【摘要】 2011年，福州廣電集團新購建一輛10+2訊道數字高清電視轉播車。在高清車即將開始整體設計和建設之初，本人根據技術中心整體規劃要求，單獨對全系統中的視頻系統和視頻控制系統的設計提出一個初步構想和要求。
【關鍵詞】 高清車 視頻系統 視頻控制系統 設計構想
這幾年隨著高、標清電視同播在全國的逐步推廣，高清電視進入百姓家庭已漸成現實。2010年福州廣電集團決定引進一輛10+2訊道高清電視轉播車，由此拉開了福州廣電高清電視事業建設的序幕。技術中心作為高清車項目技術總負責，與索尼公司一道，對高清電視轉播車各系統的設計和項目建設進行全方位合作。本文僅對高清車視頻系統及視頻控制系統的設計提出初步構想和要求。
一．設計背景
從全國高清轉播車發展軌跡來看，首先以2008年北京奧運為發展契機，全國包括福建省臺在內等各大省級臺建造了多輛高清轉播車。這些轉播車針對奧運設計，有其自身各自特點。高清轉播車通過奧運洗禮，結合中國國情，有許多優點，也有一些需要注意改進的地方。福州臺在2010年準備建造高清轉播車，應該說在時間點上屬于后奧運時候。而在高清車的設計上應充分借鑒已建高清車的經驗。總結目前高清車在解決靈活性和安全性等核心
問題上有以下設計要點要注意：
系統應具備高度靈活性，調度靈活可變；
系統應具備擴展能力；
系統應具備高安全性和可操作性；
制作環境舒適合理，注重人機工程設計；
工位可擴展；
以上要點立足于隨需而變的要求。在設計上不單只考慮福州臺使用這個車，也要考慮外單位和常規活動以外的大型活動的需求。
二．系統設計總體思路
1.系統設計總體需求
本系統制作核心為純高清設備，為滿足現有標清電視工作環境，通過下變換器獲得高質量的標清PGM信號。轉播車主要完成福州廣電集團各種大型重要節目的高清直（錄）播任務，同時可適應現在標清環境下的直（錄）播要求。
2.系統總體結構描述
本系統設計為純高清內核，采用下變換滿足標清制作的需要，可實現高/標清電視節目的同步播出。以主高清切換臺面板為主節目制作核心，衛星切換臺面板作第二套節目制作設備，以矩陣的應急母線作為應急通道。采用雙2選1切換開關進行主備切換。另外，基于多碼流矩陣進行總信號調度，用于應急、錄像、慢動作、監看、車外板等信號調配、切換和轉換。在矩陣中環接上/下交叉變換器、嵌入/解嵌器等，以供信號隨時靈活調用。
本系統將采用索尼S-BUS網絡控制技術實現整個系統的強大控制功能。通過S-BUS網絡結構將攝像機、矩陣、切換臺、應急開關、視音頻矩陣等設備形成一個整體，來實現多個設備之間的聯動，以及異常復雜的TALLY源名跟隨，以及其它系統的平滑嵌入等功能，以滿足制作系統信源分配、調度靈活性的要求，以輕松應對各種節目形態。
3.系統信號格式
系統主信號格式為1080/50i，16：9高清格式信號。
系統支持其它高清格式信號，這個功能可由交叉變換器實現。
系統支持各種標清和模擬信號，以兼容現階段的技術要求；系統輸出信號采取下變換器和數模轉換的方式來形成與標清環境的下兼容。
三．視頻系統設計具體要求
1.信號應急要求
在節目傳輸通道上的基本設計思想是采用雙2 選1 主、備雙通道鏡像的方式，二者輸出信號具有相同的級別。其中雙2選1切換開關使用切換臺PGM輸出信號與矩陣應急信號作為信號來源進行切換。切換開關要求信號輸出支持高標清、模擬與音頻嵌入功能。以下為應急設計思路圖：
2.信號輸入輸出要求
（1）外來視頻信號輸入接口
高標清外來信號4路（帶幀同步、可解嵌音頻信號）；多格式交叉變換器4路（具有上下變換、幀同步、A/D、嵌入、解嵌、音頻延時校正等多種功能）；VGA/DVI 2路。
（2）播出通道輸出接口
對外輸出信號必須包括每級M/E的Clean信號下變換后的高標清輸出，和矩陣后專門的加解嵌輸出。
（3）矩陣和應急輸出要求
矩陣后級必須提供不少于6路的高標清含下變換輸出，其中2路設計為提供其他重要播出或者監看信號的輸出，高清標清輸出須帶幀同步功能。
（4）后接口監視器監測要求
后接口板有1臺A、B路數字監視器，A路接矩陣的1條輸出母線，由矩陣控制面板來選擇輸出的信號源，B路的高/標清SDI輸入接在后接口板上，用來檢查進出轉播車各種信號的質量。
（5）輔助信號要求
