福建新闻频道矩阵系统设计

2014-07-02林新燕

电视技术 2014年16期

关键词：交叉点输入输出演播室

林新燕

（福建省广播影视集团技术中心，福建福州 350004）

福建新闻频道矩阵系统设计

林新燕

（福建省广播影视集团技术中心，福建福州 350004）

介绍了福建省广播影视集团新闻频道中心机房和演播室的矩阵系统设计。从系统需求、矩阵系统选型、系统框图及实现等方面，详尽分析了如何通过EVERTZ全新的EMR矩阵来使3个独立的机房信号实现完全互联互通，从而为系统信号调度分配带来极大的便利。

矩阵系统；信号调度分配；光电转换

1 设计背景

随着福建广播影视集团新大楼竣工启用，各个频道也陆续搬迁到新大楼制作节目，频道也面临搬迁问题，由于现在的设备都是比较陈旧的标清设备，所以希望通过这次搬迁建设两个全新的高清演播室和中心收录机房，随着数字视频网络技术的发展，数字矩阵系统是电视中心实现节目共享的主要设备，同样，系统也需要配置新的矩阵系统，矩阵在演播室主要功能在于视音频信号的调度和分配以及给分割器的输入，给技术人员调度信号带来极大的便利，在应急情况下，主备切换台都不能工作时，矩阵也可以进行应急切换，所以如何设计一套适合频道实际应用的矩阵系统是频道技术人员所要解决的问题。

2 系统需求以及矩阵系统的选型

新闻频道有1个中心收录机房和2个4信道高清演播室，矩阵系统除了要完成各个机房内部信号传输调度的需求，而且需要完成在3个机房之间调度信号，如图1所示。

图1 系统框架

中心机房矩阵主要用来接收播出总控的外来信号（EXT），还有SNG、微波、卫星、3G直播等各种调度信号，还有用来收录卫星信号的调度，中心机房需要送至少8路信号给1号演播室（6路EXT信号，2路备用），1号演播室至少需要送5路信号给中心机房收录采集（PGM主路、PGM备路、CLEAN信号3路），其中2路用来备用，用来通路坏掉或者高标清同播采集的时候用，需要送6路信号给2号演播室（4路EXT信号，2路备用），2号演播室也要送5路信号给中心机房收录采集，两个演播室之间相互也要有4路视频信号互通，这里还涉及到信号传输的距离问题，SDI的码牢高达1.5 Gbit/s，是SDI（串行数字分量）码率（270 Mbit/s）的5.5倍，使用75Ω同轴电缆和BNC接头，传输模拟信号的75Ω同轴电缆可用于短距离传输HD-SDI。它对串行信号所造成的损耗可以被下一级输入设备的均衡电路恢复，其最长传输距离为100 m，相同的电缆传输SDI信号的最长距离为300 m。建议在高清数字系统中使用专门为传输HD信号设计的同轴电缆，这种电缆使用了特殊的介质，对高码率串行数字信号的衰减比较小[1]，这些是理论测试的值，在实际应用中，为了保证信号的连续性，如果直线距离超过150 m以上，就要考虑用光纤传输。中心机房到2个演播室拉线距离至少500m以上，所以中心机房跟演播室之间传输高清信号都要用光纤传输，这就涉及光电转换和光收光发板卡，而且通路需要的比较多，也会增加设备的投入。

系统安全性考虑：矩阵系统安全性主要有3个方面问题决定：1）控制系统和电源的安全性，当前主流的厂家的矩阵系统都有双备份系统，所以这里不用考虑。2）矩阵输入/输出板卡的安全，不能1张板卡包含所有的输入输出信号，这样输入输出板卡坏了只会影响到部分输入输出，增加了系统的安全性。3）矩阵交叉点板的安全，由于矩阵系统担负着信号调度和分割器的输入，同时也负担着切换台故障的时候应急切换，所以对整个演播室系统正常运行尤其重要，而且演播厅是用来新闻直播的演播系统，矩阵交叉点板卡对于整个矩阵系统非常重要，如果交叉点板卡坏了，那整个矩阵系统就没法工作了，因此为了系统的安全性，要求矩阵必须配备双交叉点板卡，当其中个交叉点板故障时，一旦系统监测到主交叉点板发生故障时，自动切换到备份交叉点板，完全不需要人为干预[2]。监看信号大部分通过矩阵调配提供，实现动态信号监视管理。重要信号源要求有双路备份监看功能，保证矩阵发生故障时不影响基本的信号监看[3]。

