交互式全媒体高清新闻直播演播厅智能背景显示系统整体解决方案

摘要：近年来，集全媒体内容聚合展现、前后景虚实结合、多屏融合、超大屏触控、智能交互一体化控制的高清动态背景大屏幕显示系统以绚丽动感的视觉效果，在营造节目气氛、烘托气势、呈现作品信息、加强现场主持连线、观众互动方面越来越多的投入应用，极大地增强了新闻交互性和选择性，给观众以强烈的视觉震撼效果，为新闻播报形态带来全新的革命。本文重点对南京广播电视集团交互式全媒体高清新闻直播演播厅智能背景显示系统整体解决方案、系统设备主要技术性能及特点等进行详细介绍，不当之处敬请指正。

关键词：全媒体、LED、超高清晰度、多屏融合、交互式演播室背景大屏幕显示、系统设计

近年来，集全媒体内容聚合展现、前后景虚实结合、多屏融合、超大屏触控、智能交互一体化控制的高清动态背景大屏幕显示系统以绚丽动感的视觉效果，在营造节目气氛、烘托气势、呈现作品信息、加强现场主持连线、观众互动方面越来越多的投入应用，极大地增强了新闻交互性和选择性，给观众以强烈的视觉震撼效果，为新闻播报形态带来全新的革命。本文重点对南京广播电视集团交互式全媒体高清新闻直播演播厅近期投入使用的智能背景显示系统整体解决方案、系统主要设备技术性能及特点等进行详细介绍，不当之处敬请指正。
一、项目建设背景
南京广播电视集团和国内众多省会城市台一样，目前正处在新一轮“突围”的关口：一是业内面临央视、省级卫视及境外电视机构的严重挤压，行政、市场、资源方面绝对弱势，生存空间愈发狭窄；二是业外正遭遇数字电视、直播卫星、移动电视、手机电视、IPTV等新兴媒体的强劲挑战；三是三网融合的加快推进促使广电媒体从媒介形态、业务模式和运营方式整体转型升级。
《全媒体新闻中心项目建设》正是集团党委在如此复杂瞬变的竞争发展态势下，顺应三网融合发展趋势，立足本台实际情况，通过加强技术创新、节目创新、管理创新、体制创新，充分发挥地域性新闻优势，加强与新华社的战略性合作，加强省内城市台新闻交换联盟体的建设，冲破城市台发展固有瓶颈，创建“国际视野、国家高度、本土特色”新闻直播品牌频道，实施全媒体发展战略，实现集团未来跨越性发展所做出的战略性举措。
二、项目总体概况
《南京广播电视集团全媒体新闻中心》在原南京电视台演播中心600㎡演播厅及周边辅助用房基础上进行改造。通过钢结构改造将现有演播中心600㎡演播厅在空间上分割为中间通透的上下2层。其中底层建设一个包括开放式文稿、多媒体、3G和网络媒体编辑区、电话呼叫中心、控制室在内约1000平米具有流动、站播、坐播、评论、互动等新闻背景，集单个和多个主持人、互动嘉宾及观众、固定和流动主持为一体的360°全景式全媒体高清直播新闻演播厅。同时底层建设一个70平米虚拟演播室，用于新闻栏目播报。二层建设一个约70平米的小型新闻直播演播厅和80平米新闻指挥中心，两者之间可互为融合为互动直播演播厅，另外四周分布了高清非编、新闻媒资、全媒体新闻采集、编辑、发布区。改造后的全媒体新闻中心总使用面积达1600平米。

整个新闻中心演播室集群共建设三套独立演播室制作系统及一套全媒体信源互动信号调度中心，系统设计符合“全高清、全直播、全功能、全备份、全工位、流程化、多景区”的设计理念，系统既可以满足全数字高清节目制作、直播，又可以满足当前高标清信源混合环境下或全标清状态下节目制作、直播需要。同时演播厅舞美制景设计采用整体布景、灯光集成、多媒体与演播室高清LED大屏幕、等离子和异形LCD组合屏相结合的先进技术手段，系统中充分考虑3D实时在线节目包装、网络视频互动、现场点评、短信参与、实时交通地理信息、天气播报、电话、3G手机、视频会议、IP等新媒体接入、发布，以适应全方位、 多空间、多视点新闻资讯播报，以及新闻节目未来发展趋势。

