4K超高清演播室
位置：学校2号楼B座
4K超高清演播室视频系统介绍：
一、视频系统总体介绍
1、项目说明
视频系统除了常规的视频制作系统和视频制作支持系统外，还考虑了一些特殊背景下的非常规应用系统。
2、总体要求
充分考虑系统的先进性、稳定性、安全性、完备性、兼容性和可扩展性；符合4K超高清国际标准；兼容4K超高清/高清/标清各类节目制作；融合传统媒体与新兴媒体制作；平衡内容生产与教学科研需求。
3、常规具体要求
全流程兼容4K/HD制作模式，且可以做到同步进行、互不干扰。
系统配置为8+2（+2）模式，其中8个4K讯道，2个高清上变换讯道，预留2个高清扩展讯道；与10讯道高清转播车兼容并可互为扩展。
采用切换台+矩阵的应急备份方式，确保系统运行安全。
系统具备4K/HD信号记录功能，并能实现具有HDR能力的信号重放、显示与监测能力。
系统管理与控制实现智能化。
二、视频系统建设特殊要求
1、配备智能化管理控制系统
该系统涉及子系统繁多、不同制作模式转换带来的操作和调整极其复杂，如何利用各设备控制协议的开放特性、通过一套系统将摄像机、切换台、矩阵、周边板卡、Tally（源名跟随）及音频设备智能管理起来，有效实现它们之间的联动，满足系统整体性和灵活性的操控。
因此，系统需配备演播室专用的智能管理系统，提高安全性、实现高效率。
2、具备HDR全流程制作能力
真正满足超高清的图像质量应该是高像素数（HR）+高动态范围（HDR）+宽色域（WCG）+高帧频（HFR），而HDR又是其中的关键。研究发现，HDR和WCG的实现并不会增加系统的数据量从而给系统带来资源方面的负担，由硬件设备性能决定。
图像采集、信号记录与重放是HDR制作的核心环节，因此，摄像机、收录设备与监视设备的选型很关键。只有这样，才构成真正意义上具有HDR超高清制作能力的系统。
3、生产内容传播媒介融合化
媒介融合的今天，互联网发展异常迅猛。超高清刚刚进人们的视野，国内的互联网公司已经开始提供内容服务，我们建设系统不只是要考虑到传统媒体的需求，更多的应该考虑到互联网等新兴媒体的应用。
4、系统建设满足教学科研要求
学校的行业特殊性和学科建设必要性，演播室建设不仅要满足内容生产，更应该给教学和科研提供支持和帮助，真正做到产、学、教与研的理论与实践紧密结合。
三、视频系统结构及功能介绍
视频系统包括制作系统和制作支持系统。
本演播室的视频系统图如下：
图1 视频系统图
1、制作系统
制作系统包括摄像系统、信号切换与调度系统、字幕及在线包装系统和收录系统几部分。
（1）摄像系统
包括摄像机及控制单元、镜头、支撑系统和轨道机器人。
摄像系统：选择索尼HDC-4300，共6个讯道，具有高动态范围HDR和宽色域WCG的制作能力，标配有2倍、3倍速超慢动作拍摄功能，其中2套配置升级软件能实现8倍帧率、4K裁剪和变焦功能。该摄像机采用B4卡口镜头，方便了镜头的选择。
同时配备摄像机控制单元HDCU-2080与基带处理器单元BPU-4000，后者通过SMPTE光纤接收摄像机信号，并与控制单元进行连接，分别输出4K信号与HD信号，为兼容4K/HD制作提供保障。
基于图像质量和系统操作两方面进行教学和科研的综合比较考虑，配置了2套索尼F55，通过增加基带处理单元BPU-4000和摄像机控制单元HDCU-2080组成完整讯道。F55系统成像质量、画面色彩、景深控制更符合电影质感，对于大型综艺节目制作来说是非常适合的。但操作习惯、镜头选配、焦点控制、调整方式等都与常规讯道摄像机有所区别，正是这样，更能让学生直观了解和感受电影制作与电视拍摄的区别。
