移動全媒體4K超高清直播車視頻處理模塊分析
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摘要：隨著央視和廣東4K頻道的開播，電視4K產業已正式進入規模商用時代。同時，觀眾對4K電視節目的需求也日益迫切。在此背景下，為給予更多觀眾門檻更低、收看更方便的新媒體觀看手段，安徽廣播電視臺設計和組裝了其第一輛兼具傳統和新媒體傳輸手段的4K全媒體直播車，并正式亮相于CCBN2019。對此，本文對該直播車的設計進行研究，著重分析其視頻處理模塊所包含的設備，以期為4K超高清電視領域的研究提供參考和借鑒。
[關鍵詞]直播車4K超高清12G-SDI視頻處理
在2019年中國國際廣播電視信息網絡展覽會（CCBN）上，安徽廣播電視臺自主設計、集成的移動全媒體4K超高清直播車亮相展會，引起廣電各界的關注與熱議。該直播車擁有全新的功能定位，即：融媒體平臺、廣播電視現場直播的前端移動全媒體調度中心，具備移動信息采集、信息數據處理、各類平臺對接、移動互動聯通、獨立信息發布功能，在現場直播時，可通過衛星、公網、專網傳輸以及云推流和4G/5G技術等，打通前端直播現場、后端播控分發平臺以及末端受眾終端之間的橋梁，使自身成為一個中小型的、智能化的專業移動融媒體控制中心。
1直播車系統概況
1.1基帶傳輸方案選擇
目前主流的4K超高清基帶信號有兩種：面向電影工業的6G/12G-SDI數字串行超高清基帶信號，應用場景多在電視臺，演播室;面向消費類終端的并行HDM11.4/2.0超高清基帶信號，如高清數字機頂盒等數字視頻輸出。因此確定直播車選擇6G/12G-SDI數字串行超高清基帶信號。6G/12G-SDI是于SMPTE組織于2015年發布，其中6G-SDI面向2160p30的應用;12G-SDI面向2160p60的應用。因此，對于真正的4K超高清視頻，12G-SDI是直播車傳輸4K視頻的解決方案。
同時，對12G-SDI信號的傳輸，有兩種通過SDI接口的傳輸方法：一是用4個電纜接口，每個接口承載3G視頻數據，屬于4x3G-SDI并行模式;二是通過單路12G-SDI接口傳輸未經壓縮的4K視頻。目前已有多家設備支持單路12G-SDI光/電模塊，最終決定通過用12G-SDI設備流程搭建直播車，其中的光端機可將獨立兩路獨立12G-SDI信號通過單模光纖實現遠距離傳輸，工作速率在125Mbps～11.88Gbps。并且向下兼容MADI，DVB-ASI，SD-SDI，HD-SDI，3G-SDI，6G-SDI信號格式，支持SMPTEST2082-1，SMPTEST2081-1，SMPTEST424，SMPTEST292-1，SMPTEST259，DVB-ASI（270M）以及MADI（125M）信號。
1.2系統設備選擇
該直播車設計之初，主要用于應急新聞現場直播和信號傳輸，在確定選擇采用12G-SDI工作流程的基礎上，為使系統更簡單，節目制作、信號傳輸的流程更明確，直播車選擇了BlackmagicDesign提供的各類設備。BlackmagicDesign已向業界推出了多款口碑極佳的產品，并且提供的直播車設備已全部支持12G-SDI信號的傳輸和處理。直播車采用了URSABroadcast攝像機、ATEM4M/EBroadcastStudio4K切換臺、ATEMTelevisionStudioPro4K切換臺、SmartVideohub12G40x40矩陣、HyperDeckStudio12G錄機、TeranexAV轉換器、SmartView監視器、BlackmagicAudioMonitor音頻監聽和DaVinciResolve后期處理系統等20多種12G-SDI設備，再配合12G-SDI流程設計，共包含了4路攝像機訊道，1路衛星訊道，2路微波訊道和2路錄機訊道。
2視頻處理模塊分析
2.1信號傳輸流程
在現場直播時，直播車配有4臺URSABroadcast4K攝像機，并且每臺都配有BlackmagicCameraFiberConverter。攝像機在采集現場視頻后，每路URSABroadcast輸出的12G-SDI信號經CameraFiberConverter轉換為光纖信號，通過一根綜合光纜傳輸到轉播車上的BlackmagicStudioFiberConverter，由其將信號轉換為兩路12G-SDI信號，一路傳輸至主切換臺ATEM4M/EBroadcastStudio4K，另一路傳輸至入TeranexMiniDistribution進行視分，最后分為5路信號，分別傳輸給備份切換臺ATEMTelevisionStudioPro4K、SmartVideohub12G40x40矩陣、帶示波器的SmartScopes4K雙聯監視器和外接口板。
