移动全媒体4K超高清直播车视频处理模块分析
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摘要：随着央视和广东4K频道的开播，电视4K产业已正式进入规模商用时代。同时，观众对4K电视节目的需求也日益迫切。在此背景下，为给予更多观众门槛更低、收看更方便的新媒体观看手段，安徽广播电视台设计和组装了其第一辆兼具传统和新媒体传输手段的4K全媒体直播车，并正式亮相于CCBN2019。对此，本文对该直播车的设计进行研究，着重分析其视频处理模块所包含的设备，以期为4K超高清电视领域的研究提供参考和借鉴。
[关键词]直播车4K超高清12G-SDI视频处理
在2019年中国国际广播电视信息网络展览会（CCBN）上，安徽广播电视台自主设计、集成的移动全媒体4K超高清直播车亮相展会，引起广电各界的关注与热议。该直播车拥有全新的功能定位，即：融媒体平台、广播电视现场直播的前端移动全媒体调度中心，具备移动信息采集、信息数据处理、各类平台对接、移动互动联通、独立信息发布功能，在现场直播时，可通过卫星、公网、专网传输以及云推流和4G/5G技术等，打通前端直播现场、后端播控分发平台以及末端受众终端之间的桥梁，使自身成为一个中小型的、智能化的专业移动融媒体控制中心。
1直播车系统概况
1.1基带传输方案选择
目前主流的4K超高清基带信号有两种：面向电影工业的6G/12G-SDI数字串行超高清基带信号，应用场景多在电视台，演播室;面向消费类终端的并行HDM11.4/2.0超高清基带信号，如高清数字机顶盒等数字视频输出。因此确定直播车选择6G/12G-SDI数字串行超高清基带信号。6G/12G-SDI是于SMPTE组织于2015年发布，其中6G-SDI面向2160p30的应用;12G-SDI面向2160p60的应用。因此，对于真正的4K超高清视频，12G-SDI是直播车传输4K视频的解决方案。
同时，对12G-SDI信号的传输，有两种通过SDI接口的传输方法：一是用4个电缆接口，每个接口承载3G视频数据，属于4x3G-SDI并行模式;二是通过单路12G-SDI接口传输未经压缩的4K视频。目前已有多家设备支持单路12G-SDI光/电模块，最终决定通过用12G-SDI设备流程搭建直播车，其中的光端机可将独立两路独立12G-SDI信号通过单模光纤实现远距离传输，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信号格式，支持SMPTEST2082-1，SMPTEST2081-1，SMPTEST424，SMPTEST292-1，SMPTEST259，DVB-ASI（270M）以及MADI（125M）信号。
1.2系统设备选择
该直播車设计之初，主要用于应急新闻现场直播和信号传输，在确定选择采用12G-SDI工作流程的基础上，为使系统更简单，节目制作、信号传输的流程更明确，直播车选择了BlackmagicDesign提供的各类设备。BlackmagicDesign已向业界推出了多款口碑极佳的产品，并且提供的直播车设备已全部支持12G-SDI信号的传输和处理。直播车采用了URSABroadcast摄像机、ATEM4M/EBroadcastStudio4K切换台、ATEMTelevisionStudioPro4K切换台、SmartVideohub12G40x40矩阵、HyperDeckStudio12G录机、TeranexAV转换器、SmartView监视器、BlackmagicAudioMonitor音频监听和DaVinciResolve后期处理系统等20多种12G-SDI设备，再配合12G-SDI流程设计，共包含了4路摄像机讯道，1路卫星讯道，2路微波讯道和2路录机讯道。
2视频处理模块分析
2.1信号传输流程
在现场直播时，直播车配有4台URSABroadcast4K摄像机，并且每台都配有BlackmagicCameraFiberConverter。摄像机在采集现场视频后，每路URSABroadcast输出的12G-SDI信号经CameraFiberConverter转换为光纤信号，通过一根综合光缆传输到转播车上的BlackmagicStudioFiberConverter，由其将信号转换为两路12G-SDI信号，一路传输至主切换台ATEM4M/EBroadcastStudio4K，另一路传输至入TeranexMiniDistribution进行视分，最后分为5路信号，分别传输给备份切换台ATEMTelevisionStudioPro4K、SmartVideohub12G40x40矩阵、带示波器的SmartScopes4K双联监视器和外接口板。