另外，基于以下原因系统配备了2讯道HDC-2580。第一、选用的切换台固有2通道在不增加配置的前提下具有4K上变换功能，让整个系统达到10个4K讯道的制作能力；第二、现有转播车已预留2个讯道，可以无缝嵌入，实现资源共享。
此外，本系统通过配置2个飞行箱，用于安装摄像机4K基带处理单元、控制单元和索尼PWS-4400多通道视音频服务器，利用HDC-4300摄像机和服务器在4K及HD下的各种特殊画面的优质表现，组成了ULTRA BOX 特种4K/HD EFP模块，为转播车和演播室等现场转播系统提供4K、Cut Out和HFR慢动作等多种制作应用。其中慢动作速度通过2套专配的升级软件可达到8倍速，这对于转播车的性能提升有质的改善。
镜头系统：采用的摄像机尽管都是索尼的，但有3种不同规格，镜头配备须包括B4口和PL口两种类型。系统中B4口镜头配备了80倍的4K箱式镜头、22倍4K便携式镜头、55倍高清箱式镜头和14倍高清广角镜头4种，分别用于HDC-4300和HDC-2580；PL镜头配备的是19-90mm的变焦镜头，用于F55。
支撑系统：采用德国品牌Sachtler的普通三脚架用于便携式机位和固定机位、重型三脚架用于配备箱式镜头的固定机位、美国Jimmyjib12米重型摇臂用于广角镜头机位。
随着观众对电视节目观赏性要求不断攀升，促使导演对节目镜头的要求更加多样、灵活。本系统选用了西班牙KRONOMAV公司的K2轨道机器人，支持小型摇臂功能，具备多轴实时遥控轨道车进行拍摄，更加符合综艺节目的拍摄与制作要求。
（2）信号切换与调度系统
该部分采用视频切换台与矩阵构成应急备份系统。
作为视频系统的核心，配置了索尼顶级的MVS-7000X多格式高清切换台，可实现4K和HD两种节目制作模式。HD模式下具有4级M/E，80路输入，48路输出。4K状态下支持20路输入，12路输出。切换面板采用1台4M/E 28键面板。系统采用4级M/E-Link 方式，4K信号输入的4路SDI将作为1路4K切换通道；切换台的特技也需要4路同步处理，将4个交叉点视为1个交叉点。
矩阵选用EVERTZ Xenon，系统采用分散式交叉点结构，配置128x128路3G输入输出，可被其他智能管理系统控制。
包括摄像机、字幕机和在线包装在内的所有4K信号和HD信号分别进入切换台和矩阵，形成镜像输入，分别进入到切换台和矩阵。切换台剩余所有输入通道全部从矩阵调度使用，充分考虑系统使用的灵活性。
通过4个3G/HD 2X1应急倒换器进行主备链路转换，完成信号切换与调度。切换台在高清模式下，构成4路互不影响的视频链路，其中2路为PGM，另外2路为现场灵活调度，这4路信号也可设为完全镜像的主备链路；4K模式下，经过4个3G/HD 2×1开关输出组成1路4K PGM信号，再经过4K下变换、信号分配等处理环节。切换台出现问题时，利用矩阵切换，可以做到字幕上键功能。主备信号机箱独立，主备链路通道分离，设备互联采用IP网络与传统直连相结合方式，全程信号质量监控，确保系统运行安全。所有设备的核心主机均安装在分控机房内，可以独立和灵活调度使用。
系统配备2台4K/HD多通道多格式视频服务器、2台高清录像机、1台4K在线包装、1台4K字幕机、2台VGA扫描转换器、4路高清外来信号（通过3G高清帧同步卡处理)，2路HD/SD外来信号（通过高标清上下交叉变换帧同步机处理），在4K模式下支持1路4K外来信号（通过4块3G高清帧同步卡及处理）。
在本系统中，由矩阵经跳线器直接向视频服务器和录像机提供信号进行记录，同时，采用矩阵进行信号调度、监看、监测以及各种信号备份。另外，部分电源、控制、冷却和基准信号输入均配置冗余。
