步入IP 时代的通话系统简介及未来展望

摘要：通话系统在电视转播中起着不可或缺的作用。当下随着IP 化的推进，通话系统正不断进行着技术演变。本文从通话的发展、IP 通话系统现状及未来展望等方面对通话系统进行了介绍。

外场转播中，导演是节目制作的总协调和总调度。包括摄像师、慢动作操作员、字幕操作员、特种设备操作员、调音师、视频工程师、音频工程师在内的各工种都在导演的统一口令下有条不紊地完成各自的任务。这些工种有些分布在转播系统内的各个区域，有些远在几百米甚至几千米外的现场，他们是如何及时准确地听到导演指令的？这便是通话系统所要解决的问题。如果把转播系统比作人体，那么通话系统就如神经一般连接了系统内的各个工位。

一通话系统的发展

追溯通话系统的发展历史，19 世纪60 年代便有了应用于音乐会、戏剧舞台直至电视节目制作的早期通话设备和系统，从电话设备捆绑方式到Party-Line 通话系统，再到单线双通道的Party-Line 通话系统逐步发展过来。矩阵式通话系统可追溯到更早的18 世纪末，以自动电话交换机系统为基础发展到基于交叉点和簧片继电器技术的通话矩阵。随着计算机技术的发展，出现了真正意义上的智能通话矩阵，分时多路传输技术（TDM，Time Division Multiplexing）被引入矩阵通话系统中，成为当今通话矩阵的架构基础。近些年，IP 技术在广播电视领域迅猛发展，各通话厂商的产品逐渐向全IP 化、小型化、虚拟化的方向演变。

二 IP 通话系统

目前IP 通话系统的架构还是以实体通话矩阵为处理核心，由交换机负责对信号进行分发。摄像机机头、IP 通话面板、IP 通话腰包、无线通话设备以及部分两线/ 四线基带通话设备作为通话系统与各工位操作员之间的交互设备。

1. 通话矩阵

在基带系统中，通话矩阵采用TDM 技术，矩阵内部以数字形式进行信号处理。大型通话矩阵为机箱插卡式设计，根据应用需求配备不同类型的接口卡。 32 路及以下规模通话矩阵多采用一体化设计，体积较小，安装方便。与IP 通话系统不同，基带通话系统中所有通话点均需通过四线音频信号附加控制数据信号的方式接入通话矩阵。有些厂商提供了数字四线接入，在传输距离和音质方面相较模拟四线有所提高。矩阵旳基带接口有多种类型，例如：RJ45、RJ12、 DB9、BNC、卡侬口等。

进入IP 时代，各通话厂商采用了在原有通话矩阵机箱中增加IP 板卡的方式实现原基带系统的迭代升级。基带通话接口卡由于需要提供一定数量的物理接口，其单卡的最大接入能力有限，一般为16 路。但IP 通话系统将信号分配放到了交换机中，矩阵IP 板卡无需提供大量物理接口。IP 板卡的最大接入能力采用授权方式，可配置16、32、48、64 路等。这也体现出广电行业设备进入IP 时代的一个主要设计变化，即在相同的硬件配置下，通过授权实现不同的功能及接入能力。近些年各通话厂商在基于上述设计原则的基础上，推出了一些全新架构的一体化通话矩阵。不仅如此，目前业内也已出现了去矩阵化的通话系统，这使得通话设备向虚拟化的方向又推进了一步。

