中央广播电视总台E16 4K IP化演播室视频系统架构

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2024年7月12日发(作者：)

中

心

技

术

中央电视台

侯 佳

摘 要

中央广播电视总台开播首个上星4K超高清频道（CCTV

一 E16演播室位置

4K超高清），并启用了国内首个基于4K IP架构的全流程

直播演播室——E16 4K演播室。本文对E16演播室的整体

E16 4K IP超高清演播室位于中央广播电视总台塔壹

系统架构、设备清单、应急方案等进行了介绍。

F49层。演播室系统为4讯道全4K IP架构的超高清演播室

系统，系统包括演播室（130平米）、导控室（80平米）、

音控室（25

平米）、立柜机房（30平米）共四部分组成。

E16 4K

关键词

演播室 系统架构 设备选型 应急方案

二 格式标准

E16 4K演播室作为国内首个全4K IP化超高清直播演

E16 4K演播室是总台面向4K超高清频道日常直播制

播室，在设计中采用了最新的4K超高清视频技术，充分考

作，按全IP演播室制作流程设计施工，从前端信号输入解

虑到技术的先进性和系统的安全性相结合。E16演播室目前

码、处理制作、画面监看、信号切换、合成制作、信号编

主要服务于CCTV 4K超高清频道日常节目的直播及录制任

码输出的全IP化节目生产流程，具备4K超高清节目直播、

务，已完成《2018中国网球公开赛》《2019 CBA全明星赛》

录播和制作功能。文件化设备采用XAVC-I Intra Class300

等4K直播工作。

500Mbps的编码格式，采用MXF OP-1a的封装方式进行节

目记录和素材播放。E16演

播室视频系统采用GV全IP

双链路架构与双数据核心的

冗余备份机制，视频信号采

用TICO编码对4K信号进

行压缩，遵循全台统一4K

HDR信号标准，分辨率采用

3840×2160，帧频采用50p、

高动态范围HLG/1000nit、

色域采用BT.2020，监看采

用1080/50p信号格式。所有

信号源及系统内调度信号均

1

采用双链路，符合SMPTE

E16演播室布局图

2022-7标准。

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中心技术

三 整体架构

表1 中央广播电视总台E16 4K IP演播室视频系统设备清单

序号设备名称设备型号厂家数量

系统以交换机作为数据交换，以IP切换台作为制作

1摄像机LDX 86N 4KGrassValley4

24K标准镜头UA24*7.8BERDFUJINON4

中心，以IP多码流视频处理单元作为制作的备用系统，以

34K广角镜头UA14*4.5BERDFUJINON1

IP多画面分割的方式作为系统的监看，传统基带信号采用

4三脚架System 25 EFP 2 CFSachtler4

IP板卡转换后接入系统。系统架构满足SMPTE 2022-7标

5切换台K-Frame XGrassValley1

6核心交换机C9236-MBW-KITCisco2

准下的主备冗余链路以保证系统链路的安全性。系统内所

7网管交换机WS-C2960X-48PS-LCisco2

有IP节点设备的信号可以实现双向无阻塞的互联互通，具

8DCNM服务器UCS C220-M4Cisco2

9SDN控制器GVC-CONTROLLER-800GrassValley2

备高度的灵活性以及可扩展性。系统内无论IP信号还是传

10IController服务器IC-BASE-EDITION-ENT-V3GrassValley1

统基带信号均可通过统一的控制系统进行调度，并对信号

11视频IP处理核心单元GVN-FR4

流量及带宽占用等状态进行实时监控。系统同步基准采用

GrassValley

GrassValley

20

2

12

SMPTE 2059-1/2的PTP信号和BB信号。系统TALLY系

13

IP视频画面分割器

帧同步板卡

KMX-4921-9X2

XVP-3901-FSGrassValley7

143G解嵌板卡ADX-3981GrassValley8