安裝有線電視信號接口，電視信號解調器天線接口，GPS鐘天線接口，VGA接口，電話接口，對講基站天線接口，無線腰包天線接口和光纖接口等，并布置相應的信號連線。
（6）TALLY與級聯要求
整車要求采用網絡監控系統，實現整車設備實時狀態監控（電源狀態、風扇狀態、溫度高低、信號有無等）。Tally顯示既要有靜態顯示，也要有動態顯示（UMD動態源名跟隨）。切換臺、輔助切換臺、矩陣切換都要有兩種（靜態、動態）Tally指示，Tally顯示不少于三種狀態（紅色、綠色、黃色）。
該車要能夠實現PGM級或部分訊道級聯，以級聯方式擴展系統的攝像機通道，系統之間的Tally信號能夠顯示和跟隨。
3.監看要求
（1）技術區技術總監位配置一臺17英寸廣播級高清晰度彩色LCD主控監視器作為技術總監信號監看，一臺機架式數字監聽儀作為音頻信號監聽，并配置1臺多格式高清示波器監測全車信號，其中輸入分別選取自矩陣和跳線排，要求測量信號支持高標清模擬視頻測量，數字/模擬音頻測量，支持杜比-E和AC-3音頻解碼和監測，支持抖動波形和自動眼圖測量，支持AV-Delay延時測量功能。
技術區的攝像機控制部分由2個工位組成，每個攝像機操作工位控制4臺攝像機，每個工位都配置1臺17英寸高清專業液晶監視器通過4畫面分割方式監看， 1臺4通道模擬示波器， 4塊攝像機OCP操作面板。分割器的輸入來自于攝像機基站的高清輸出，4通道模擬示波器的輸入直接從攝像機基站PM和WFM輸出模擬信號。
要求正常情況下17英寸高清專業液晶監視器顯示的是4個攝像機信號，當技術人員需對某臺攝像機進行調整時，只需按下OCP光圈控制桿，分割器輸出為所需調整攝像機信號畫面，示波器同時轉換顯示該信號波形，調整完畢后恢復至正常狀態。
錄像和傳送區域以2臺17英寸高清專業液晶監視器使用四畫面分割器方式監看VTR和傳送信號，VTR監視信號直接從錄像機端口輸出進入四畫面分割器，傳送監視器為方便靈活使用需配置一臺監視器內置4分割畫面板卡以靈活使用。
車尾端子板配置一臺監視器內置4分割畫面板卡以靈活對后接口板上的各種信號進行監看。要求支持多格式輸入。
為了提高監看系統的安全性，設計要求分割器的HD/SD-SDI輸出端接入矩陣，以防止監視器出現故障影響信號源監視。
（2）導演制作區采用以24英寸高清專業液晶監視器分割方式構成監視幕墻，要求監看全車參與制作的所有信號和部分矩陣調配信號，并且每塊屏上的信號可以靈活調配。屏幕畫面分割設備需支持高標清、模擬、DVI/VGA等多格式信號輸入。另外導演區必須設置獨立方便的VGA監視器監看硬盤慢動作機和1臺字幕機。
4.錄像、慢動作與字幕機要求
系統配置EVS 4通道高清硬盤錄像機。要求配置開放式通道配置，要求支持數字音頻功能和音頻分離編輯功能對獨立的音頻通道進行編輯。硬盤錄像機的輸入輸出通過中心視頻矩陣來實現信號的靈活調配，完成最大化的信號采集以及信號輸出能力。每套EVS都需要配置獨立的VGA監看。系統設置采用高清HDCAM錄像機2臺和標清MPEG IMX錄像機2臺。錄像機的輸入信號由中心視頻矩陣選擇提供。
系統配置1臺高清數字字幕機。字幕機應具有高清數字視頻輸入及抓取能力，字幕機的高清數字填充信號輸出經分配后同時進入視頻矩陣、切換臺系統和應急鍵控器。
5.切換系統和周邊設備要求
（1）選用具有高清內核的切換臺，高清信號（包括同步后的級聯信號）可以直接接入使用，標清信號經過外置的或切換臺內置的上變換處理后使用。為了提高系統的安全系數，切換臺的大部分輸入信號直接從信號源（或信號源視分）輸出接入，少量輸入信號從矩陣中調配；節目的主信號直接從切換臺經2選1切換開關輸出。
（2）切換臺配置要求：輸入≥32路、≥2級M/E高清主切換臺。目前估算主切換臺有8臺攝像機、4臺錄像機、1路硬盤慢動作錄像機、1路字幕、2路VGA輸入、8路外來輸入或矩陣調配信號、1路測試信號，至少32路輸入。
（3）系統配置1個≥64×68的多碼流高標清混合型矩陣作為系統信號的調度中心，所有信號源、切換臺各級M/E的PGM、PVW、CLEAN OUT和AUX、節目總輸出等高清和標清兩種信號都分別輸入到中心矩陣中。
（4）在矩陣中環接上/下交叉變換器、嵌入/解嵌器等，以供信號隨時靈活調用。