同時該直播車在處理HyperDeckStudio12G雙盤位錄機、衛星以及微波信號時，同樣可以進行優秀的轉換操作。在直播車內，與項目信號格式或幀率不同的外來信號會通過支持4K、高清和標清變換的TeranexAV格式轉換器轉換成兼容信號，再進入矩陣進行調度。在播出前，切換臺的PGM也可通過TeranexAV轉換為傳輸設備支持的格式，然后進衛星、4G、云推流和公網等設備進行全平臺的播出。
2.2視頻設備分析
直播車內的BlackmagicDesign的設備在兼顧高清制作的工作模式下，可穩定制作2160p60的4K視頻，其系統簡單，對于節目的現場直播，從采集、制作到傳輸都更符合傳統廣電模式，還同時兼備高效性和穩定性，主要的設備分析如下：
（1）URSABroadcast4K搭載4K圖像傳感器和擴展視頻模式，動態范圍和色彩保真度優秀。圖像傳感器專為HD和4K設計，無需后期制作就能獲得鮮活色彩和高動態范圍視頻，可在任何HD或4K制作中使用。同時，URSABroadcast采用標準存儲卡和文件格式，兼容幾乎所有廣電系統和剪輯軟件，利用標準SD卡、高速UHS-II卡和CFast卡進行記錄，以標準.mov或.mxf文件錄制1080i或2160p視頻，能納入現有的廣電系統和工作流程。 （2）BlackmagicCameraFiberConverter
和StudioFiberConverter可通過單根SMPTE光纜實現視頻信號傳輸，攝影機可以部署到距離直播車2公里的位置。其配備的12G-SDI技術，專為連接各類HD和UHD格式所設計。同時，轉換器的所有視頻和返送信號都是基于10bit視頻編解碼處理的IP視頻，性能優質可靠。直播車內的StudioFiberConverter能提供.1路主要的UHD攝影機信號，3路帶有全面遠程攝影機控制的獨立HD返送信號，只需單根SMPTE線纜即可傳輸。
（3）ATEM4M/EBroadcastStudio4K
高性能現場制作切換臺，自帶16個ATEMAdvancedChromaKeyer，每級ME各含4個，可很好的從事虛擬場景等高端制作。設備包括2個UHD多畫面分割器、全面2DDVE、帶4個畫中畫DVE的內置SuperSource合成引擎，并且每路12G-SDI輸入均配有全面再同步等眾多功能，多速率12G-SDI接口只要通過一根BNC線纜就能在所有HD和UHD格式間自動切換。
?。?）TeranexMini是新一代的12G-SDI轉換器，支持包括SD、HD至UHD在內的所有格式。轉換器配備先進的多速率12G-SDI技術，接口可自動檢測SD、HD和UHD視頻格式并進行即時切換，可連接所有的SD、HD和UHD設備。
（5）ATEMTelevisionStudioPro4K配備8路帶格式轉換的12G-SDI輸入，可連接HD和UHD信號源。每路輸入均設有對應的12G-SDI輸出，可用于攝影機返送信號，可攜帶嵌入式控制數據，每路12G-SDI輸入都帶有再同步功能和獨立的Teranex低延遲格式轉換器，可實現不同的HD或UHD格式輸入組
?。?）SmartVideohub12G40x40搭載了具有雙倍傳輸速度的12G-SDI接口，能通過單根線纜連接所有使用4K視頻的設備，能夠確保能夠應對來自切換臺、攝影機、錄機以及監視器等設備的信號指派和切換。SmartVideohub12G矩陣可從各種現有設備和將來的新設備，上準確無誤地指派所有SD、HD和UHD信號。
?。?）TeranexAV可在SD、HD和UHD
格式間執行多達1089種不同的實時轉換，獲得不遜色于原畫的優質影像，并能以每秒12Gb的速度實現數據傳輸。Teranex強大的處理能力包括上變換、下變換、交叉變換以及多種格式轉換。TeranexAV擁有著僅67毫秒的延遲，有了這一低延遲特性，各類顯示畫面都可與現場保持完美同步。同時，其還可自動切換到6G-SDI、3G-SDI、HD-SDI和SD-SDI，從而兼容所有的SD、HD和UHD設備。
?。?）HyperDeckStudio12G雙盤位錄機配有12G-SDI和HDMI2.0接口，通過一根線纜就可以連接所有SD、HD和UHD格式設備，還可立即切換格式，將以SDI信號輸入的格式來記錄，以SSD上的文件格式來播出。
3結語
伴隨著4K電視技術的日益發展，再配合各類先進設備，安徽廣播電視臺最終打造出其第一輛4K超高清全媒體轉播車，在面對新形勢和新需求時，該直播車正式投入使用后，勢必可以為融媒體時代的電視臺制播流程建設探索出了一條新道路。
參考文獻
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