三、智能背景显示系统整体解决方案
1、全媒体新闻中心全景直播演播厅动态背景显示墙分布及总体设计要求：图一所示全媒体新闻中心全景高清直播演播厅布局图。根据舞美方案设计，本演播厅所需控制的动态背景显示墙分布如下：第一主播区左侧垂直布置3台50英寸全高清等离子背景显示器，要求实现视频画面拼接。中间设计一块长19.2米、高2.4米目前亚洲最大的L型P4全彩LED动态新闻背景屏，拐角为半径2米圆弧拼接，要求同时开设多个视频对话窗口，实现卫星、微波、3G连线，网络视频、微博、彩信全媒体内容接入，让主持人与多个嘉宾远程在线交流互动。右侧布置1台103英寸全高清等离子背景显示器，实现三维互动点评。演播厅顶部所设计周长25.16米、高1.28米圆形P20全彩LED彩幕是“空中多媒体系统”，既可以显示节目的LOGO或提示信息，又可以显示直播倒计时。第一主播区移动地台异型主播台正面镶嵌长2.82米、高0.512米P4全彩LED信息屏，最大可能地为观众提供全面、详实的信息资讯。
第二主播区布置2台65英寸全高清等离子背景显示器和2台58英寸全高清等离子显示器，第二信息热点区布置2台50英寸全高清等离子显示器，要求所显示背景视频内容跟随新闻播报同步变化。站播、观众互动区设计14块46英寸超窄边液晶单元拼接的异形LCD组合屏，不仅线条优美，而且左右子显示器与主显示器形成类似iPad的菜单式联动，直播过程中主持人可以用iPad控制异形组合屏上的任意一块子屏幕，直接将网络微博拉进直播现场。其余一楼柱子背景显示共布置3台50英寸、1台58英寸全高清等离子显示器作为新闻背景显示。

图二为全媒体新闻中心全景高清直播演播厅空中俯拍实景。
系统设计要求对上述各类背景显示器、播出设备、信号调度设备、信号处理设备及周边设备进行集中控制，可根据节目的播出流程随时调度演播室内的各类信号源，播放各类新闻背景信号，根据节目需要对视频开窗，满足新闻节目交互、直播需要。系统设计要充分考虑直播安全性，整个系统设计要求无单点故障。

2、系统整体解决方案
图三所示，整个系统由1套32*32 DVI 矩阵、2套4k超高分辨率视频图形渲染平台、3套智能视景播出服务器、主备大屏拼接控制器、主备演播室可视化智能显示综合调度管理系统及周边设备组成。
32*32 DVI矩阵为整个系统信号调度和控制的核心。DVI矩阵输入信号源共有：2套4k超高分辨率视频图形渲染平台输出计4路独立 DVI输出，满足第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏和观众互动区异形LCD组合屏超高分辨率新闻背景显示需要；3套智能视景播出服务器共计12路独立DVI输出，既可独立播出，又可实现多屏幕拼接；第一主播区、第二主播区、转梯信息热点区、第二信息热点区、观众互动区各预留2个主持人DVI输出，通过跳线选择6路DVI接入矩阵，便于今后主持人笔记本点评信号接入系统，实现系统、新闻背景显示灵活调用；全媒体新闻中心网络互动（QQ、MSN、微博发布、视频会议）、3D电子地图、点评服务器输出计4路DVI输出，实现网络互动信号在制作系统、演播室大屏背景显示系统之间的互动；全媒体新闻中心HD信源、互动信号调度矩阵输出6路HD-SDI信号转换为DVI，以便演播室中各个屏幕可以直接显示演播室视频制作系统中的任意高清数字视频信号。DVI矩阵输出信号共有：14路独立DVI输出至主大屏拼接控制器输入，其中8路规划用于第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏，6路用于观众互动区异形LCD组合屏；16路独立DVI输出至第一主播区移动地台异型主播台P4全彩LED信息屏、吊顶圆形P20全彩LED彩幕、14台全高清等离子背景显示器；2路DVI输出经过DVI-HD SDI转换至全媒体中心HD调度矩阵，实现多媒体信号与演播室高清信号之间相互接入。

