【媒体报道】

单箱载EFP系统设计和应用
2005年9月18日        
  [内容提要] 在电视节目制作领域,EFP系统早就形成了标准的操作规范,随着技术的发展,不断有更新的设备出现,但现场节目制作的基本原理没有变。在这个基础上,我们为专门的用户群设计方便、经济和高质量的产品。我们希望这样的系统不但能为专业用户提供更方便的选择,更重要的是把专业的技术普及到基层的用户。在基层应用中往往是只求价格便宜又不肯放弃品牌,而忽视了技术质量和操作方式,结果是系统不稳定和投资的浪费。
  [关键词] EFP对系统的要求;技术质量和测试;单箱体结构;三讯道及扩展;使用功能的扩展,网络现场直播和富媒体直播。
  演播室和演播车有很多种,都是完成现场节目制作的功能,是电视节目制作的基本形式之一,也是电视台比较昂贵的系统设备。箱载EFP系统具有演播室的功能和方便移动的特点。EFP系统的构成是由节目的需求提出的,这个需求即包括了节目的技术质量,也包括节目的内容和完成操作的方便和稳定性。单箱载EFP系统的设计,主要是针对用户对方便性和经济性的要求,特别是针对中小电视台和教育用户对现场制作和直播的要求。
  中小电视台和专业节目制作机构不能像大型电视台那样,有严格的业务分工,有很多演播室,转播车完成不同的现场节目制作,他们需要多用途的系统以达到较高的使用效率。箱载演播系统能安装在现成的演播室工作,也能方便地搬运到剧场、教室、体育馆甚至可以到居民的家里,还可以装上飞机运往世界各地。
  箱载演播系统的内容和演播室、演播车基本相当,三讯道是EFP系统中最小的构架了,但麻雀虽小,五脏俱全,有摄象机控制、同步切换、监视和提示(Tally)、调音台、通话和监听、记录和传输、供电等功能。单箱体的容积有限,只有十几个U高,在单箱体内集成三讯道广播级EFP系统,在考虑方便和经济的同时,决对不能忽视的是技术质量和操作性、稳定性,这些指标是EFP系统的灵魂。
1、 演播室系统的功能和技术指标
  仅仅从信号切换的角度考虑,有很多方法。针对演播室和EFP制作系统,有几个关键的指标要考虑。
  *高质量的信号通道和摄象机选型
EFP系统的源是演播室摄象机,演播室摄象机合成的源信号是分量视频信号。使用源信号进行切换是EFP系统的重要标志
和约定成俗的标准。普通的DV摄象机也可以通过视频信号(复合或Y/C)输出连接切换台,甚至可以通过1394接口以数字方式传输信号到切换台,但还不是演播室和EFP。EFP完成的是节目的现场采集,是电视节目的源信号,对视频信号的技术质量有严格的要求。DV信号在取样时经过了4∶2∶0处理,其中色差信号在垂直清晰度方面是演播室标准取样4∶2∶2的一半,不可以作为高质量色键的源信号,当然不能成为高质量演播室的信号通道。分量信号的传输通道有26芯和三同轴电缆,三同轴传输方式更轻便、坚固。
  摄像机的后台调整是高质量EFP制作的基本需求,是保证切换视频一致性的重要条件。使用同样型号的演播室摄象机和摄象机CCU控制是最实际的选择。
 
  广播级的演播室摄像机有相应的技术指标,如清晰度、信噪比等,一般都由2/3寸CCD的高级摄象机担任。在当前技术条件下,1/2寸CCD摄象机在摄象机的主要性能参数上也达到较高的水平,如清晰度等,经过广科院的测试也达到了广播级指标,在少数指标上略逊于高级广播级摄像机。2/3寸和1/2寸CCD摄象机在技术指标的差距主要反映在灵敏度和动态范围方面,一般2/3寸CCD摄象机可以达到600%的动态范围,而1/2寸CCD摄像机只能达到400%的动态范围。
  我们选择1/2寸3CCD摄像机作为箱载EFP系统的摄象机有以下考虑:
  在单箱体结构中,空间非常有限,我们选择的摄象机控制单元的高度仅有1U高,在单箱体内可以放置三个CCU;
