【關鍵詞】4K超高清 攝像機遠程制作 波分復用 光纖
一．前言
中山廣播電視臺（以下簡稱中山臺）4K超高清整體建設方案于2018年通過了總局專家組論證，作為中山臺4K超高清整體建設方案中的首個項目《4K超高清電視轉播車》（以下簡稱4K車）率先落地，在2019年9月在中山交付使用。該4K超高清數字電視轉播車車長16米（含拖頭），采用雙側拉車箱結構，展開雙側拉箱寬4.7米，高度3.98米。系統采用IP架構，執行SMPTE ST2110標準，配置11個4K訊道，其中包括10個SONY HDC3500標準訊道、1個SONY HDC4800超高速訊道；切換臺采用SONY XVS-7000，可提供20路IP加8路4*3G輸入及8路IP加4路4*3G輸出，外來信號最大可支持12路12G或4*3G 4K信號，或36路高清信號進入系統進行上變換后進入4K IP系統。該4K車采用基于BT-2020色域的4K節目制作，能夠同時提供4K超高清和高清節目輸出。中山臺4K車交付使用后，基于實際使用需求，已多次應用4K超高清攝象機遠程制作系統，用于多種類型的現場直播，大大擴展了4K車的使用范圍，提升了制作能力。
二．攝像機遠程制作實踐
1.技術特點
常規的遠程制作在歐洲早有應用，但受制于傳輸環境制約，發展并不迅速，但其對攝像機訊道的遠程擴展所展現出來的技術魅力和使用便利性不言而喻，技術優點明顯。攝像機的遠程制作可分為CCU前置和后置兩種應用模式，我臺應用的多是CCU后置模式。其優點有：
（1）CCU后置，可充分利用轉播車/臺內演播室/EFP等資源，或當轉播車無法靠近停放時是很好的選項；
（2） 信號無壓縮傳輸；
（3） 各種信號完全無延時，其中最主要的是轉播車內RCP面板遙控攝像機時，實現無延時操作，實時效果完全滿足現場制作要求；
（4）與直連效果完全一樣，視、音頻信號，遙控信號，TALLY，通話等等完全一致，無任何違和感，讓實操人員感覺不到是遠程操作；
（5） 設備連接簡單、配置方便，可快速投入使用；
（6） 可實現遠距離傳輸。
圖2 連接示意圖
如今網絡環境迅速發展，已有多種手段可以解決傳輸問題，且性價比高。但考慮到廣電行業對安全播出的嚴格要求，我臺目前主要采用租用裸纖、短距離自行拉纖的做法，如圖3所示。
圖3 戶外拍攝點 制作中心
早在2018，我臺就應用高清攝像機遠程制作系統進行大型戶外應急演習現場直播，采用多路遠程制作系統圓滿地完成了制作任務。當時的制作中心設置在地下山洞內，戶外共5個機位放置在不同的地點，最近的機位離制作中心約30多公里，最遠的機位有約40多公里，常規的技術手段已經無法滿足制作需求。我們采用了裸光纖+攝像機遠程制作系統方案：每臺攝像機位與制作中心之間放置一對遠程制作設備，攝像機端放置一臺攝像機協議轉換器，CCU端放置一套CCU協議轉換器。當光纖資源缺乏時，則需要采用波分復用設備，將多路攝像機復用在1根(往、返)光纖上完成遠程雙向傳輸，實現視音頻信號，通話，TALLY,返送，控制等信號在戶外拍攝點與制作中心間實時傳輸，如圖4所示。應急演習指揮部領導和導演制作團隊對此次的遠程制作效果非常滿意，我們也在當中積累了豐富的 經驗。
2.攝像機遠程制作系統在4K超高清制作中的應用
隨著我臺4K車的交付使用，4K超高清節目制作任務日漸增多。為充分發揮4K車的制作能力，我們沿用攝像機遠程制作系統，提升4K車的制作范圍。在2020年12月初的《走向我們的小康生活——中山市：志愿精神你我同行徒步活動》的4K直播中，我臺首次使用了4K攝像機遠程制作系統。我臺每個4K車攝像機訊道綜合電纜只有150米，由于上述的直播制作范圍大，一些機位距離4K車約1-2公里，采用傳統攝像機綜合光纜的方式不能滿足制作需求。為此技術團隊在攝像機與4K車之間鋪設鎧裝光纜，使用4K攝像機遠程制作系統，將攝像機與CCU連接起來，如圖4。這樣的設備投入成本比較劃算，因為鎧裝纜價格遠遠低于攝像機綜合纜、防護能力強；協議轉換器的性價比高。
攝像機端協議轉換器的介紹：4K超高清攝像機遠程制作系統在攝像機端的協議轉換器，有兩種供電模式：
模式一 使采用攝像機綜合光纜，通過在攝像機端的攝像機協議轉換器的3K.93C接口取電，攝像機供電模式設置在CCU狀態。這種做法的好處使用連接簡單，無多余線纜，可以理解為在CCU之間增加了一條延長的綜合電纜，可長距離拉線，較靈活，可以做游機使用。使用這種供電模式，攝像機端的協議轉換器必須接有220V的市電，才能為攝像機供電。所以，這種模式適合拍攝點能提供市電的地點。
