北京冬奥会开幕式视频播控系统介绍

摘要 北京冬奥会开幕式大量使用科技手段进行效果呈现，视频播控系统作为开幕式核心控制系统之一，发挥了重要作用。本文对2022年北京冬奥会视频播控系统进行简单介绍。 2022年2月4日，第24届冬季奥林匹克运动会在北京开幕。中央广播电视总台负责此次冬奥会和冬残奥会开、闭幕式视频播控工作，以总台《春节联欢晚会》大屏视频播控团队为核心组建了冬奥会视频播控团队，在2021年10月进驻现场开展工作。 随着工作的逐步展开，视频播控团队的任务最终明确，有如下几项：

◆场地内演出大屏视频信号播控，主要播放配合演出的视频信号，场地内大屏分为地屏、冰立方、冰瀑显示器件的素材播放，奥运五环、雪花火炬遥控触发播放； ◆观众席上方南、北两侧大屏视频信号播控，主要播放OBS转播节目信号、插播短片和图文信息； ◆向OBS转播系统同步播出南北大屏幕播出的插播短片，OBS可选择性播放； ◆建设小型信号调度中心，向导演、灯光、扩声等岗位提供高清、超高清OBS PGM信号或可选切信号； ◆建立素材转码岗位，完成插播素材OBS插播放像版本（XAVC Class300）和南北大屏播出服务器素材版本（H.265）的同步转码工作； ◆AR实时渲染工作，配合完成3个机位AR实时渲染。 一、系统方案 播控团队入场前，场地内演出大屏及播放系统均由北京冬奥组委委托中国航天科技集团实施完毕。技术局播控团队进入后，依托总台在春晚等大型节目中积累的大屏播控管理和运行经验，参照一号厅大屏播控系统多年来运行的经验，对大屏幕播放系统进行了补充加强，增加了视频切分、视频检查、视频集中存储、病毒查杀等辅助系统，提升大屏运行效率和播放安全。 1. 显示系统 北京2022年冬奥会开幕式场地使用的地屏覆盖国家体育场跑道内所有区域，长155米，宽75.5米，总面积达到11626平方米，是目前世界上最大规模的LED舞台。整个地屏分辨率高达14880×7248，整个地屏被分为4个8K播放区域，使用8台8K播放器播放素材，4台主用，4台备用。 地屏中央布局有圆形开合装置和圆柱形升降装置，屏幕完全采用定制化生产，每一块屏幕都独一无二，通过定制化生产使整个地面浑然一体、协调统一。 地屏整体不仅能够呈现裸眼3D效果，还接入了动作捕捉互动系统，可以实时捕捉演员的行进轨迹，从而实现演员与地面屏幕的互动。演员在地屏上滑雪的场景，演员“滑”到哪儿，地上的雪就被推开；再比如和平鸽展示环节，数百名儿童手举发光的和平鸽道具，小朋友在地屏上玩雪，走到哪儿那里就有雪花，动作捕捉系统强大的实时渲染和超低的延时也使得场景更具有真实感。 冰瀑位于国家体育场东侧观众席前方，由固定显示装置、升降显示装置、固定斜坡道、后部通道等部分组成，按照显示功能可以分为立面显示和地面显示两部分，其中立面屏高57米、宽26米，地面屏宽20.1米，立面吊挂LED格栅屏。冰瀑的立面和地面使用4台8K播放器播放素材，2台主用，2台备用。冰瀑不仅承担着光影视频表演的功能，还能通过提升门转换为开幕式演出各国运动员入口（图1）。 作为整个仪式必不可少的规定动作，五环展示是历届奥运会中的重要仪式之一，舞台中央升起的冰立方长22米、宽7米和高10米，由水幻化成冰，再由激光和影像完美结合，雕刻出24届冬奥会的历史，通过“激光雕刻”进行凿冰的方式，展现出晶莹剔透的“冰雪五环”（图2）。 只是由于开幕式当天实在太通透了，没能让激光呈现最完美的状态。冰立方的呈现使用2台8K播放器播放素材，1台主用，1台备用。 