电视台4K超高清转播车建设方案

田晨光

（宁夏广播电视台，宁夏 银川 750002）

近年来，伴随广播电视行业的快速发展，4K超高清转播车技术逐步发展为新的行业热点，在电视和多媒体多层次直播渠道建设方面起到了巨大的推动作用。传统电视转播行业具有单一性、局限性等缺点。目前，4K超高清转播车已经成为各大电视台的标配设备。作为信息采集、加工及宣传的载体设备，其具有较强的流动性与灵活性，在空间上不受广电中心的制约，可以灵活、独立、高效地执行录制转播任务。

随着4K时代的到来，搭建4K超高清转播车是4K超高清节目生产不可或缺的系统环节，同时也能实现电视台从高清到超高清、融媒化制作的技术发展，将电视台内生产方式向外延伸，实现同时面向电视播出和新媒体的实时播出。

作为广电行业发展的大趋势，超高清技术是广电行业优化升级的首要任务。宁夏广播电视台始终将超高清技术发展作为提升服务水平、创新发展影响力、市场竞争力的核心目标，积极推进超高清产业和技术布局。但就目前整体发展情况来看，宁夏广播电视台的超高清技术发展仍存有一定局限性，如高清转播车车体老化、设备故障频发、灵活性较差，不能满足广播电视新媒体业务的转播需求。因此，建设4K超高清转播车，实现超高清业务的发展与突破迫在眉睫。

现阶段，宁夏广播电视台4K超高清转播车的系统设计以打造全方位、多平台的综合性转播技术为目标，全面提升转播技术的系统化、平台化、信息化水平，从整体系统架构入手，不断满足新媒体节目的生产、转播需求。根据电视台自身的实际情况并结合多年来的节目制作经验和节目转播需求，宁夏广播电视台设计的4K超高清转播车方案可支持12讯道，并预留4个扩展讯道，系统采用全IP架构，留有部分12 Gb·s-1数字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）的输入输出接口，并向下兼容4×3 Gb·s-1SDI，3 Gb·s-1SDI，HD SDI等信号路由，兼容性更强。作为广电行业发展的新的增长点，超高清电视转播技术需确保先进性，紧跟行业发展潮流与产业需求，致力于建设数字化、信息化、多层次的转播行业平台。基于IP网络建立交互、多数据流、多层次的系统结构，体现其信息交互枢纽的作用；
同时，致力于创新发展，不断突破技术瓶颈，推动直播转播产业的发展[1]。

新建4K超高清转播车系统采用IP技术链路为核心的架构，实现视频、音频、同步和控制等系统的IP化传输和信号交换，核心设备具有冗余备份。系统利用COTS通用交换机作为信号调度中心，交换机及光纤接口满足SMPTE ST 2110标准。IP系统设计符合SMPTE ST2110、ST 2022-7、ST 2059等标准，IP设备具备高动态范围（High Dynamic Range，HDR）节目制作能力，采用高精度时间同步协议（Precision Time Protocol，PTP）进行精准锁相。系统内画面分割器和音频加嵌也全部采用IP方式实现。

2.1 车体布局

4K超高清转播车整车总长20 m，有效载重量满足安装设备的整体要求，车体改造严格按照国家标准和行业标准执行，并满足国家颁发的有关车辆管理法规和规定要求，具有中国质量认证中心颁布的CCC强制性产品认证证书。改装后的电视转播车应符合国家工信部颁布的《国家车辆生产企业及产品公告》，能适应-25～+45 ℃的环境温度和南北方各种气候条件，可满足远距离长途行驶、滚装船运输以及国内大型体育场馆和演艺舞台厅的停车环境。

4K超高清转播车为半挂式车体结构，车体配置了双侧拉式的内嵌箱体，满足结构的不同分区需求。转播车的结构布局充分考虑了目前转播应用场景的需求及未来可能新增的场景需求，进行了车体结构布局设计，保证能够满足现有转播产业需求。车体结构分区包括融媒工作区、音频区、慢动作制作区、技术区、核心设备区、虚拟包装区、主导演区及第二制作区等[2]，在布局上尽可能做到合理，充分利用车体空间。

2.2 配电系统

4K超高清转播车的配电系统是整个转播车系统的供电来源，需要具备持续稳定的供电特性，满足直播转播的用电需求，其结构如图1所示，包括了供电二选一开关，分别支持接入主电源及备用电源。车体供电负荷约35 kVA，为满足车体用电需求，预留30%余量。配电系统配置了50 kW变压器，且具备旁通功能。整车电源管理系统中，用电端包括技术电系统及非技术电系统。供电系统按分区设计预留分成了3个10 kW模块，非供电系统包括了整车控制系统和照明、空调用电等模块[3]。

图1 供电系统结构图

空调系统包括四个分区设计，并配置新风系统，总制冷量为40 kW。综合考虑车体结构及分区布局的设计，按需配置空调系统的分区，并实现各分区独立调控温湿度的功能。

4K超高清转播车在整体系统布局及架构设计的基础上增加了融媒工作区。融媒区采用高集成设计，具备现场多讯道4K超高清一体化制播、融媒采编分发、视频云连接赋能、5G网络传输以及移动车载支撑等功能。