第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏物理水平、垂直分辨率达到4864*608，观众互动区异形LCD组合屏水平、垂直分辨率最大更是高达10928*2304，因此我们在方案设计时特别规划配置了2台输出分辨率达到4K的超高分辨率视频图形渲染平台完成大量超高清的动态循环新闻背景及三维在线模板的动态效果播出及数据三维化的模板实时呈现，例如节目中的视频异地连线、倒计时、及时信息、饼图、柱图等图文效果。同时针对这两个主要新闻背景屏幕，我们采用了14路高清DVI输入、20路高清DVI输出的大屏拼接控制器，用于第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏和观众互动区异形LCD组合屏拼接控制，其中8路DVI输入规划用于第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏信源输入，其中的2路独立DVI由4K超高分辨率视频图形渲染平台输出，提供高清晰度新闻背景，超高分辨率视频图形渲染平台同时支持2路视频窗口，其中另外的6路独立DVI用于大屏拼接控制器额外再开设6个视频对话窗口，实现卫星、微波、3G连线，网络视频、微博、彩信全媒体内容接入，让主持人与多个嘉宾远程在线交流互动，完美的将大屏幕变得灵活和适应各类新闻节目形式的不同需求。大屏拼接控制器剩余6路DVI输入规划用于观众互动区异形LCD组合屏，观众互动区异形LCD组合屏由14块46英寸超窄边液晶单元拼接而成，不仅线条优美，而且左右子显示器与主显示器形成类似iPad的菜单式联动，直播过程中主持人可以用iPad控制异形组合屏上的任意一块子屏幕，直接将网络微博拉进直播现场，同时大屏拼接控制器支持开设4个视频对话窗口。图四为两组大屏实际播出画面效果。

对于其它不同位置的多个屏幕，系统在规划时设计3套智能视景播出服务器，每套同时可提供4路1920*1080的DVI输出，既可以独立播放图文信号，也可以联合播出完成屏幕的融合效果，全面满足新闻播报需要。
图五为第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏显示系统图。整个大屏长19.2米、高2.4米，拐角为半径2米圆弧拼接，选用台湾SMD表贴三合一LED黑灯，波长误差范围±1nm，实际物理分辨率为4864*608，面向大屏从右至左分为4个区域，显示像素分别为1024*608、1280*608、1280*608、1280*608（屏体底部32点不贴灯），由4个独立DVI输出驱动，每路DVI由两个发送卡驱动。同时考虑异形LCD组合屏每块屏体画面比例为16:9，大屏拼接器每路DVI信号输出分辨率统一设定为1280×720。由于LED动态新闻背景屏宽高比为8：1，所以编辑背景的图片和图像也要按照这个比例制作，确保输出图像在不做特效的情况下可以保持图像不变形。

另外演播厅顶部圆形P20全彩LED彩幕物理分辨率1258*64，第一主播区移动地台异型主播台P4全彩LED信息屏物理分辨率704*128，各由1个独立DVI输出，每路DVI由1个发送卡驱动。
第一主播区P4全彩LED动态新闻背景屏、异形LCD组合屏、第一主播区移动地台异型主播台P4全彩LED屏、吊顶圆形P20全彩LED彩幕备份路由由备拼接控制及智能视景播出系统提供。14块全高清等离子背景显示器主信号源由DVI矩阵提供，备信号源由全媒体中心HD调度矩阵提供HD-SDI信号。
整个系统通过主备可视化智能显示调度管理系统，实现对演播室内图文包装、播出、信号处理、DVI矩阵、调光台、背景灯光、调音台等设备联动控制，可根据新闻节目播出流程，随时智能调度演播室内的各类信号源、播放各类新闻背景信号，根据节目需要对视频开窗，满足新闻节目直播需要，同时无需增加直播人员的工作岗位。可视化智能显示调度管理系统同时可以对显示器主备信号一键切换，对显示器实现时序电源开机、关机。
整个显示系统由于DVI信号自身的传输距离有限，因此在系统设计中全部采用DVI光纤传输方式。