（5）在系統中, 矩陣擔負了制作通道、分配通道、技術監視通道、應急通道以及畫面動態監看等信號的調度功能。
（6）整套系統周邊設備選用品質高、穩定性好的國際知名品牌，各周邊模塊要求為同一個品牌，在配置上應為未來系統的擴展升級留有足夠余地。采用集成度高、可混插的機箱板卡結構。機箱雙電源冗余備份，安裝有散熱扇，可充分散熱。所有設備必須符合相應的信號質量要求及相應國家高清標準，數量滿足系統設計需求。
6.輸出通道設計要求
輸出通道采用雙通道二選一設計，確保安全輸出，無論切換臺、矩陣或二選一哪個環節出問題，都能保證系統主備通路之間至少有一路保持正常輸出。切換臺和矩陣的PGM輸出分別接入兩個不同的2選1，經嵌入、視分、下變換、D/A轉換雙通道并行輸出的方式輸出帶音頻嵌入的高清PGM、標清PGM以及模擬PGM。從中心矩陣靈活調度各種高、標清信號，包括主切換臺各級的PGM/CLEAN信號、各信號源的原始信號和轉換格式后的信號等。在中心矩陣選擇輸出標清通道上加入廣播級D/A轉換器獲得模擬復合視頻信號，而且通過矩陣環接的嵌入器可以完成音頻嵌入功能。
四．視頻控制系統設計構想
當視頻信號從標清發展到高清，制作系統規模的擴大，具有IT特點的設備增加，需要適應的節目制作環境要求提高了，那么控制也相應的有更高的需求。以前我們討論一個系統核心是視頻系統，那么現在我們最核心的系統反而變成了控制系統。控制系統和視頻系統的關系就好比人的大腦和身體的關系。出現這種情況的原因就是目前節目需求變化。制作上因為節目樣式不同、導演不同、大小不同，都會對整個系統提出各種靈活的要求，這些要求基本上是臨時的、多變的。如果只考慮視頻系統，那么整個系統就會受到視頻系統的局限，受到硬件的局限。但控制系統將各個系統統籌考慮，并且用網絡化的形式進行軟件系統的設置，可以做到因需而動。
在2-3年前還鮮有人談起 TALLY、源名系統、智能監控、MONITOR WAL調配等等, 新的非硬件可以滿足的需求已經逐漸成為新系統的必須配置。如下圖所示控制系統包括群Tally系統、切換臺網絡、智能監控等等。
當我們從設計的角度來觀察系統，眼前不再是只有視頻層，新看到了控制層，監測層,如下圖所示。 控制層占據著最重要的位置，它是大腦，指揮視頻層實現各種靈活的需求。所以我們提出了控制系統先行的控制層概念。
所以控制層的核心系統S-Bus在總系統中具有核心管理作用，借助于S-Bus連接的系統整體，從監視器到錄像機到矩陣到切換臺，S-Bus 將車內設備聯系在一起，實現控制的網絡化、智能化，從控制層面突出系統化的概念。
作為一個系統產品，必須從單機的狀態與其它系統產品發生關聯，這種關聯并不只是視音頻信號層的關聯，必須是從底層從控制層能互聯互通。切換臺和矩陣是系統中的核心產品，首先這兩個設備要能互聯，其次根據這兩個產品的協議要形成一個兼容產品圈，最好是能完成一個系統的搭建。以下為視頻控制系統架構設想示意圖：
Sony公司有著很強的系統產品生產能力。通過它自己開發的S-BUS協議，很多專為系統開發的產品能夠互聯。此次提出將使用的這個系統采用了Sony獨創的S-BUS(Sony串行總線)特有矩陣。利用這種方式，在一根75Ω的同軸電纜上，可以傳送包括Tally以及素材名在內的全部控制信號。采用S-BUS以后，可以實現視頻信號的切換跟隨，以及Tally、素材名的自動跟隨。
以下描述是至此系統的S-BUS控制系統連接示意圖，可以看到在S-BUS網絡中連接有各類系統產品，包括矩陣，切換臺，控制面板，攝像機系統，UMD，第三方產品等。
其中矩陣和切換臺通過主站聯系后，可互相傳輸交叉點信息，源名信息，控制信息，如矩陣面板可控制切換臺交叉點輸出，切換臺的DCU可傳輸矩陣的Tally輸出。
而索尼的攝像系統也具備了S-BUS控制接口，能夠實現攝像機MSU(主設定單元)的控制切換以及切換臺的交叉點的聯動。在具體進行攝像機調整的時候，在切換到MSU調整CCU的同時，還可以進行技術監視器視頻的聯動切換。此外，Tally信息也可以從S-BUS系統向攝像系統傳送，因此也只需要用一根S-BUS同軸電纜與CNU(攝像機命令網絡單元)連接，而不需要將面板Tally與各個CCU連接，就可以實現控制所有的攝像機Tally了。B&P