户外转播系统扩展技术研究

徐维凡，周洁冰

(广东广播电视台，广东 广州510066)

讯道数量是衡量户外转播系统规模和制作能力的主要指标，摄像机讯道在整个系统投资中也占很大的比例，因此户外转播系统集成完成后，讯道数就基本固定下来，无法随意增加。然而广东广播电视台在户外转播工作中，常常需要增加摄像机。原因有两点:1)节目需要的摄像机太多;2)场地太大。这就涉及到转播系统扩展的问题。系统扩展的目标，是为制作人员提供尽可能多的功能，使导播感觉不到扩展设备与既有设备的差异，给予节目制作人员充分的舒适感和便利性。本文就系统扩展时的视频、音频、通话和切换指示的接入技术进行讨论。

1 视频系统级联与扩展

系统扩展可以用图1 所示的分层结构来描述，摄像机信号接入属于最基本的要求，通联、返送、切换指示、返送、光圈控制和源名更改属于较高层次的功能。在底层功能满足的情况下会有更高层次的需求，而底层功能的缺失会导致上层功能实现毫无意义，越上层的功能实现起来越复杂。讯道级扩展一般实现低层次的功能，通过ENG 或EFP 摄像机接入系统实现高层次的功能，常通过2 套或2 套以上的系统级联扩展实现。为方便叙述，本文将导播所操作的系统称为主系统，接入主系统的系统称为从系统。

图1 系统扩展功能分层示意图

视频系统的扩展包括视频信号(本机、返送)、切换指示和与监看系统有关的源名等方面。摄像机本机信号的接入很早就已实现，ENG 摄像机的SDI 输出用同轴电缆接入系统帧同步机(卡)，有些简单的系统切换台自带帧同步功能，帧同步机都可省去，返送一般在系统级扩展中实现，也比较简单。视频系统扩展的主要难点是切换指示的传输和源名的自动切换。

1.1 切换指示和源名的原理

切换指示，用于提示导播、摄像等工种当前的PGM 切换状态，又称TALLY。摄像机的切换指示由多个LED 灯实现，在摄像机身和寻像器上的多个位置有TALLY 灯，用于给摄像和主持人提供切换信息。以索尼的HDC2580 高清摄像机为例［1］，其TALLY 信号是三极管集电极输出的直流通断信号，TTL 电平，电压为5 V，如图2 所示，切换台切中某台摄像机时，从对应的端口输出一个直流电平进入摄像机基站，基站通过光缆传至摄像机机头，经摄像机放大后驱动对应的TALLY灯。切换指示是非常重要的状态信息，没有切换指示会导致摄像长期高度紧张，导播混淆PGM 信号，主持人视线漂移等问题，影响节目质量。

图2 SONY 摄像机TALLY 灯原理图

源名是指是监看系统的信号源名称。目前的户外转播系统多采用源名跟随机制，“跟随”是相对于“静态”而言，即源名会随着信号源的改变而改变［2］。图3 是本台10 讯道高清转播车的源名系统结构图，切换台和矩阵将交叉点和源名信息通过串行总线提供给TALLY 服务器，服务器通过检索交叉点－源名映射表中获取源名，将源名信息通过RS－485 总线发送至分割器及UMD 显示器，实现源名的动态显示。其中分割器和UMD 显示器都使用TSL 协议进行通信。

图3 转播车TALLY 系统结构

TSL 协议是TALLY 设备之间的通信协议，现在已有5.0版本，常用的有TSL3.0，TSL4.0 协议。TSL 协议的物理层采用RS－422/RS－485 串行总线结构，所有的设备串联在一起，分配不同的地址。一条电缆可连接最多127 个设备。了解TSL 报文的结构对理解切换指示和源名有重要意义，TSL 报文结构如图4 所示［3］。

每个TSL 数据包由地址、控制字、数据字段等部分组成。其中地址字段用于区分不同的设备，控制字段用于设置显示

图4 TSL4.0 协议包结构

设备的亮度，而源名信息被包含在16 byte 的数据字段内，可显示8 个中文字符或16 个英文字符(由于源名显示要求简洁易懂，实际使用控制在5 ～8 个字符)，切换状态信息在颜色字段显示，所以使用TSL 协议通信的设备(切换台、分割器)无须另接GPIO 就可实现切换指示。

1.2 系统级联时切换指示和源名的实现

1.2.1 切换指示的实现

GPIO 设备和TSL 协议设备的GPIO 实现方式不同。摄像机、监视器为GPIO 设备，切换指示通过并行接口传递，务必按照接口定义进行接线。级联时的切换指示大多通过GPIO 予以实现(通过协议实现也可，但需修改原有TALLY 服务器程序，需集成商提供编程接口)，有时会涉及到多重接口和设备，每条接线都必须正确，否则信号就无法传递过去。以我台10 讯道高清转播车为例，切换台有6 组TALLY 信号输出到车尾接口板，再从接口板通过级联箱将信号传输至EFP系统。其TALLY 系统接线图如图5 所示。