2. 通话面板

通话面板是日常转播中我们接触最多的通话设备，一般有12 键、16 键、24 键、32 键等不同规格，以机架式安装或桌面摆放式安装为主要安装方式。面板操作有拨杆式、按键式、拨钮式等多种类型。我们较为常用的是12 键、16 键或32 键拨杆式机架安装面板。通话面板提供麦克风和扬声器供外扩使用，亦可使用通话耳机。基带通话系统中，所有通话面板通过基带线缆连接到通话矩阵上，实现彼此间的联通。受基带线缆传输介质所限，面板与矩阵间最多间隔百米左右的距离。IP 通话系统中，我们将各区域的通话面板与各区域交换机相连，汇聚后回到通话矩阵。由于可以采用光纤作为面板与交换机或交换机与交换机之间的传输介质，所以在实际使用中，通话面板的使用范围不再局限于转播车内部，而可实现异地远距离联通。通话面板接入矩阵时带有控制数据信号，可对矩阵交叉点进行控制。通话系统的一个基础逻辑就是确保呼叫一定可以被收到，基于这个逻辑，通话面板对系统里的所有通话点只要打开“说”键，正常状态下就一定可以叫到对应通话点。同样，只要对应通话点麦克风处于开启状态，通话面板上打开“听”键，正常状态下就一定可以听到该通话点的声音。这两点是通话系统正常运作的基础。

3. 通话周边设备

除了IP 接口外，还有很多外部设备需要传统的四线、两线接口来接入，系统中需保留基带信号的接入能力。四线接口可以由一体式矩阵直接提供，或者由插卡式矩阵的四线板卡提供。两线接口由矩阵四线接口通过两线/ 四线转换设备以及两线供电设备来提供。在通话系统中，两线和四线由于不包含控制数据信号，所以并不具备矩阵交叉点控制能力，只能被动地被通话面板听到或者叫到。两线、四线通话点间的互通，需要在矩阵中设置交叉点绑定。另外，由于可能会将外来四线设备直接接入矩阵，系统间地线会存在电位差，易导致板卡损坏，所以系统中可以加入四线隔离设备来增加安全性。电话耦合器在国外的转播系统中大量应用，作为城际间主要通话实现方式，可根据使用需要加以配置。

4. 现场有线通话设备

除系统内工位外，转播现场也有现场导演、特种设备操作员、有线斯泰尼康摄像师等工位需要通话。在一定距离内我们可提供两线通话腰包或通话面板供各工位使用。两线通话腰包有单通道和双通道等几种类型，双通道的通话腰包在两线/ 四线转换设备及两线供电设备支持的情况下，可在一根卡侬线中提供两条完全独立的通话链路。对于需要多人操控的大型特种设备，操作人员间需要保证实时沟通，同时又要听到导演口令，双通道两线腰包可很好地满足需求。两线腰包“听”/“说”调制在一根卡侬线上，需要转换设备提供很好的反馈抑制功能以确保其正常使用。而且由于传输线缆中带有供电线路，在传输距离和抗干扰方面两线系统都存在一定的不足，IP 通话腰包在实现相同功能的情况下很好地规避了上述问题。目前的IP 通话腰包可视为一个四键通话面板，能够实现常规通话面板的大部分功能。其通过POE 供电，经由交换机间搭建的光纤传输路由可实现公里级的有线通话，这大大扩展了通话系统的应用范围，为远程制作提供了一种可行的通话实现方式。四线腰包由于需要单独供电支持，无论是电池方式还是外接电源方式，都降低了其使用的便捷性和可靠性，所以应用较少。

5. 无线通话

无线通话除了在广电行业，在体育赛事、文艺演出、电竞比赛等领域都有广泛应用。其中大功率无线对讲基站和对讲机设备、低功率内通无线基站设备和无线腰包都属于无线通话的范畴。无线对讲基站和对讲机适合大范围的无线通话需求，天线位置和功率合适的情况下甚至可实现城域范围内的无线通话覆盖。但是由于对讲机是半双工设备，无法满足同时听/ 说、频繁沟通的需求。内通无线基站和无线腰包是全双工设计，可以实现实时的交流与沟通。内通无线设备的功率一般都是毫瓦级的，相较几瓦甚至十几瓦的无线对讲基站要小得多。受功率所限，其信号覆盖范围较小，在场地较为开阔、少遮挡的情况下，一般在几百米范围内。为了解决覆盖范围问题，各通话厂商都推出了基于分布式天线的内通无线设备。内通无线基站天线间可实现互联拓展，形成一定范围内的信号无间断覆盖，大大扩展了无线通话腰包的应用范围。目前无线对讲基站和对讲机的工作频率基本在VHF 段或 UHF 段，内通无线基站和无线腰包工作在VHF 段、 UHF 段、1.9G、2.4G、5G 等频段。上述无线设备与系统内通话矩阵的连接都以基带四线或IP方式为主。