（3）字幕、在线包装、虚拟植入和资讯汇聚系统
字幕机和在线包装分别选用了新奥特最新推出的4K产品A10 4K和MARIANA 5D 4K。
为了充分与新媒体融合，该部分配置一套资讯汇聚系统，通过它可以将线上线下的观众吸引进来，利用短信、微博和微信等信息参与互动，丰富节目形态、活跃节目氛围、提升节目的质量。
另外，还配置了以色列Orad的RealSet高标清兼容的虚拟现实制作系统，可以将三维虚拟模型、视频和三维动画整合到演播室实景中的任何地方，保持实景与虚拟场景同步变化，形成良好的透视关系，获得虚实结合的画面，完成节目的现场包装。
该系统在不需要色键抠像的前提下，可以实现将植入的三维元素与摄像机拍摄的画面进行线性叠加。同时，强大的实时渲染能力和高精度的跟踪系统技术，能够满足直播节目制作的稳定性和教学科研的多样性。
（4）收录系统
配置2台索尼多通道多格式视音频服务器PWS-4400，配备4TB存储空间。采用XAVC文件格式以4K 50p 600Mbps码率记录，可存储约5小时素材。前面提到的ULTRA BOX 特种4K/HD EFP模块，能有效扩展该服务器的性能，大大提升现有转播车在体育赛事转播方面的性能。
作为PWS-4400服务器的补充，系统配置了PDW-HD1200高清蓝光录像机。
2、视频制作支持系统
这部分主要包括监视与监测系统、同步系统、控制及Tally指示系统（源名跟随）、通话系统、画面分割系统、时钟系统、周边系统和应急系统。
由于该部分涉及各种系统繁多，考虑到重点与特殊性，我们将主要介绍以下部分。画面分割系统、时钟系统、周边系统、应急系统与常规直播演播室大同小异，这里不再介绍。
（1）监视与监测系统
由于视频控制室空间过小、房层过低，监视单元采用电视墙与操作台各工位桌面同时显示方式。电视墙共配置了6台46寸高清液晶监视器，采用4画面分割进行信号监看；2 台30寸PVM-X300广播级4K监视器分别监看PGM和PVW信号；1台30寸BVM-X300 OLED主控级4K监视器，用于高动态范围HDR节目制作时的监看和图像质量的主观评价。
操控台上技术总监工位配置1台30寸BVM-X300 4K监视器和1台LEADER LV5490 4K 示波器，用于图像质量的主、客观标准评价。8台PVM-A250 25寸高清OLED监视器，其中3台采用4画面分割方式、并配备3台LEADER的LV5381示波器用于监视监测多台摄像机信号，保证图像质量，另外5台分别用于字幕机、在线包装、虚拟植入和非线性编辑等监看；7台PVM-A170 17寸高清监视器分别用于机房、灯光师、现场调音、现场导演、新媒体、轨道监看以及灵活扩展使用。
音频控制室配备3台48寸索尼电视机进行信号监看，其中一台为8画面分割监看信号，另外两台分别用于PGM和灵活调度信号监看。
另外，还配置了大量的大尺寸4K或高清电视，分别用于演播室内主持人返看、视频控制室内监看4K PGM信号、以及候播厅、楼道、化妆间、VIP室等空间的展示及监看使用。
（2）同步系统
整个系统采用主、备加自动切换同步模式，由2台同步信号发生器和1台同步倒换器组成。选用LEADER公司的LT4600高清同步信号发生器，提供模拟黑场作为整个系统的同步信号。
图2 同步系统
（3）控制系统
数字化与IT技术的发展给演播室系统建设带来了本质的变化，尤其在大型演播室的系统控制与管理上更加明显。现有的控制系统主要包括两种方式：
第一、传统控制方式，如CCU与RCP的连接与控制、鼠标键盘与计算机主机的连接与控制等。现有系统越来越少的设备使用该方式，通用性与可控性不强，无法通过远程方式进行管理和控制。