统采用主备形式，保证TALLY系统的正常工作。系统配置

15网关卡IPG-3901GrassValley1

4讯道摄像机、6路外来信号、2路延时、2通道文件化播

163G加嵌板卡AMX-3981GrassValley4

17模拟视分板卡VEA-1002-3RUGrassValley5

放服务器、4通道精彩编辑（配置2入2出）、2套在线包

184K固态延时器BD30AV-UHD波视2

装（支持双视窗）和2通道收录服务器。信号切换及调度

19精彩编辑EVS-VIAEVS1

系统配置全IP 4K切换台和主备数据交换核心，在满足

4K

2024口跳线盘24DVCANARE6

214K示波器LV5600LEADER3

超高清赛事转播需求的同时具备更加完善的安全机制。

224K大屏PVM-X550SONY2

234K监视器DP-V2420CANON3

24高清大屏TH-55LF8SCPanasonic8

25高清监视器LMD-A240SONY8

26接收机KD-55X8500FSONY2

27监听监看单元AMP1-16-MWohler1

28通话系统ECLIPSE-HX-PICO

29

SPG8000A

Clear-Com

Tektronix

1

2

30

同步信号发生器

自动同步倒换器ECO8000Tektronix1

31TALLY服务器TM1 MK2+TSL1

32时钟系统-青岛广电所1

33直播串联单PowerEdge R730SOBEY1

34提词器LS-19朗威视讯1

2

导控室

2. 系统内交接

（1）摄像机

摄像机共设计4套，采用原生4K演播室摄像机，

四 系统方案

保证节目制作的信号质量。摄像机与基站间光缆采用

系统设备清单如表1，系统框图如图3。

LEMO接口，为满足4K HDR制作需求，4K模式下具备

符合SMPTE 2022-7模式的主备双向IP接口，IP接口内

1. 系统间交接

包含本系统制作信号：4K+HLG+BT.2020，带字符监看信

z

与总控系统：输入信号采用以Tico基带方式交接，

号为兼顾高清监视需求支持4K模式下下变换高清信号：

系统内信号经帧同步板卡后经解嵌板卡将AES3基带音频

3G+SDR+BT.709

，还包括2路高清返送信号、通话返送信

号及提词器信号。每台摄像机配置7英寸寻像器，导控室

独立输出再将基带的Tico信号接入后续视频系统。输出信

配置OCP控制面板用于调整摄像机光圈等参数。

号将AES3的基带音频信号经3G加嵌板卡后再经Tico编

（2）外来信号

码器送至总控系统；

z

与音频系统：以音频基带AES3交接为主，同时具

主控系统共设计6路外来信号，以Tico基带形式交

接，信号格式为Tico+HLG+BT.2020，信号经解码器解成

备AES67交接功能，支持16声道加解嵌。

3G×4后进入视频系统，通过UHD OVER IP方式进入数据

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3

系统框图

4

输入信号（与总控系统、音频系统交接）

5

输出信号（与总控系统、音频系统交接）

交换核心。

数据交换，还具备监听监看的信号输出。音频从解嵌后的

（3）文件化播放

AES3输出，同时具备AES67音频流。

文件化播放设备按主备设计，主设备输出两路信源，

（5）精彩编辑

作为播放主和预监信号，备设备输出两路信源，作为播放

精彩编辑共设计1台，采用4通道（2入2出），信号

备和SCREEN信号，信号格式为：4K+HLG+BT.2020，信

格式为：4K+HLG+BT.2020，信号接口为3G×4。输出信号

号接口为3G×4。输出信号经UHD over IP后进入数据交

经UHD over IP后进入数据交换。音频从解嵌后的

AES3输

换系统，同时将解嵌后的AES3送至音频系统，同时具备

出，同时具备AES67音频流。输入信号可选择数据交换系

AES67音频流。

统内的任意IP信号源，转换为3G×4方式后进入精彩编辑

（4）延时系统

输入端。

延时系统共设计2台，支持信号格式为：

（6）在线包装

4K+HLG+BT.2020，信号接口为3G×4。延时系统可选择数