10 讯道高清转播车切换台选用的是索尼MVS8000GSF高清切换台，其设备控制单元MKS8700 将GPIO 的输出到车尾的DB25 口，一个接口内共有4 路双色TALLY 和2 路单色TALLY。通过光传输系统传输到EFP，索尼摄像机的TALLY/通联/音频信号集成在一个接口，为了方便级联，本台EFP 系统的摄像机的TALLY 口已单独引出在飞行箱接口板，使用XLR 接口，方便接线。

1.2.2 系统源名自动更改

系统扩展时，外来信号有时使用主系统帧同步设备的端口，此时要将帧同步设备的源名改为CAM+XX 的形式。如果是系统级扩展，从系统的源名也要相应更改，否则两个相同的CAM1 会引起混乱。源名更改有两种方式，一种是手动更改，在需要的时候进入设备控制界面更改;一种是自动更改。自动更改能使级联更加快捷，减少技术人员的工作量。本台两台高清转播车级联时，采用源名自动更改方式，级联时车的讯道源名从CAM1－6 自动更改为CAM11－16。其实现方式，仍然是通过TSL 协议通信，将从系统TALLY 服务器作为主系统的外设进行编址，当主系统切选从系统设备时，其源名信息通过以太网传输至从系统TALLY 服务器，使之检测到级联状态，之后由从系统的TALLY 服务器通过TSL 协议将切换指示和更改的源名信息发送至分割器，从而实现自动源名跟随和切换指示。

图5 广东广播电视台10 讯道高清转播车通过光级联箱实现4 讯道扩展TALLY 接线图

2 通话信号的扩展

导演的拍摄意图必须告诉摄像才能得到实现，没有通话系统会使摄像和导演之间的沟通十分困难，因此通话系统在当今节目制作中显得越来越重要。通话系统的扩展目标，是使导播能与所有的摄像和工种通话，通话系统扩展的难点在于不同通话信号之间的接驳。

2.1 常见通话信号与接口

通话信号和接口种类较多，标准不一导致通话系统对接比较复杂。通话信号有模拟四线、数字四线、数字两线、模拟两线等类型，接口有RJ－45，DB9，XLR 等。通话双方话音物理通路分开的称为四线系统，不分开的称为两线系统。四线信号可以拆分为两线信号，两线信号比较变成四线信号。同种类型的通话接口必须统一针脚定义后才能对接。常见4 线通话接口与针脚定义如表1 所示。

Riedel 的输出电平是－4 dBμ，Telex 和Clearcom 是0 dBμ。因此在系统接入时需在软件中将后者的电平适量调高。不同设备的通话接口针脚定义是通话系统扩展的基础，根据定义，即可实现信号的接入。

2.2 通话系统扩展实现

系统级扩展时，涉及到两套通话系统的级联。为了实现通话矩阵的无缝接入，我台的两台高清转播车采用了同品牌的通话矩阵，通过光纤将两个矩阵串在一起，从而整合成一个大矩阵，如图6 所示，此时所有接入矩阵的端口都可以在控制软件中进行调配，形同一个矩阵。

对于不同品牌的矩阵，也可以通过电缆连接的方式进行连接，我台在户外转播时，转播车与卫星车的通话接入就采用了模拟四线接入的方式，用一条CAT－5 双绞线将两个矩阵的模拟四线口连接起来，实现话音的通信。此方法通过预先配置好两系统的矩阵，可以实现任意端口间的通话，但对预先没有考虑到的通话需求则不便满足。比如主系统导播已经设置好跟从系统导播通话，在节目制作过程中突然需要与从系统的无线通话主站通话，此时就需要临时对从系统矩阵进行配置。此外，由于矩阵协议不同，系统的级联只能做到音频接入，但矩阵的源名无法共享，一端矩阵无法设置对方的源名。如果要做到不同品牌的两个矩阵无缝连接，需要增加1 台服务器，用于不同协议之间的源名格式转换，具体型号视不同厂家的矩阵而异。因此，台内的转播系统统一通话矩阵的品牌对系统扩展有重要意义。

表1 常见4 线通话接口类型和针脚定义

讯道级扩展时，对于ENG 摄像机来说，通常只铺设1 条视频电缆传回信号。通话方式一般采用无线通话腰包的方式予以实现。可以将无线通话主站的模拟四线口与矩阵的模拟四线口对接，从而实现扩展功能。使用EFP 摄像机时，摄像机基站有四线通话接口，用双绞线将矩阵的模拟四线口与基站的通话口对接起来，就可以实现全双工通话。

图6 RIEDEL 通话系统软件级联状态界面(截图)