模式二 通過攝像機協議轉換器的四芯卡儂接口輸出標準攝像機供電電壓，連接至攝像機外接供電口，攝像機的供電模式設置為EXT狀態。這種供電的好處是攝像機協議轉換器有三個供電輸入，1個220v常規供電，2塊扣板電池口供電，三路電可以自動倒換，在無法提供市電供電的地域可以采用攝像機扣板電池供電，而且一塊140瓦時可以提供EFP攝像機1個小時工作時間。缺點就是攝像機跟協議轉換器之間需同時接兩根纜，綜合電纜和卡儂口的供電電纜（距離不超過15米），這樣對游機的使用會有限制，適合做固定機位使用。我臺較多采用這種工作模式， 如圖4。
同一地點多機位的遠程制作模式對于一個戶外點有多個攝像機機位的情況，我們會采用波分復用的方式實現多機位傳輸。我們以模式二的工作模式做具體說明：各攝像機通過攝像機綜合纜和卡儂口電源線連接至攝像機端協議轉換器，再將協議轉換器端的兩根光纖連接至到波分復用，再通過光纖鏈路傳送回車端，車端同樣的需進行解復用和復用，如圖5。考慮到信號的安全問題，我們通常采用光分配后走兩個路由，到車端再光切換，實現雙路由備份。其中光分配和光切換均為冷源，安全可靠，光切換可冷源自動倒換，或通過GPIO觸發，實現光信號手動控制倒換。如果采用模式一工作模式，光傳方式不變，攝像機端協議轉換器可以集中和波分復用設備放置在一起，方便集中管理，但前提條件是能提供市電。
圖4
光纖傳輸鏈路，在不具備自行拉光纜、特別是城市內跨約多個街區的情況下，可租賃第三方的光纖鏈路。我臺在“2021中山慈善萬人行”巡游活動的4K直播中，租用了當地網絡運營商的裸纖，而且經過了多次跳纖、光纖鏈路傳輸距離約5-6多公里，使用了帶光中繼的攝像機遠程制作系統，4K超高清視頻信號、音頻信號、攝像機控制、通話、返送、TALLY等仍然穩定，更堅定了我臺在日后長距離節目制作中使用攝像機遠程制作系統的信心。
《走向我們的小康生活——中山市：志愿精神你我同行徒步活動》活動現場
CCU端協議轉換器的介紹：CCU端的協議轉換器，承擔著將普通光纖接口轉換為LEMO攝像機綜合纜接口的轉換功能，同時內置的協議轉換器模擬攝像機發生通訊信號和CCU握手成功，通常CCU端的協議轉換器是不需要另外供電的，除非攝像機端協議轉換器有光中繼。
圖5
圖6 CCU端協議轉換器及連接示意圖
3.光中繼模式
由于目前主流4K超高清攝像機標稱最大光傳輸距離是2公里，當超過2公里時，則必須要采用光中繼。便攜式光中繼有兩個SFP槽位，其中一個槽位插入短距離的光模塊，連接到協議轉換器的AB口；另外槽位插入高功率的光模塊，用于長距離的傳輸。如圖下圖。
光中繼和協議轉換器融合使用
三．關于攝像機遠程制作系統超遠距離傳輸的探討
1.CCU前置的遠程制作
CCU前置是相互妥協的辦法，這種做法常用于超遠程，如跨市，跨省，甚至跨國的制作模式。通過對CCU輸出信號的編碼傳輸，其他輔助數據采用IP包的形式和視音頻編碼信號匯聚傳輸，其優點是可以在目前的技術條件下實現超遠距離的遠程制作。當然缺點也很明顯，比如解決視音頻同步問題，通話、tally和視音頻同步問題，傳輸延時問題，實時控制問題等；隨著IP技術的發展，特別是SRT、NDI等網絡傳輸協議的出現，大大降低了視音頻傳輸延時，目前有廠家稱延時可以控制在100ms以內。由于CCU前置需要拆裝CCU以及對傳輸回來的信號進行IP重分配等工作，復雜繁重，不適合現場4K IP制作系統。總結我臺4K車目前的制作而然，我們傾向CCU后置方式，不用對4K車進行任何的改變，只需加入遠程制作系統即可擴展訊道的傳輸距離，快捷方便、無延時。
2.OTN的超遠程模式
OTN超遠程制作模式，可以實現上百公里的遠程制作，能大大節約成本。一般會租用電信的OTN鏈路，實現攝像機端信號實時回傳到轉播車。相關廠家已開展OTN遠程制作測試，攝像機與CCU通過近200公里光纖鏈路相連，能實現視音頻信號，通話，TALLY,返送等信號正常傳送及控制信號操作。這里OTN采用的是O-O模式，不能采用OE/EO的方式來實現中繼和傳輸，因為這樣會導致CCU和攝像機握手不成功。O-O模式可以傳輸相對更遠的距離，其中光的中繼和放大采用純光放大模式，這個過程會導致色散和底噪的提升，這時就必須采用色散補償和抑噪設備來完成對光鏈路的強化。
圖7 使用光中繼后的連接圖
四．結論
通過近年來攝像機遠程制作系統的多次應用，深深感受到技術高速發展的步伐，解決了過去難以逾越的技術難關，提升了節目轉播的整體質量和可靠性，同時節省了投入成本，使設備的投入產出比最大化。相信隨著壓縮編碼技術和傳輸技術的不斷發展，遠程制作的應用前景將越來越寬廣，4K超高清現場制作成本會越來越親民。