在线包装共设计2台（支持双视窗），信号接口为

据交换系统内的任意IP信号源，转换为3G×4接口进入延

3G×4。所有输入输出信号配置色域转换功能，实现SDR/

时系统。延时前、延时后的信号，除经UHD over IP后进入

HDR转换，确保SDR的图文信号正常显示。每台设备的

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中心技术

3. 系统输出

系统共设计2路输出信号，即PGM主路及PGM备路

分别接入2选1倒换器后输出。视频部分的IP信号在数

据交换系统内获得，经网关设备转换后以Tico基带形式输

出，信号格式为：4K Tico+HLG+BT.2020，考虑兼容3G×4

形式需求，音频信号从音频制作系统获得AES3信号，经

加嵌设备后嵌入Tico基带视频信号后一并送出。同时系统

可实现加嵌后信号，倒换器后信号的监听监看。

6

立柜机房

五 信号制作及调度交换

Fill和Key信号转换为HDR信号以后经UHD over IP进入

系统以切换台作为制作中心。为实现节目制作的实际

数据交换。输入信号可选择数据交换系统内的任意IP信号

需求，4K信号格式为：3840×2160/50P+HLG+ BT.2020，

源，转换为3G×4的SDR信号后进入在线包装系统。

2级M/E且每级M/E支持3个全功能键（每个键可实现

（7）文件化收录

包括线性键、亮度建、色键、二维DVE窗口等），不少于

文件化收录共设计1台（两通道），信号格式为：

24路4K IP输入和12路4K IP输出（在SMPTE 2022-7模

4K+HLG+BT.2020，信号接口为3G×4。输入信号可选择数

式下），可实现PGM/PVW信号直接以3G×4基带输出到

据交换系统内的任意IP信号源，转换为3G×4方式接入收

监视器。为确保制作系统的兼容性及安全性，IP接口支

录服务器。

持SMPTE 2022-7标准，支持信号双向传输，IP信号支持

SMPTE 2022-6。为确保系统的

可扩容性，切换台预留I/O卡扩

容能力，可实现不少于48路4K

IP输入和不少于24路4K IP输

出（在SMPTE 2022-7模式下），

同时IP接口支持10G和25G

SFP接口。

通过IP处理设备实现信号

的调度，同时作为制作系统的备

用切换系统，确保当主切换台故

障时，系统仍可以安全播出信

号，并且IP接入信号可在系统

内部实现场逆程精确切换，保证

切换画面的完整性。当作为备用

切换系统使用时，支持第三方

Tally系统及源名推送，通过应

急切换面板进行切换，实现节目

的正常制作。

系统可以直接从数据交换核

心中以IP的形式获取信号源，

可调度系统内所有IP信源。基

7

于安全性考虑，IP接口支持双向

信号调度

传输，具备SMPTE 2022-7标准。

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技

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基于兼容性考虑，支持IP和SDI形式

的信号接入且通过内部总线实现IP和

SDI信号的任意路由和互转。

系统采用主备构架设计，以交换机

作为数据交换。系统内所有设备的IP

信号均与交换机连接，经交换机统一路

由分配。为确保系统的安全性，交换机

配置成为镜像备份的主备网络，配置镜

像备份方式基于可视化管理界面的控制

服务器及软件，实现对全系统交换机进

行带宽和策略管理。为方便统一管理，

可与第三方SDN软件通过API接口交

互数据。

8

监听监看

六 监听监看

元，信号直接从数据交换中以IP形式获取，满足精彩编辑

前/后、延时前/后、文件化播放1、文件化播放2、技术、

视频导控室导监墙采用2+4台大屏幕作为整个系统的

立柜各工位的监听需求。

监看，其中2台采用4K HDR监视器（3G×4接口）作为

采用主备构架设计，为方便调整与规划导监墙设计，

PGM、PVW的单画面监看。另外4台采用HD SDR液晶

画面分割器根据业务需求实现画面分割布局，每路信源支