同时该直播车在处理HyperDeckStudio12G双盘位录机、卫星以及微波信号时，同样可以进行优秀的转换操作。在直播车内，与项目信号格式或帧率不同的外来信号会通过支持4K、高清和标清变换的TeranexAV格式转换器转换成兼容信号，再进入矩阵进行调度。在播出前，切换台的PGM也可通过TeranexAV转换为传输设备支持的格式，然后进卫星、4G、云推流和公网等设备进行全平台的播出。
2.2视频设备分析
直播车内的BlackmagicDesign的设备在兼顾高清制作的工作模式下，可稳定制作2160p60的4K视频，其系统简单，对于节目的现场直播，从采集、制作到传输都更符合传统广电模式，还同时兼备高效性和稳定性，主要的设备分析如下：
（1）URSABroadcast4K搭载4K图像传感器和扩展视频模式，动态范围和色彩保真度优秀。图像传感器专为HD和4K设计，无需后期制作就能获得鲜活色彩和高动态范围视频，可在任何HD或4K制作中使用。同时，URSABroadcast采用标准存储卡和文件格式，兼容几乎所有广电系统和剪辑软件，利用标准SD卡、高速UHS-II卡和CFast卡进行记录，以标准.mov或.mxf文件录制1080i或2160p视频，能纳入现有的广电系统和工作流程。 （2）BlackmagicCameraFiberConverter
和StudioFiberConverter可通过单根SMPTE光缆实现视频信号传输，摄影机可以部署到距离直播车2公里的位置。其配备的12G-SDI技术，专为连接各类HD和UHD格式所设计。同时，转换器的所有视频和返送信号都是基于10bit视频编解码处理的IP视频，性能优质可靠。直播车内的StudioFiberConverter能提供.1路主要的UHD摄影机信号，3路带有全面远程摄影机控制的独立HD返送信号，只需单根SMPTE线缆即可传输。
（3）ATEM4M/EBroadcastStudio4K
高性能现场制作切换台，自带16个ATEMAdvancedChromaKeyer，每级ME各含4个，可很好的从事虚拟场景等高端制作。设备包括2个UHD多画面分割器、全面2DDVE、带4个画中画DVE的内置SuperSource合成引擎，并且每路12G-SDI输入均配有全面再同步等众多功能，多速率12G-SDI接口只要通过一根BNC线缆就能在所有HD和UHD格式间自动切换。
（4）TeranexMini是新一代的12G-SDI转换器，支持包括SD、HD至UHD在内的所有格式。转换器配备先进的多速率12G-SDI技术，接口可自动检测SD、HD和UHD视频格式并进行即时切换，可连接所有的SD、HD和UHD设备。
（5）ATEMTelevisionStudioPro4K配备8路带格式转换的12G-SDI输入，可连接HD和UHD信号源。每路输入均设有对应的12G-SDI输出，可用于摄影机返送信號，可携带嵌入式控制数据，每路12G-SDI输入都带有再同步功能和独立的Teranex低延迟格式转换器，可实现不同的HD或UHD格式输入组
（6）SmartVideohub12G40x40搭载了具有双倍传输速度的12G-SDI接口，能通过单根线缆连接所有使用4K视频的设备，能够确保能够应对来自切换台、摄影机、录机以及监视器等设备的信号指派和切换。SmartVideohub12G矩阵可从各种现有设备和将来的新设备，上准确无误地指派所有SD、HD和UHD信号。
（7）TeranexAV可在SD、HD和UHD
格式间执行多达1089种不同的实时转换，获得不逊色于原画的优质影像，并能以每秒12Gb的速度实现数据传输。Teranex强大的处理能力包括上变换、下变换、交叉变换以及多种格式转换。TeranexAV拥有着仅67毫秒的延迟，有了这一低延迟特性，各类显示画面都可与现场保持完美同步。同时，其还可自动切换到6G-SDI、3G-SDI、HD-SDI和SD-SDI，从而兼容所有的SD、HD和UHD设备。
（8）HyperDeckStudio12G双盘位录机配有12G-SDI和HDMI2.0接口，通过一根线缆就可以连接所有SD、HD和UHD格式设备，还可立即切换格式，将以SDI信号输入的格式来记录，以SSD上的文件格式来播出。
3结语
伴随着4K电视技术的日益发展，再配合各类先进设备，安徽广播电视台最终打造出其第一辆4K超高清全媒体转播车，在面对新形势和新需求时，该直播车正式投入使用后，势必可以为融媒体时代的电视台制播流程建设探索出了一条新道路。
参考文献
[1]周敏，黄兰凤。发展4K电视是深化广电媒体供给侧改革的恶心机遇[J].广播电视信息，2018（09）：60-61.
[2]潘卓伟，高远心.4K电视发展现状及趋势讨论[J].产业创新研究，2019（01）：41-43.
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