3.1 视频系统

4K超高清转播车视频系统设计了12套4K超高清EFP摄像机、1套4K超高清慢动作回放系统、2套4K在线包装系统、8路外来信号和2路HDMI信号的接入能力，预留4套完整的4K超高清摄像机讯道及配套接口，预留2套慢动作服务器以及配套接口，用于将来的制作扩展。系统配备1套4M/E 4K切换台，满足全流程4K超高清HDR以及高清SDR的制作要求。在4K HDR状态下，高清输出将采用下变换方式，外来高清信号能够上变换至4K HDR参与节目制作，并具备完善的直播功能。视频系统硬件交互设计结构如图2所示[4]。

图2 视频系统硬件交互设计结构图

3.2 音频系统

4K超高清转播车音频系统采用基于IP架构与基带并行的设计方案，充分发挥IP架构和传统基带各自的优势和特点，确保系统的安全可靠和灵活便捷。该系统符合SMPTE 2110、SMPTE 2022-7及AES67标准。音频系统配置主备交换机，主备调音台、音频矩阵、IP接口箱、IP转换器（模拟、AES、MADI等与IP音频互相转换）、CD播放器、电话耦合器以及监听监测等周边设备。此外，音频系统支持256路多通道输入输出，满足多场景制作需求。音频矩阵具备5.1环绕声音频制作能力，并配置8.0环绕监听系统，保证系统高效运行[5]。同时，音频系统具有16CH多轨收录声音素材、音频跟随视频切换等制作功能。

3.3 监控系统

4K超高清转播车监控系统设备是基于HD FGS画面适配技术建设的，基于IP基站网络交互，实现不同源信号的接入和监控，满足多场景的转播需求。设备分割器配置了GHG系统，基于HLINK通信协议与融媒体技术平台进行信息交互，支持双向信号传输，并配置64入8出分板卡，能够高效完成画面的分割。此外，考虑到车体不同功能分区的布局，结合应用需求，对于导演区、技术区等也分别配置了不同的监视器，实现高效的HD链路信号波形监控监测。

3.4 TALLY系统

4K超高清转播车配置了高效的TALLY系统，基于HLINK协议完成信息的交互与处理，由交换机、切换台将信息传输至主备TALLY系统处理后，可向摄像机或画分MUH传输，实现信息的共享与显示。切换台的交叉点信息、矩阵的交叉点信息等均可实现TALLY显示和源名显示。该系统提供三色TALLY指示，分别为播出、应急、预监等状态提供不同颜色的指示，并提供多系统级联时的TALLY输入输出端口。

3.5 同步系统

4K超高清转播车同步系统采用主备冗余设计，生成的同步信号可满足视音频系统要求。系统中，IP设备主要采用PTP同步，基带设备以BB信号作为同步源。系统配置主、备两台同步机同时生成的PTP与BB信号，并接入视频系统。PTP信号由主备交换机进行分发，锁定整个系统。同时，两台同步机发出的BB信号经同步倒换器输出后进行分配，为在线包装等设备提供同步信号。

3.6 通话系统

4K超高清转播车通话系统配备IP通话矩阵，能够接入4K超高清摄像机、无线通话基站、有线通话腰包等设备，实现导演、摄像及其他操作工位之间的群组或私密通话，根据工位的不同需求配置不同级别的通话面板，配备全双工的无线通话系统，满足多工种、多层次灵活通话需求。同时，通话系统配置主持人监听IFB系统，满足现场制作的需求。

3.7 时钟系统

4K超高清转播车的时钟系统采用主备冗余架构，可实现GPS和北斗双模方式获取时钟信号，并进行实时的时钟信息更新和校准。时钟显示实现了不同功能分区的同步显示。时钟系统具备标准时间、倒计时显示功能，可自由设置正计时、倒计时、开播时间等功能显示，同时，时间码可输出至录像机、慢动作系统、调音台及对外接口板等。

3.8 工位调度管理系统

系统配置了KVM管理系统，结合车体、人机交互设计，实现所有工位信息的交互，并可自主切换授权，保证工位管理的灵活性、高效性，极大地提升了工作效率和视频转播的效率。

转播车的应急方案对于直转播工作非常重要，对此，主要进行以下方面的设计。

（1）4K切换台支持IP和SDI两种输出模式。在录制过程中，即使IP系统出现故障，SDI基带应急信号也能正常输出，为重大会议和节目直播提供坚强有力的保障。

（2）同步系统配置主备倒换控制器，能实现同步信号的自动倒换。

（3）TALLY系统应急可通过启用切换台的GPO接入来作为TALLY系统的备份手段。TALLY服务器出现故障时，可通过切换台的分割输出信号作为临时监看。

（4）通话系统采用启动导演区通话面板的声音输出和摄像通话链路对接来实现应急。

宁夏广播电视台始终将高清化技术发展作为提升服务水平、创新发展、提升竞争力的首要任务。本次4K超高清转播车的建设，满足了宁夏广播电视台户外各类型庆典、体育、综艺等4K超高清节目的直播和录制需求，进一步提升了技术装备和技术保障能力。实践表明，该系统的制作能力和制作质量都达到国际先进水平，完全满足最初的设计目标。