屏，使用画面分割器实现监看。导监墙配置1台接收机作

持8声道音柱显示。为实现兼容SDR高清液晶屏的正常显

为播出节目信号接收。音频导监墙采用2台HD SDR液晶

示，通过画面分割器内部实现HDR到SDR的独立变换。

屏，使用画面分割器实现监看，另外配置1台接收机作为

HD SDR监视器上能正常显示HDR画面的内容。

播出节目信号接收。主持人返送使用1台HD SDR液晶屏

单画面监看。各个工位监看中精彩编辑、灯光、文件化播

七 系统管控

放1、文件化播放2、延时器采用5台HD SDR液晶监视器

以四画分形式监看，其余3个工位采用单屏HD SDR液晶

系统采用主备构架设计实现对全系统内IP信号调度，

监示器监看。光圈、立柜、技术采用3台4K HDR监视器

直接对IP端点进行控制及SDI信号控制，通过管控软件

监看（3G×4接口）。切换台的PGM、PVW信号采用切换

实现全系统拓扑结构显示及系统内IP链路流量显示。同时

台3G×4接口输出直接接到4K HDR监视器，其余系统中

可自动读取节点设备状态和配置，控制范围涵盖摄像机、

的所有监看信号均直接从数据交换中以IP的形式获取，并

切换台、周边处理设备、交换机、画面分割器等系统主要

转换成3G信号监看。系统配置8台双通道16声道监听单

设备。

9

视频导监墙

（下转第152页）

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典

型

体

验

13

宏命令存储至寄存器

更改暂停帧数

14

用宏命令一键使用扫画切换特效（图14）。着使用方便，操作安全的特点，同时，能够进一步提升体

育比赛的观赏性。

三 结束语

参考文献

在索尼MVS-8000切换台上使用帧存储器Frame

[1] Sony -8000X/7000X System (With ICP-X7000 control

Memory和剪辑切换Clip Transition配合宏命令Macro制作

panel)User’s Guide［K］.2014

的扫画切换特效，简化了导播在直播过程中操作，在CBA

[2] 熊辉,李广成.详解索尼MVS-8000系列切换台实现"2010中超联赛"转

联赛直播制作上应用良好，在体育比赛转播直播制作中有

播的回放切换特效[J].现代电视技术,2010(7):140-145.

（上接第98页）

八 系统同步及TALLY

缝倒换；

z

监听监看应急：系统采用主备构架，配置2套完整

同步系统采用主备同步机设计，具备PTP输出、BB输

独立工作的主备画面分割系统。主系统任意环节故障可切

出、字同步输出等多种同步基准信号输出。主备同步机分换至备系统工作；

别将信号送入同步倒换控制器后接入系统模拟视分板卡后

z

管控系统应急：采用主备构架，实时保持两设备间

分配给各终端设备。TALLY采用主备构架，可实现摄像机参数的一致性。当主设备故障时，备设备自动接管；

TALLY、画面分割器源名显示等。当切换台故障时，备用

z

同步系统应急：同步系统通过倒换控制器实现自动

切换系统启动且同时可以实现TALLY显示。倒换；

z

TALLY应急：TALLY系统采用主备构架，并在导

九 应急方案

控台配置应急倒换开关，实现主备TALLY服务器倒换。

z

切换系统应急：系统设计采用切换台作为制作中心，

十 总结

信号调度系统作为制作中心的备用切换系统并配置切换面

板，可确保在切换台故障时，系统仍可以正常播出，并且

E16 4K演播室作为国内首个基于IP架构的全4K直

IP接入信号可在系统内部实现场逆程精确切换，保证切换

播演播室，在整体系统搭建期及调试期有别于传统SDI

画面的完整性。切换系统配置应急倒换开关，实现主备系

系统。系统工程师及技术人员在后续的运行及维护过程中

统应急切换；

要加强必要IT知识的掌握并逐渐适应IP系统的架构及思

z

数据交换应急：系统采用主备构架，符合SMPTE

维。希望本文可以给大家将来建设IP系统提供借鉴及帮

2022-7标准，当主路设备故障时，数据通过备路传输及无

助作用。

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本文标签： 系统信号切换实现采用