Shield板的SDI輸出信號中，將地址碼和字符名稱，轉換成VideoHub協議，通過串口轉網口，發送給對應BMD多畫面。

當接收到36位數據時，說明Tally信號發生了變化，分別提取前18位和后18位，處理方式跟處理標準18位數據時一樣。

3.2.2、程序編譯以及上載

Arduino Uno開發板通過USB數據線連接電腦并安裝驅動后，可以直接通過IDE工具，將程序編譯并燒寫到Arduino Uno開發板上，由于燒錄程序采用的原理是USB轉串口方式，會占用單片機內串口資源，因此燒錄開始前，需要斷開單片機串口和外部設備的連接，并在燒錄程序成功后，斷開USB線，重新將單片機串口和外部設備連接。

3.3、設備加工及安裝

3.3.1、功能模塊安裝

BMD Shield板、Arduino Uno開發板、TTL轉網口網絡模塊，是構成協議轉換設備的3大模塊，Shield板和Arduino Uno開發板在針腳定義及孔位上一致，可通過排針插口直接將Shied板安放在Arduino Uno開發板上面；網絡模塊需要另外固定安裝，為了方便后期固定，先將網絡模塊固定在洞洞板上，然后通過飛線和開發板進行供電和通信。

圖3.4 Shield板與開發板安裝

3.3.2、設備外殼加工

BMD官方在提供Shield板和開發包時，并未提供相關的設備安裝和外殼信息，因此所有的設備安裝調試完都是裸露在外，如果要安裝到轉播車或者考慮戶外使用，需要固定安裝在保護殼內。Shield板和Arduino Uno開發板疊加的厚度為35mm，深度為70mm,加上網絡模塊后寬度為82mm，因此綜合考慮，能夠放入82mm*44mm*100mm的鋁合金外殼，并固定到標準1U機架內。

鋁殼開孔方式通過雕刻機設計刀路路徑精確進行，鋁殼底部打M3螺絲孔位，用于固定電路板；鋁殼側面開槽，預留出轉換設備網口、USB口、12V供電口，SDI IN和SDI OUT口；鋁殼內部用5mm銅柱將電路板進行墊高并進行絕緣隔離。雕刻機雕刻后的實際樣式及最終效果如圖3.4所示

圖3.5 安裝效果圖

四、總結

綜上，這次轉換設備的研發和制作，解決了TallyMan系統對BMD矩陣和多畫面互聯互通問題，通過TallyMan實現了在BMD多畫面內顯示動態源名和Tally的功能，轉換設備在項目安裝應用中，配置簡單，對系統改動要求少，方便接入和安裝，有效滿足了我臺8訊道轉播車系統項目擴展對于多畫面制作監看上的需求，節省了設備成本開支。

同時，此次研發制作也是對SDI信號內嵌入控制信息的一次有效探索，BMD公司提供的Shield板，除了提供控制SDI Tally功能外，還包含了對攝像機、鏡頭、音頻、云臺等各類參數的控制，如果能夠有效的將這些控制信息嵌入到單根SDI線，并在末端進行解析分發，能夠極大簡化視音頻系統內控制信號的傳輸和接入，給廣播電視節目的制作帶來更多的可操作性和便捷性。