奥运五环破冰而出，五环长19米、高8.75米、厚0.35米，由5个组件组成，每个组件由内环、外环、正面、反面4个面的发光体覆盖而成，整体展开为一个高分辨率影像。雪花火炬组直径14.89米，由96个雪花形态和6组橄榄枝形态的LED组成，采用镂空设计，采用定制开发方式。奥运五环和雪花火炬的视频提前加载到设备内部的服务器，通过遥控指令实现触发，实现点亮、素材选择、素材播放、素材暂停、素材停止、影像关闭等动作。 南北大屏位于场馆南北两侧观众席上方，因为和演出大屏无相关性，采用分开控制方式。根据演出的需求，播放内容以OBS返看节目信号、嘉宾致辞的法英中文字、插播短片等内容为主。屏幕尺寸为长36米、高13米。南北大屏使用2台8K播放器播放素材，1台主用，1台备用。 2. 播放和控制系统 播放系统由场地演出播放系统、南北屏演出播放系统组成。其中场地内演出大屏播控系统主要负责地屏、冰立方、冰瀑3个地面显示装置的视频拼接和播放，以及奥运五环和雪花火炬两个特种显示装置的遥控触发播放。播放控制器系统临时搭建在国家体育场西北侧观众席上方4层4709房间，地屏播放系统布置在地屏下方地下一层临时设备机房（-7米机房），南北屏播放系统则布置在更远端的另一处控制机房。 4709播出控制机房（图3）作为视频播控系统核心控制机房，集合了演出大屏主控播出、演出大屏备控输出、南北屏主控播出、南北屏备控输出、OBS插播放像、演出大屏状态监控、演出大屏倒换控制、南北屏状态监控、南北屏应急倒换控制、素材查杀、插播素材应急编辑、素材上载等功能。 演出大屏和南北屏分别部署、分别控制，所有播放器和播放控制器均按照1+1冗余热备份策略进行配置。演出大屏配备主、备14台8K播放服务器，地屏主、备8台8K播放服务器，还与Intel实时捕捉渲染系统相连接。播出控制以时间码与手动双触发，实现多个播放器视频输出。 南北大屏播控系统（图4）负责播放冬奥会开闭幕式中OBS转播信号、插播短片、运动员入场环节国家名称、国旗图文信息，以及仪式主体部分法、英、中3种语言的文字说明等。 大屏幕显示的内容对于现场的外国政要、外国嘉宾以及外国运动员非常重要，传递了全国人民喜迎冬奥的欢庆场面，把我们对于表演节目寓意的阐述、把我们对世界各国运动员的热情邀约都要体现出来，同时又要十分注重呈现的时机，不能过分抢镜影响现场演出。 南北大屏播放器和播放控制器同样按照1+1冗余热备份策略进行配置。播控系统配备主、备各1台播放控制器，配备主、备各1台8K播放器，同时每台播放器均配置有12G SDI采集卡实时采集OBS转播信号同步播出到南北大屏幕。最终按照使用的便利性、同步性和应急倒换的最优安全策略，南北大屏幕分别连接到8K播放器（含4个4K播出通道）的1个4K播出通道，播出控制采用手动播放方式。 同时，大屏幕播出控制服务器提供时间码信息返送给OBS用于插播短片切出倒计时使用，时间码信息同步遥控激光控制完成画面和激光的完美咬合，时间码信息还提供给焰火团队保证焰火和插播放像紧密吻合。 3. 监看及应急倒换系统 节目播出过程中，播放控制机内置有监看引擎可以实时读取控制机内部的本地素材，以优化渲染的方式进行低码率的素材（非同源）同步监看工作。 位于地屏下方-7米临时设备机房的14台播放器、24台拼接器的预监输出按主、备功能，分别接入到主、备监看拼接器，播放器和拼接器的预监画质均为2K 60P。拼接器收集的视频信号也通过监看输出转换成光信号传递到4709播出控制房间，完成拼接器倒换的信号监看调度工作（图5）。 4. 