6. 通话系统

随着外场转播系统讯道数量、系统规模的日益扩大，通话系统的规模近些年也在逐渐增长。IP 时代，原本通话所需的大量基带连接线缆被网线或光纤取代，且通话面板可以与转播系统各区域的交换机相连，线缆连接长度大大缩短，这些都给通话系统规模的扩大打下了基础。

摄像通话是通话系统的重要组成，Sony、GV 等主流的摄像机厂商都已支持基于SMPTE ST 2110-30 协议的IP 通话。通话矩阵以SMPTE ST 2110-30 协议、Ravenna 协议或Dante 协议（需要Dante Domain Manager 进行协议转换）为标准，通过交换机与摄像机联通。摄像通话包括PROD 通话和ENG 通话两种方式。在基带系统中，PROD 通话通过光纤通路从 CCU 端传至机头端，需要保证两端设备均工作正常方可使用。PROD 通话为导演等制作工位与摄像师通话的主要方式。当光纤通路正常、机头工作正常时， ENG 通话同PROD 通话一样通过光纤通路传输。当光纤通路出现问题时，其可通过符合SMPTE 311M 标准的光缆中的数据线缆实现CCU 端与机头端的通话，即只要CCU 端工作正常，能给前端机头供电， ENG 通话即可使用。这个机制确保了在机头出现故障时，系统工程师有一个可靠的维修沟通渠道。ENG 通话主要作为系统工程师与前端工程师沟通使用，它与PROD 通话互不干扰，不会影响正常的节目制作。由于IP 通话系统中，摄像通话皆由IP 信号传回转播系统，且均需通过光纤传输，所以无论PROD 通话还是ENG 通话都需要保证前后端的设备工作正常。（Sony 摄像机保留了机头端到CCU 端的应急ENG 通话机制，可实现机头端故障时的应急通话。）为了方便系统工程师对有问题的前端摄像机进行检修、排查，需要借助无线通话或其他方式进行通话保障。摄像通话接入通话矩阵时，我们会独立接入每台摄像机的PROD 通话和ENG 通话。在田径、高尔夫等大型体育赛事转播中有大量频繁的机位转场，PROD 通话和ENG 通话会同时并发使用，对于节目制作起着同等重要的作用。

在很长一段时间里大家对通话的应用还不是很重视，多工位共用通话面板的情况比较普遍。随着高端制作的增加、人员的精细分工，通话的作用日益凸显。在目前的4K/8K 转播系统中，每个工位都有各自的通话面板。其中制片人、导演、助理导演、慢动作导演、视频工程师、音频工程师等主要工位，我们会提供不少于32 键的面板，其他工位提供12 或16 键面板。设备机架区、接口板区会安装通话面板，方便系统搭设和调试使用。具体通话面板数量按照系统规模的大小、工位的多少来决定，一般中小型转播系统面板数量在 10 至20 个之间，大型转播系统面板数量在30 个以上。两线/ 四线接口在通话系统中少量保留即可。两线通话腰包的功能可以由IP 通话腰包代替，部分无线对讲基站等设备仍需以四线方式接入系统。随着IP 设备的逐步完善，基带通话接口终将退出历史舞台。根据上述这些接口数量，可以得到一个大体的通话系统规模。考虑到扩展需要、备份需求以及级联需求，中小型通话系统规模在32 至112 路左右，大型通话系统规模在192 路以上。IP 通话系统虽然规模较基带系统扩大了很多，但是线缆连接、应用扩展等方面却更加便捷。