3、主要设备技术性能特点
3、1超高分辨率视频图形渲染平台
方案设计选用2套艾迪普科技最新研发的新一代3DMagic 超高分辨率视频图形渲染平台，用于第一主播区巨型P4全彩LED动态新闻背景屏和异形拼接屏超高清动态循环新闻背景及三维在线模板的动态效果播出及数据三维化的模板实时呈现。3DM 4K超高分辨率视频图形渲染平台基于强大的IDPRE®图形图像渲染引擎技术开发，融合了“实时三维渲染技术”、“实时视频处理技术”和“实时数据处理技术”等，将硬件处理平台、软件架构以及系统运行平台共同优化，最大程度地提高了渲染速度和图形质量。系统提供不少于2路独立DVI输出，每一路信号的输出最高分辨率都不低于1920×1080，具有4K超高分辨率输出能力；具备实时流畅地播出多层图文信息的能力，可同屏播出多层图文信息同时，完成多路视频DVE处理。基于模板化设计，对于物体材质、色彩、运动方式、字体、光影等特效，以及各类实时数据信息的模板化管理，在用户对设计方案进行重复性的操作时提供宏替换式功能，使得公共信息数据的展示更灵活。2台播出设备既可以单独进行工作，又可以作为主备方式进行播出。主要技术特点：
◆实时三维渲染：可以快速完成三维物件、动画及场景的空间运动、光效、特技、动态材质的创建和添加，并通过文字、图片、动画、视频、flash、音频等多种表现形式完成视听觉传达，全面提升节目的视觉效果。而且基于GPU技术实现的渲染核心，在保证三维图文质量的前提下，能够以极高的效率保证渲染的实时性，没有预先渲染，完全满足外部实时控制的需要。
◆视频DVE实时开窗：系统支持多路高清或标清视频输入的实时开窗功能，并支持对直通视频的各种DVE处理。

◆高效率数据信息采集、加工和发布：图六所示，系统支持各种格式外部数据源的连接，通过实时刷新外部滚动数据信息和各种生动模板的应用，对股票行情、天气资讯、路况信息实现批量的自动化实时信息展现。
◆虚拟元素置入：通过在线包装系统虚拟元素的置入，人们可以根据节目需要随意添加各种虚拟模块，实现演播室前后景虚实结合。
◆IPAD触摸控制：主持人可根据节目需要，通过IPAD2触摸控制大屏播出内容。
◆基于节目单的播出控制：根据节目进程，随时编辑、修改、播出串联单，实现在线包装图文自动播出。

3、2智能视景播出系统
根据演播室设计方案，演播室另外14块等离子、2块LED信息屏也需要配合节目的播出进行管理，考虑到演播室中的屏幕数量比较多，又不可能同时使用，为此系统在规划时采用艾迪普科技3台iPlayer4智能视景播出系统。该播出系统每台可同时提供4路独立DVI输出，每路输出最高分辨率都达1920×1080，具有多屏融合能力，既可对每一路进行独立播出，也可对4路实现融合，实现多屏幕融合播出。主要技术特点：