由于3个机房都需要矩阵并且信号互通，有两种完全不同架构的矩阵系统可以选择：一种是哈里斯，MI⁃RADA，EVERTS单体式的矩阵，即中心机房和2个演播室各配备1台矩阵，中心机房与演播室之间传输信号都用光纤传输，2个演播室之间信号传输用视频线传输，这样做的好处就是矩阵本身造价比较低，3个机房的矩阵完全独立，互相之间影响比较小，系统也比较简单，不容易出错，但需要额外购买大量的光收光发板卡，这些板卡价格也挺贵的，而且可以调度的信号比较少，矩阵之间要增加新的通路需要额外拉线和购买光发光收板卡。还有一种是EVERTS最新出的EMR分布式矩阵，这种矩阵就是在中心机房的矩阵中放1台大的交叉点板和输入输出板卡矩阵，其他2个演播室中心机房的矩阵机箱只需要配备输入输出板卡，通过光纤连接到中心机房的大的交叉点板卡，这样3个输入输出板卡都连接到同1个交叉点板卡上，等于组成了1个大矩阵，这样做的好处是3个机房的信号可以任意调度，3个机房之间需要增加通路完全没有问题，缺点就是由于中心机房到演播室距离比较远，信号传输要通过光纤，所以要额外购买EVERTZ 3505FR-XLINK用来传输演播室信号到中心机房交叉点板卡。通过EVERTZ这种矩阵使两个演播室的信号可以任意调度，等于形成全新的1个演播室群，由于3个机房之间信号交互都通过矩阵内部路由，减少布线，系统变得更加简单，很多信号只要进入矩阵输入就行，不需要再通过矩阵的输出拉线到3楼机房，所以系统选用这款矩阵系统，使系统更加稳定。同时矩阵还负责到分割器的输入，这里需要介绍一下EVERTZ独有的XLINK技术，通过这个技术，分割器的输入可以用过1根XLINK线连接，每个XLINK线可以传输32路高清信号，不需要占用矩阵的输出，这样就极大减少了矩阵输出的规模，同时由于形成了1个大矩阵，机房之间的信号传输不需要额外拉线，也不需要占用输入输出口，矩阵的输入输出规模也可以相应地减少，所以本文决定选用这款EVERTZ EMR矩阵系统。

3 系统框图和具体实现

首先，需要确定矩阵系统的规模，矩阵系统的规模主要是指：如果1个矩阵有M个输入端和N个输出端，则该矩阵可以成为M×N矩阵[4]，根据系统当前输入输出的数量以及将来可能扩展的要求，矩阵输入只需要有64路输入规模即可。对于输出，由于EVERTS的矩阵到分割器可以通过XLINK输入，同时3个机房形成了1个大矩阵，减少了机房之间的物理连接，所以演播厅矩阵输出的规模只要32路输出就足够了。整个矩阵系统如图2所示。

中心机房矩阵机箱配备2台288×288交叉点板卡，矩阵规模为64×64，1号、2号演播室同样配备64× 32规模的矩阵，演播室的每个输入输出板卡都通过2根XLINK经过EVERTZ 3505FR-XLINK电—光转换连接到3楼中心机房，然后中心机房经过光—电转换分别连接到主备交叉点板卡，这样等于每个输入输入都通过两个路由到交叉点板卡，最大可能地确保了系统的安全性，这里需要计算光纤和EVERTZ 3505FR-XLINK的数量，每个演播室输入64路输入，双交叉点板就需要128路光发口，输出32路，双交叉点板卡就需要64路光收口，分割器输入没有配备双交叉点板卡，所以每个演播室有4个16分割器，需要64路光发口，所以每个演播室需要192路光发口，需要64路光收口，两个演播室总共需要384路光发口，需要128路光收口，总的需要拉512跟光纤，每台EVERTZ 3505FR-XLINK最多可以支持128路光电或者电光转换口，而且可以任意配置输入输出的个数，每个演播室刚好需要256个光电或者电光转换口，所以配备2台EVERTZ 3505FR-XLINK刚好满足的要求，同时为了最大可能地保障演播室系统的安全性，演播厅的输出板卡还有一张冷备，在矩阵设置时候，2张板卡设置成同样的IP，这样在演播厅输出板卡出故障的时候，可以通过更换冷备板保证演播室正常运行，这些板卡都是支持热插拔的。考虑到分割器的输入如果都是从矩阵输出，如果矩阵系统发生故障，那监看也全部黑屏，导致直播事故，所以还额外配置了2台单独的16路分割器，这2台分割器的输入从各个设备输出或者视分直接接入，等于是备份了一些重要的信号源监看，最大限度地保障了演播厅系统的安全。矩阵系统控制面板的配备，由于距离比较远，为了保证控制面板连接稳定，控制面板也光电转换通过光纤连接到中心机房，1号、2号演播室各配置3台控制面板，1台多母线面板，带液晶屏，放在技术工作区，用来调度信号，2台XY控制面板，其中1台放在导播前面，用来应急切换，另外一台放在技术区，用来技术人员调度常用的信号。

自系统运行以来，给节目的制作带来极大的便利，3个机房的信号可以任意调度，演播厅直播过程中需要调度信号非常灵活方便，完全没有限制，同样，中心机房需要收录演播室的任意信号，同时由于配置的是288×288的交叉点板卡，当前只使用了192×128，未来需要扩展系统只需要购买输入输出接口板卡和光电转换器，就可以直接连接到这个矩阵系统中，为以后的扩容提供了很大便利，减少了未来的设备投入。