  摄像机兼有ENG和EFP摄象机的功能,在ENG时是DV摄象机,用在EFP时可以连接成演播室摄象机系统,这种多功能方式对中小电视台和教育用户是重要的;
  价格是一个重要因素,整个系统构建在经济型广播级水平上,和切换台、录象机和其它设备在同一质量平台上,提供给那些重视质量又在乎价格的用户。
  *同步切换和视频测试
  视频切换是演播室系统的基本功能之一,参加切换的各路视频节目源在同一个基准上同步是进行切换的基本条件。
在单箱体结构中,采用带BB(黑场同步)输出的切换台和摄象机CCU同步环接的方法,即用第一台摄象机去锁定另一台摄象机,一台一台环接下去。还有其它方案可以考虑,有不需要同步的切换台,这种切换台内装二路帧同步器,自动地同步被切换的视频信号。选择这种切换台要注意的是其视频通道的技术指标,一些低端切换设备的帧同步是以降低视频质量为代价的,它们的视频取样频率低,尤其对色差信号的取样和量化不标准,是对信号有明显损失的。在本系统中,我们选择了视频信号取样达到4∶2∶2和8bit的量化标准。
  具体实施中采用了SE-800数字切换台,并进行了视频通道的测试:SE-800在模拟分量方式连接状态下,通过多波群信号和20T脉冲信号,可以看到视频信号在5.5MHz处的衰减明显小于3dB,并且整体信号质量明显好与作为对比测试的betacam录象机的电-电信号。也可以说达到广播级指标。
  *键功能
  键功能也是切换台的基本功能之一,有亮键、色键和下游键。在本系统中,对键功能的运用相对简单,仅仅是完成抠像和键入字幕的功能(对SE-800切换台,只有在安装了专用的SDI接口和配合SDI接口的字幕机时,才可以使用键入字幕的功能)。对选择切换台来说,要求4∶2∶2的取样对抠像的质量和效果是很重要的,这也是信号输入采用摄象机CCU模拟分量信号的原因,如果采用DV信号源,则DV的4∶2∶0取样方式不能保证色差信号的频宽,影响抠像的效果。当然,选择模拟复合信号和模拟Y/C信号输入时也会影响抠像的质量,也是因为色差信号没有足够的带宽,或者说彩色清晰度不够。所以我们在本系统中强调广播级的信号通道,使用标准的摄象机CCU和以模拟分量方式输入信号。
  *通话(Intercom)
  通话也是演播室操作的基本要求,在当前技术条件下,实现通话的方式很多,利用摄象机CCU的通话接口和功能是最通常采用的方式。在单箱载系统中我们设计了一个U高的专业通话设备与每个摄象机的CCU的通话接口相连接,完成导演和每个摄象员独立通话的功能。考虑到系统的灵活性,通话主站还可以连接通话分站和通话包,适用于不使用CCU的通话部门。
  *提示(Tally)
  提示功能有几层含义,提示现场被拍摄对像,提示摄象员,提示切换操作人员和其它辅助人员。提示功能也包含在标准的演播室摄象机和CCU控制系统中,在实际的系统集成中,要将切换台输出的提示信息连接到摄象机CCU的相应接口。我们所选择的摄象机能显示节目输出提示和预选信号提示,切换台SE-800的Tally输出要经过逻辑变换将提示信号变换成CCU可以接受的正电平有效。由于SE-800切换台没有设置预监信号输出,利用预选信号提示就显得更加重要。
  在系统中如果使用配合SE-800切换台的四连装4寸液晶显示器TLM-404,则显示端的提示信息就非常方便了,有专门的连接电缆将切换台的Tally接口连接到显示器,每个显示面板上方有红、橙、绿三种Tally颜色指示节目、预选、和待机三种状态。
  SE-800的Tally输出是由辅助控制器RMC-90完成的。RMC-90通过RS-232接口与SE-800交换命令和数据,Tally输出接口在RMC-90上,一路到监视器TLM-404,另一路通过译码到摄象机CCU。
2、 演播室的核心设备,切换台
  本系统选择了SE-800数字特技切换台,主要考虑因素有:高技术质量,视频、音频一体化,与显示设备的配套,小型化的体积和经济的价格。所以在介绍系统时,我们针对这款设备介绍。