通信及监听系统 通信系统（图6）作为整体指挥的中枢，串联起所有演出单位协同工作，所有的播出口令都是通过这个系统下达的。 通信系统以有线通话包、有线通话面板、无线腰包为主，无线对讲系统为辅工作。在地下室地屏播放机房布置有两块通话面板，在控制机房设有3块有线通话面板，在南北屏播出机房布置有一块有线通话面板。各个通话面板之间可以实现播控系统、备份播控系统、音响扩声、地屏播出机房、南北大屏播出机房、激光、焰火、分场导演及总导演及时进行通信联络。 对于远端和移动岗位的工作人员采用无线腰包和无线对讲方式进行通信，各工种根据需求被分成40多个工作组，采用独有频率联络，互不干扰。 监听以现场扩声和广播FM为主，针对不同节目监听调度采用不同广播频率，比如FM84.1、FM86.5等。在联排直播阶段，为了操作手不互相影响，每个操作手通过耳机进行监听。 在国家体育场之外再没有足够大的屏幕场地配合排练，而且每天天黑后的时间很有限，各个演出团队都很珍惜入场排练的时间。由于每个节目都有专属频率，使得两三个节目在同一个场地同时排练成为可能，大大提升了工作效率。 5. 供电系统 国家体育场为地下-7米播出机房提供两套UPS供电，避免因断电故障或UPS系统故障引起控制信号中断而造成较大的影响。每套UPS的后备保护时间均为至少30分钟，满足出现断电故障后采取相应的应急措施。其中，播出服务器和控制服务器均为单电源设备，采用主、备路分开的方式进行连接。拼控服务器则采用双电源的模式，电源模块协同工作，即使一路断电，其他模块还可以协同继续进行工作。 播控机房供电上游为双路自动倒换，机房内供电为单路电，机房整体电力容量为20kW，下口连接4组32A空气开关，分别连接两套3kVA UPS和两套2kVA UPS，分别给现场演出主备控制机、南北大屏主备控制机等提供电源，避免因断电故障或UPS系统故障引起控制信号中断。该UPS可对系统提供持续90分钟以上的电力供应，确保安全播出。 二、工作流程 由于冬奥会开幕式、冬奥会闭幕式、冬残奥会开幕式、冬残奥会闭幕式4个仪式穿插彩排，每个仪式又涉及多个素材制作团队，为了便于管理，我们制定了严格规范的大屏播控流程，要求每一个操作步骤都严格按照如下流程操作： ◆文件交接。收到视频制作公司文件后，应按要求进行文件登记，请制作公司填写文件接收记录表，对于节目名称，涉及显示区域、帧率、提交人、应用于哪场仪式表演等进行详细登记，便于管理和回溯追踪； ◆视频及图文素材需要经过离线杀毒、素材检查、上载至集中存储、编单、下发、监看优化、播出等步骤实现播出。 1. 场地内演出大屏素材处理流程 各个视频工作团队制作的视频内容，通过移动介质送至播出控制机房。素材经杀毒机检查后，将素材复制到系统内专用移动硬盘。系统内专用移动硬盘素材再次通过素材上载机完成视频纠错诊断（格式错误、码率错误、命名错误等问题）无误后，上传至集中存储服务器并通知播控人员择机更新。 大屏播出控制机将视频集中存储服务器中的素材下载，再经过编单、下发至所辖播放服务器，经过预览优化后，完成播出。 2. 观众席南北大屏素材处理流程 观众席南北大屏播出的视频插播短片，如OBS 需要同步播出时（图7），需要提交视频格式为XAVC Class 300（UHD 3840×2160 50P BT.2020 HLG），声音按照OBS声音标准（2+5.1.4）的视频文件。 通过网盘或介质携带至播出控制机房，素材经过杀毒机检查后，插播短片通过转码服务器转换成播放服务器所需要的视频文件（表1），再分别上载至各自的播出服务器，同时播放完成同步播出。 