◆高质量素材播出显示：能够输出超高分辨率视频、图形是iPlayer的特点之一，通过强大的视频图形渲染引擎来发挥整个系统输出能力，可以达到超高清以上清晰程度，图像显示更加锐利、清晰明亮，使屏幕上播出的素材打破以往的沉寂，让色彩变得生动起来。
◆多元素应用播出：iPlayer的多元素组合播出功能十分强大。利用视频和图形以及模板的搭配来让整个节目变得更直观、灵活、生动。同时模板演绎动画的过程非常丰富，可以实现多元素的变化，能使画面层次更丰富，细节保留更多。
◆多屏幕拼接和屏幕内容自由设定：如图七，iPlayer另一个特点可以实现多个屏幕的拼接，可以让多个屏幕拼接联动起来实现一个完整的场景，凸显了整个屏幕拼接的张力、气势。同时多屏幕分别描绘不同的视频画面或图形亦能让你耳目一新。
◆自由灵活受控系统：iPlayer不但可以实现独立播出也可以受控于MediaLive来实现整体化的播出效果。实现了信息的交流、内容的交流以及节目形式之间的交流。简单的控制可以达到节目内容灵活最大化的效果。

3、3异形LCD组合屏
共选用14台NEC X462U 46英寸超窄边液晶单元拼接而成。主要技术特点：
◆显示器件 46″ 16:9 LCD，物理分辨率：1366×768，像素间距：0.746mm (H)×0.746mm (V)mm，色彩：16M。
◆水平/垂直视角度：178°/178°，响应时间(Tr/Tf)：8ms，对比度：3000:1，最大亮度：700cd/m²。
◆拼接性能：物理拼接缝隙≤6.7毫米，显示区域拼接缝隙≤7.3毫米。
◆信号输入主要接口类型：1路DVI-D、1路HDMI输入接口，用于系统主备信号输入接入。信号兼容性:VGA60、SVGA60、XGA60、WXGA60、SXGA60、UXGA60、1920×1080（60Hz），需满足高清信号输入；控制接口 RJ45、RS-232C。
◆广播级图像质量、色彩自然、图像还原逼真；屏幕亮度、色度、色调高度一致、可调，3200K、4300K、6500K可调色温，保证在演播室3200k色温条件下，高清摄像机拍摄具有准确的色彩还原。
◆功能：视频墙校色系统、显示器自带拼接功能、控串联与ID控制功能、防图像残留功能、内置备用风扇、内置温度感应器、“延迟开机”功能、拼接方式整机自带快速堆叠安装结构。
3、4大屏拼接控制器
整机模块化设计，输入输出卡都支持640X480到1920X1200的分辨率；易升级维护，输入输出卡全可热交换；支持多屏拼接，画面可整屏显示，也可分屏显示，可随机开启窗口、定义尺寸，画面要求能自由缩放、叠加、漫游。1+1冗余电源备份设计，以太网、串口等多种控制方式。
3、5智能显示综合调度管理系统
系统选用了2套艾迪普科技MediaLive 可视化智能显示调度管理系统，主备控制工作站既可以分布式控制，也可采用主备工作模式。对演播室内的播出设备以及信号调度设备实现统一的控制，可根据节目的播出流程随时调度演播室内的播出以及信号调度设备，与现有点评系统进行联动，可以对灯光、调音台实现联动控制。
◆ 统一的设备管理：实现对交互式演播室超高分辨率视频图形渲染平台、智能视景播出服务器、大屏拼接控制器、DVI 矩阵、显示设备、背景音乐、演播室灯光进行统一集中管理调度。
◆信号的任意调度：MediaLive不仅能管理传统图文设备交互显示，而且还结合了控制视频矩阵、DVI矩阵及画面拼接处理器等设备，根据节目流程实现图文和信号同时自动切换、任意调度，避免了人为的失误操作，保证了节目的安全性、稳定性、多样性的实时播出。
◆图文数据调度管理：MediaLive可读取到不同设备关联的不同数据信息，并且集中直接修改替换，使操作人员的流程简单快捷，满足直播时临时修改的需求，将图文终端的设备真正意义上的完全受控于MediaLive管理系统，仅一两个人就可以完成一档大信息量、大数据量的交互式演播室直播。