  *视频信号输入与输出接口
  切换台是演播室的核心设备,是决定节目视频质量的关键设备,其中对视频质量影响最大的是输入与输出通道。
在本系统设计时考虑到SE-800有模拟分量的输入、输出接口和5MHz的视频带宽,这是达到广播级演播室标准的低限了,与摄象机系统的技术指标基本吻合。虽然这款切换台还有很丰富的视频接口如复合、Y/C、DV,但都与广播级的信号通道无关,只是显示了这款设备有非常灵活的连接能力。
  *切换母线
  和传统的切换台一样,SE-800可以将四路输入和一路彩底中的一路直接选择到输出母线上,视频信号从PGM出口输出。还可以将另一路信号选择到预选母线上,准备输出。输出时推动推拉杆,输出视频以WIPE或MIX方式完成预选信号到节目信号的转换,整个转换过程由推杆控制。也可以按AUTO键自动完成转换。

  *数字变换和数字处理
  SE-800具备50种转场特技功能包括淡入、淡出、溶接、放大/缩小、马赛克等;内置的视频信号教正,可以调整输入视频的亮度、对比度、色度;具备RGB调整摇杆,可立即存储调整后的影像颜色。
  *音频接口和控制
  SE-800具有四路音频非平衡线路输入和二路非平衡辅助输入,均为RCA接口,在现场节目制作时不便直接连接高档话筒,需要进行转换。现场调音台的输出可以通过平衡到非平衡的转换接口输入音频;也可以使用厂商提供的平衡非平衡转换器BAC-03完成平衡到非平衡的转换。切换台还提供一路直接的话筒输入。
  切换台对每一路音频输入可以进行独立的调节,在此基础上对不同类型的音频输入再进行一次分组调节和最后的总输出调节,基本解决了各种音频输入源的输入平衡和电平控制。但对音频的调节简单到只限对输入电平进行调节,所以对音频输入比较复杂和要求特殊的情况,还是使用其它的音频切换设备,如在有现场音响设备的场所如体育馆,剧场或多功能厅,尽量使用会议所提供的音频信号源。
  本系统的音频监听使用切换台的耳机输出监听。
3、 箱载系统的设计
  在一个单箱体内完成整个系统的集成是本系统的设计思想,整个箱体可以放置在一部轻型轿车内如吉普,MPV,或微面。这就决定了整个箱体的高度在12个U左右,整个箱体的重量应该在二个成年人可以搬运上下车和短距离搬运,在30-40KG左右比较合适。
  *坚固、减震和轻便
作为贵重设备的载体,航空箱应具备牢固、抗震、便于运输的基本特点,同时兼顾散热及重量尽可能减轻。对箱体的要求是坚固和轻便,所以要选择质量好的箱体材料。
我们采用的箱体骨架全部采用优质钢材制作,其他附件使用轻便的铝合金产品;利用最新的弹簧横向受力工艺进行设备减震,能最大程度地保护设备不受损害,并且可实现使用期间减震系统免维护。
  *标准机架
  19英寸标准机架安装在箱体内,固定在减震弹簧上,机架的高度和长度根据实际安装的设备计算留有发展的空间。在我们的系统中,显示设备占2个U,摄象机CCU占3个U,通话占1个U,切换台加托架占4个U,共10个U。录象机高度只能限制在2个U,有二种安装方案,一种是增加机架的高度到12个U;另一种方式是将录象机安装在机架的背面,因为显示器和录象机的长度都比较短,使用编辑控制器在前面操作录象机。
  *滑轨与托架
  切换台被安装在专门设计的托架中,通过滑轨与19英寸标准机架相连,工作时托架从箱体中抽出,运输时将托架推回锁定。
  *电源
  电源安装在机架的背面,用电设备算录象机共有六个,如果算上音频平衡转换器和录象机编辑控制器就是八个,还应该留二个备用。所有设备均具备二次开关电源供电,对外电源的稳定要求不高。
4、 箱载系统的使用和功能扩展。
  *现场节目制作功能
  单体箱载式三讯道DV摄象机广播级EFP系统的使用可以是多种多样的,几乎可以车载到任何现场,所以中小电视

台、学校和企业都适合使用这样的系统。箱载EFP系统集高质量、携带方便和经济适用,