3 利用光传输系统实现更高层次的级联功能

如前文所述，PGM 返送信号和光圈远程控制属于较高层次的功能，随着通话和切换指示的实现，这两项功能就渐渐呼之欲出。摄像通过查看返送信号可以获悉导演切中机位的景别和拍摄对象，避免同景别重复拍摄，远程光圈控制可以让技术人员调整光圈，减轻摄像的负担，提高节目质量。系统扩展时，主系统要向从系统提供PGM 声音。有时从系统要另外制作一套立体声节目，就需要向其提供全套音源信号。

进入高清时代，高层次功能的实现主要是传输上的问题。1 920×1 080/50i 的高清视频信号码率为1.5 Gbit/s［4－5］，用同轴线缆的传输极限大约是200 m，超出此距离，信号眼图很差，基本无法传输，而摄像机控制的多芯电缆长度一般为10 m，只能在讯道附近进行控制。模拟音频信号虽然传输距离较远，但是音源多时会有较大的线缆铺设量，降低工作效率和安全性。为了实现更高层次的功能，使用光传输系统是一个极好的选择。本台的光传输系统就是为转播车扩展而设计的，考虑到扩展时的视频、音频、通话、GPIO、网络等信号的传输需求，在一个周边机箱内的解决方案，板卡配置情况如图7所示。

其系统框图如图8 所示，该系统可实现6 路高清视频、2路高清返送、16 路AES 音频、8 路模拟音频、3 路四线通话、8通道GPIO、以太网等信号的传输，基本可以实现两套系统6讯道从视频信号接入、通话到源名所有层次功能。该系统常用于本台大型户外转播车节目中的车－现场信号传输、备份传输通道和系统级联。

图7 光发射机箱板卡配置图

图8 我台光级联设备系统框图(截图)

4 实际节目中的系统扩展案例

2014 年9 月，广州国际登高邀请赛在广州地标广州塔举行，我台承担比赛转播任务。本次登高赛共有6 000 多人报名，分核心筒和蜘蛛侠栈道两个赛道同时进行，比赛起点在广州塔2 楼观景平台，终点在广州塔488 平台，起点有启动仪式，终点有颁奖仪式。节目组要求在起点用3 ～4 个机位拍摄起跑仪式，在赛道中段的3 个点安排4 ～6 个机位拍摄选手画面，在终点用4 个机位拍摄选手冲线画面和颁奖仪式。

本次转播的难点在于在垂直空间内大间隔分布了数量不等的机位，转播车系统的讯道虽然很多但是只能提供在距地面100 m 以内的高度内使用。为了全方位报道比赛画面，我们制定了详细的技术方案，如图9 所示。

图9 2014 广州塔国际登高赛转播系统图

本次转播采用10 讯道高清转播车作为主系统和信号调度中心，同时负责提供2 楼观景平台的讯道。位于塔身中段的机位，通过单机微波的方式传输至高清车，由于无线讯道的特点，这些机位只能实现信号回传和通话功能。由于塔顶平台距地面488 m，不可能使用转播车讯道，经过测试此处微波信号衰减较大。为了如实记录终点的比赛结果，在塔顶架设一套4 讯道高清EFP 系统，如果使用卫星、微波等无线方式将塔顶信号送回，将无法实现通话、返送等功能，导致塔顶团队无法看到播出信号，与转播车的通信无法得到保障，影响节目效果。因此通过光纤接入转播车系统。通过前文所述的视频、通话等各层次的扩展技术，将转播车、EFP 和若干无线讯道无缝地衔接在一起，组成了一个空间维度巨大的系统，顺利完成了转播任务。

5 结束语

随着电视技术的不断发展，系统扩展将向多元化和常态化发展，对扩展的功能要求将越来越高。作为技术人员，目标是使扩展工作简单化，使系统与系统的接入无缝化。扩展的核心问题主要集中在信号传输、接口匹配和标准化。在系统集成阶段时，应考虑到未来的需求，预留充足的接口，后集成的系统与较早的系统做到接口定义一致，从而简化扩展时的工作量。本文结合实际工作情况提出了一些系统扩展的解决方案和经验，希望能起到抛砖引玉的作用。同时也呼吁广电设备厂商和电视台，加快通话和控制信号的标准化进程，早日结束接口种类过多的现状。

［1］SONY Corporation，HDC 1580R maintenance manual［EB/OL］.［2015－04－15］.http://pro.sony.com.cn/pro/.

［2］傅庆健，浅谈UMD＆TALLY 系统的设计［J］，电视技术，2014，38(14):82－84.

［3］ Television System Liminted，TALLY Systems training［EB/OL］.［2015－04－16］.http://tslsystems.co.uk/contact/enquiry－form/.

［4］张琦，杨盈昀，数字电视中心技术［M］.北京:北京广播学院出版社，2004.

［5］俞斯乐.电视原理［M］.北京:国防工业出版社，2007.