7. 通话系统级联

在田径、体操等多项目并发的大型体育赛事转播中，多套转播系统的级联被广泛应用。通话系统的级联可以采用四线级联方式、干线级联方式以及矩阵级联方式。四线级联方式只在音频层面实现系统间的联通，由于没有控制数据的联通，相应面板上需要常开“听”键以保证随时可以听到对方，这样势必会给彼此带来一定的干扰。干线级联方式采用四线、IP 等方式联通数条级联干线，再将系统间的控制数据联通，这样多系统面板间可以像与本系统内面板通话一样操作，不必常开“听”键。干线方式的级联能力受干线数量的限制，并且有些独立矩阵的功能在该方式下无法实现。矩阵级联方式是最完全的通话级联方式，级联后的多个通话系统可视为一个整体来进行设置和操作，除了需要规划通话点的命名外，没有其他限制和功能的缺失。最新的一体化IP 通话矩阵支持同型号矩阵间的互联，极大地简化了通话级联设置。由于现在单体转播系统的规模都很大，在超大型转播中，双车或三车级联完全可以满足需求，所以干线级联方式可以应对绝大多数的级联应用场景。

8. 通话系统备份

在基带通话系统中，我们将一个应急通话面板设置为Hotmic 模式，直接通过分配设备将面板 Hotmic 基带输出信号送入CCU 的ENG 通话通道或者CCU PGM 通道作为整个通话系统的备份。即使通话矩阵出现问题，导演也可以通过这个应急通话面板与摄像通话。IP 通话系统中，我们将应急通话面板的Hotmic 基带输出信号送入音频系统，转为IP 信号后送入CCU PGM IP 通道，摄像机机头通过PGM 返送声可以听到导演的口令。此外，各通话厂商也在陆续推出基于IP 系统的通话备份方案，目前多台一体式IP 通话矩阵间的无缝倒换已经实现。相信随着技术的发展，通话系统的备份会越来越完善。

三基于公网的IP 通话方案

新媒体和远程制作是当下的热门，IP 通话系统虽然可以实现公里级的通话传输，但是无法满足新媒体和远程制作的灵活性需求，基于服务器和手机客户端的通话系统可以很好地适应这两种制作形式。 Clear-Com 公司的Agent-IC 和RTS 公司的VLink 是目前常见的远程通话系统。它们都基于自有IP 设备或PC 设备运行服务器端软件，并提供主流手机系统的App 客户端软件，通过购买授权或硬件设备的方式增加对手机客户端的支持数量。系统可以在局域网中运行，也可通过公网运行（需要公网IP 地址）。在系统设置和使用逻辑上，以LQ 为服务器端的Agent-IC 基于Partyline 系统逻辑进行设置、使用，以通话矩阵IPA 板卡为服务器端的Agent-IC，以及以PC 设备为服务器端的VLink 均基于通话矩阵系统逻辑进行设置、使用。手机客户端的操作类似于传统通话面板，有“听”/“说”按键，可以实现简单的通话功能。目前远程通话系统功能还相对简单，稳定性受服务器端硬件及网络环境影响较大，简单的节目制作形态尚可满足需求，但无法胜任大型转播的要求。

四通话系统未来展望

步入IP 时代后，广电行业的设备更新步伐明显加快，通话系统的IP 化也随之逐渐深入。未来的通话系统可将系统核心部署于公网云端服务器或本地端服务器中，服务器间可通过网络互通，形成通话网络。外场转播系统、演播室系统以及新媒体制作系统在通过本系统通话服务器实现系统内通话的基础上，亦可通过云端服务器与单边点摄像师、航拍摄像师、特种设备操作员及特殊机位摄像师进行通话。通话的应用不再局限于系统内、转播现场，而是可以遍布所有网络可及的地方。相信随着总台“5G+4K/8K+AI”战略的推进，通话系统必将有更广泛的应用空间和发展前景，隔万里若咫尺将会成为现实。

转载请注明来源：《现代电视技术》作者：中央广播电视总台范文淼