  在为客户设计系统时,有用户为降低价格提出不使用摄象机CCU,而在实际使用中否定这种方式的恰恰是他们自己,因为在实际应用中根本没有稳定性的保证。CCU解决的问题不仅仅是技术质量的提高,还有EFP的操作方式所带来的符合人们认知规律和学习习惯的视频语言,最根本的是稳定性的提高。在复杂的现场环境下,要解决每台摄象机的电源、视频、通讯和提示,靠单走线的方式是没有安全性可言的,而没有通话、返送视频和提示功能是无法组成流畅的视频语言的。
  *讯道的增加与扩展
  SE-800有四路视频输入,每一路都有完备的视频接口而且对输入信号不需要同步,对系统的扩展非常方便,尤其对DV摄象机,可以使用1394接口连接,保证视频质量的一致性。所以,可以再临时增加一台摄象机,扩展为四讯道EFP系统。我们特别为临时增加的DV摄象机设计了通话和提示一体化的分站,只需增加一条综合电缆就同时解决了通话和提示功能。
  *现场网络直播
  通过无线广播的传统现场直播是大城市电视台的专利,对专业用户使用网络直播是现实可行的方案。因为业务的需要,专业用户都发展了业务用网络系统如企业网和教育网,这些网络的构架对传输视频是方便有效的。因为是自己的网络系统,所以很方便对网络环境进行设置和开通媒体服务。
  网络流媒体编码服务器是网络直播系统中最重要的设备。当前流媒体编码的技术发展给网络广播创造了很好的技术基础,可选择的编码方式很多,有MPEG-4,Real,H.264,WMV等,在低码流编码方面,流媒体编码相对传统的MPEG-1,MPEG-2有突出的优势,在800K码率的编码质量基本达到DVD的质量,300K码率的编码质量也超过了VCD的质量。在众多的流媒体编码方式中,微软公司的WMV是最具竞争能力的,不仅是因为他的编码质量好,更重要的是微软能够解决用户端收看的方便性和不同媒体在用户端的切换和交互性。
  在实际使用中,我们应用了美国WINNOV公司的XsreamENGINE2,这个设备只有1个U高,可以安装在标准机架上跟随箱载EFP系统到任何有网络的地方,甚至可以再通过无线网络的AP连接到骨干网络中,可以实现网络现场直播的功能,这就是IPTV,而且是真正意义的现场直播。XsreamENGINE2对现场直播有不可替代的优势:
  *多系统多构架,支持远程控制和多系统多码流同时编码和存储。
  *支持Windows Media9,MPEG-4,Real和非压缩数据格式.
  *简单友好的采集和编码操作界面。
  *实时音频视频预览,观看音频视频调节对目标流产生的效果。
  *全自动任务管理
  *独立通道的视频处理,提供视频降噪工具,降低杂波干扰。
  *添加特殊标志文字和图标(logo)到输出流.
  *多码流编码,一个流配置文件中包含为不同用户提供多种视频大小、帧率(帧频)、视频质量和音频格式的多种流参数;自动适应不同观众的带宽。
  对远程教育的用户,我们应用了具有富媒体合成功能的编码服务器CBOX2,它能将视频流媒体与PPT,网页,图片,电子白板等文件内容在保持其自身文件内容前提下一起传输,在终端进行合成,达到了多媒体文件的最高质量和效率。
如此简单,经济就可以达到电视台现场直播的功能,在以前是绝对不可想像的。这种应用不仅适合与学校的远程教育系统,也适合于大型跨地域的连锁企业的会议和培训,远程医疗和军事应用等。
5、 系统造价的估算
  *摄象机系统:演播摄象机,18倍标准镜头及半伺服,4寸寻像器,通话适配,摄象机CCU,26芯电缆(20米),小于10万圆。
  *切换、显示和箱系统:SE-800切换台,辅助控制器RMC-90,平衡非平衡转换,TALLY译码器,4联液晶显示和TALLY显示,小于10万圆
  *通话系统:小于1万
  *分量DV录象机:小于3万
  *流媒体编码及网络直播:小于15万