第二、IP控制方式。它可以通过交换机利用网络将所有相关设备通过内部局域网进行连接，实现互联互通，由专门服务器通过IP技术进行物理管理和控制，结构简单，操作方便，尤其便于远程管理。越来越多的设备提供了网络接口，为系统实现IP化管理提供了条件，大型演播室的智能管理系统便应运而生。
图3 控制及Tally系统
最近刚刚被LAWO收购的德国LSB公司的VSM（Visual System Management，虚拟演播室管理系统）系统就是目前市场上最为先进的演播室智能管理系统之一。
由于该演播室系统结构复杂，用途多变，如果采用传统方式进行控制和管理，势必会大大增加技术人员的工作量和难度。经过市场调研和性能分析，系统选用了VSM智能管理系统。通过这套系统，可以完成对摄像机、切换台、视频矩阵、通话矩阵、录像机、服务器、调音台等一系列产品的统一配置，方便灵活的设置参数，快速完成系统快拍，从而实现一键式管理，极大提高工作效率和安全性能。
VSM本身具有控制硬件面板的多用户管理平台，通过定制的管理服务器和通讯单元，实现系统内所有设备的通讯联系，做到站在全局的高度进行整体控制。
图4 VSM结构原理图
本系统配置主、备VSM服务器，通过2X1倒换面板进行控制和管理。配置了51键、32键和17键三种类型的硬件面板共计10块，分别置于技术区的技监工位和VTR工位、导演区、通话矩阵区、服务器操作区和音频工作区域，以满足系统灵活调度、统一管理的需要。与此同时，还配置了VSM 的software 客户端授权，用户可以通过授权，在个人电脑上制作个性化的图形控制界面和软件控制面板，进行分级权限管理。
通过使用VSM系统，还可以很好解决该系统与转播车的级联使用。在实际级联中，同步、视音频、通话的连接通过线缆对接即可完成，但源名跟随与Tally系统的连接及控制系统的连接以往是比较难实现的，而现在通过VSM控制平台就变得非常简单，因为，Tally及源名跟随已经成为VSM的一个子模块。
本系统由于4K信号传输采用4个3G SDI信号链路捆绑方式完成，每个链路只传输画面的1/4画幅，按照传统方式非常困难解决多级信号的调度和信号捆绑后的UMD显示，尤其是进行系统的更改和调整，技术人员对信号逻辑进行梳理变得更加不易，工作量将会成倍增加。通过VSM系统，快速调用系统建设时已完成的快拍就可以非常简单解决4K与HD两种制作模式间转换，不但提高效率，安全性也大大增加。
（4）通话系统
这部分除了要考虑多种节目形态制作的需求外，还要根据整体节目拍摄需求进行灵活调整，确保大型活动外场与内场互动直播时的通话保障。因此，通话系统应该建立以通话矩阵为中心，能够实现控制室内各个工位、场内外演员和工作人员、无线基站、远端演播室和转播车互相通话的综合系统。并且要求在通话矩阵出现问题的情况下，应急通话系统可以满足导播和摄像、无线基站等重要工位间的通话。
系统包括通话矩阵、通话面板、无线基站、无线腰包、对讲机、系统软件。本系统核心由德国Riedel Artist-128通话矩阵、Riedel RCP-1100系列通话面板和Acrobat系列无线通话系统等组成，有线内部通话系统通过矩阵连接面板，实现与摄像机、无线通话系统和对讲机等所有通话信号进行路由。
Riedel系列矩阵采用全数字音频处理方式，矩阵内部的音频路由、以及与面板之间的通讯传输都采用标准的AES3数字音频。
系统由基于光纤的骨干网络组成，提供分布式的结构，用于直播音频或者内部通话应用。通过增加客户接口卡便可实现系统扩展，通过CPU板卡上配置的光纤接口可以与其他Artist系列矩阵进行级联，有效解决了系统的扩展性。