◆个性化的接口控制：如图八，在整个交互式演播室系统中，MediaLive为整个系统的核心控制管理部分，可以为节目量身编辑节目流程，在某一时间既可以单独控制某一个设备播出，也可同时控制多个设备同时播出，灵活便捷的播出控制方式，使系统可以轻松的完成直播任务。除了自身的灵活控制以外，为了充分体现互动的效果以及方便节目中主持人能更好的掌握节目节奏，系统设计了丰富的控制接口（例如：手机控制接口、触控控制接口、动作捕捉控制接口等），为整个节目的互动性增添了新颖的效果，新鲜的节目形式更加吸引观众的视野。
四、项目主要技术创新点
方案设计理念上汲取了BBC、CNN等世界主流电视媒体的发展趋势和先进理念，采用国际最先进的超高清晰度巨型全彩LED新闻主播背景屏、全媒体内容聚合展现、前后景虚实结合、多屏融合、超大屏触控、智能交互控制等技术手段，设备全部采用国内自主创新产品，系统整体水平达到国际领先水平。项目主要技术创新点体现在：
1、大胆采用国内自主研发的光学处理技术，最新的表贴三合一LED黑灯技术、逐点校正技术、色温调节技术、灰度控制技术、视频处理技术、环流备份技术，建设了亚洲首块最大面积超高清晰度L型P4全彩LED新闻主播背景屏。整个屏幕长19.2米、高2.4米，物理分辨率达到4864*608，完全消除了摄像机拍摄LED屏幕的摩尔纹干扰，显著提高了大屏幕对比度，显示画面清晰、柔和、细腻、色彩还原逼真，色温、白平衡完全满足演播室标准，完全满足交互式新闻演播室大屏幕动态背景显示拍摄要求。
2、大屏幕显示系统同时支持8个视频对话窗口，系统设计充分考虑3D实时在线节目包装、网络视频互动、现场点评、短信参与、实时交通地理信息、天气播报、电话、3G手机、视频会议、IP等新媒体技术应用，实现全媒体内容聚合展现。
3、基于节目单播出方式的3DM 4K超高分辨率视频图形渲染平台，提供高达4K的超高分辨率输出，既可完成大量超高清的动态循环新闻背景及三维在线模板的动态DVE效果播出，又可置入虚拟元素，实现演播室前后景虚实结合。
4、智能视景播出系统为大屏幕提供高分辨率、高质量的播出内容，同时将多屏融合、屏幕拼接等技术与系统完美结合，针对不同的屏幕搭配及各种异形屏幕提供多样化的屏幕内容呈现及实际应用解决方案。
5、采用了103英寸超大等离子触摸屏，结合现有的在线包装技术，超大触摸屏为节目的组织提供了极大的灵活性。再加上外部实时数据源的引入和丰富的背景资料，节目主持人的现场发挥空间更大，观众也更容易被吸引进这个充满变数的直播过程。
6、演播室可视化智能显示调度系统，可根据节目的播出流程，智能控制演播室内的图文播出、信号处理、信号调度、调光台、调音台等设备，智能控制演播厅内30余个显示单元、背景灯光的内容播出，根据不同栏目自动变换演播厅调光，最大限度节省了操作工位，减少人员工作岗位。同时可以遥控显示单元时序电源开关机、主备路信号切换。
7、除了自身的灵活控制以外，为了充分体现互动的效果以及方便节目中主持人能更好的掌握节目节奏，系统设计了丰富的控制接口（例如：手机控制接口、触控控制接口、动作捕捉控制接口等），为整个节目的互动性增添了新颖的效果，新鲜的节目形式更加吸引观众的视野。
8、所有屏幕显示信号通过DVI、HD矩阵进行切换，所有显示器信号通路主备切换，关键屏幕采用主备拼接处理器的方式，提高系统安全性。

作者：黄志滨 南京广播电视集团（台）技术办主任         高级工程师
顾卫东 南京广播电视集团（台）技术办主任助理     研究员级高工