观众席南北大屏播出的OBS转播系统信号，将大屏幕播放服务器可以接纳的12G SDI信号，通过光传输方式传输到南北大屏播出机房，再通过视频采集接入南北大屏播放服务器，和图文信息组合后输出到南北大屏拼接器，经过光纤把信号送至南北大屏幕，完成播出。 3. 和OBS转播系统对接 通过前期和OBS工作人员的不断沟通，我们逐步理清了所有工种工作人员、制作人员对于显示信号的需求。为了在疫情当下的特殊时期能全力完成好工作，我们还肩负起了小型信号调度中心的任务（图8），最终达到12G SDI信号33接收、10发送、61路分发的输出能力。 南北大屏主播出人员通过主、备视频播放服务器同时为OBS转播系统提供插播短片主、备路信号，采用和大屏幕播放控制器手动同步播放的方式，保证了插播短片基本同步的播放需求，同时保证了系统的清晰、简洁、应急可操作性。 视频播放服务器提供UHD 12G SDI信号通过光传输设备，提供给OBS转播系统。视频播放服务器播出的12路音频以及时间码信息以模拟音频方式输出给现场扩声团队，由现场扩音团队将音频信号统一打包处理后发送至OBS转播系统。 由于插播短片信号不但需要满足现场观看，还要在超高清频道和高清频道同步播出，我们结合日常4K节目制作的经验，对于图形图像质量控制、色彩色域是否符合制作规范、声音电平制作是否满足播出需求进行了严格把关。由于很多导演是电影导演、广告导演，对于电视播出的4K超高清的参数、4K超高清下转换高清会产生的问题完全不了解，我们在工作的同时又肩负起讲解员的工作，从调音、响度、色域到调色，从UHD到HD，从HDR到SDR，从2020色域到709色域等各方面进行知识普及，以及保证各家制作的插播视频满足播出要求。同时通过不断和OBS沟通，确认了所有视频插播指标完全符合播出需求。 三、应急处置预案 为了确保大屏播控系统的安全，我们结合总台历年春晚大屏幕系统的播放经验，对大屏幕系统进行了补充，同时逐级、逐端口梳理大屏播控系统的检查流程、播出应急预案和应急处置流程。 在系统设计基础上，针对可能出现的不同故障类型，应按照几类应急处置流程进行操作。 1. 大屏显示故障 大屏幕显示单元故障：大屏幕显示单元采取主信号、主环出信号、备信号、备环出信号四信号备份策略保证正常显示。大屏幕应急切换以自动切换为主，同时为了防止故障设备重启后信号恢复阶段的不稳定，还设计了手动切换预案。 2. 大屏播放系统播出控制故障 大屏播出控制机具备主、备控制无缝倒换功能。当主控制机异常时，备控制机可实现无缝接管，由备控制机状态自动变成主控制机状态。应急保障人员应立即对故障设备进行修复或者重启，当故障设备状态恢复正常后，可手动将其状态变成备控制机。 此外，我们还对应急通信、应急供电等都进行了可靠性验证，保证应急处置流程安全高效。 此次冬奥会为了最完美流畅地呈现视觉效果，在视频制作过程中大量使用了50P的渲染素材去呈现导演创意。从2021年10月15日入场参与彩排播放工作，仅开幕式15组主体环节累计调整使用素材2042套图像及视频、15627个视频及图像文件，素材总量7.53T，素材时长19小时以上。 2022年北京冬奥会开幕式美轮美奂的视频画面惊艳了世界，取得了圆满成功。总台技术局视频播控团队奋战4个月，践行总台一丝不苟、精益求精、追求卓越的工作精神，为总台冬奥转播添上了浓墨重彩的一笔。 来源：选自2022年第5期《现代电视技术》 深圳龙岗智能视听研究院 人工智能 | 超高清 产业创新 | 技术孵化 | 成果转化