通过Tallyman实现bmd多画面内动态源名及Tally显示
【摘要】演播室及转播车视音频系统的监看和制作，离不开信号源名和T a l l y灯的显示，不同厂商监看设备对于源名和T a l l y灯的显示支持有不同的协议，目前演播室及转播车上主流管理和控制Tally及源名的设备为tsl公司的tallyman控制系统。本文主要目的在于，通过自主研发、制作相关转换设备，实现Tallyman控制系统对bmd多画面的tally显示及源名跟随。
【关键词】TSL Umd协议，blackmagic Videohub协议，SDI TALLY，3G-SDI Shield for Arduino
一.引言
Blackmagic Design（简称bmd）公司生产的视音频设备具有功能丰富，安装方便及价格便宜的优势，因此在广电内视音频系统的集成和制作中具有广泛的应用。苏州广电8讯道高清转播车升级为10讯道的项目中，使用了一批B M D的矩阵和多画面，作为对于原转播车系统视频监看上的扩充；为了方便节目制作对于画面监看的要求，需要通过转播车现有的Tallyman系统，去控制B M D多画面和矩阵，实现B M D多画面内信号动态源名和T a l l y灯的显示。但是由于B M D多画面的控制和显示只支持自己内部的协议，因此需要设计相关设备的转换，将Tallyman相关控制协议，转换成BMD能够识别的协议。
二.设计原理及需求
1.Tallyman源名及tally显示原理
T a l l y M a n控制系统支持目前大部分广电设备的接入，如视频切换台、矩阵、多画面、串行和并行T a l l y输入输出等。Tallymany控制系统对视频多画面的控制主要使用的是tsl UMD协议，此次项目中对Bmd多画面的tally和源名显示主要解析的是TSL UMD V3.1协议。tallyman服务器内包含有矩阵源名信息和视频信号切点状态，T a l l y M a n y与多画面建立连接并单向发送U M D数据到多画面服务器，U M D数据内包含对多画面内每个窗口的源名、Tally信息记录，当多画面服务器接收并解析umd数据包以后，获取源名和Tally信息，并记录到多画面的输出。（1）Tallyman系统内部配置方法如下
A.添加“UMD Display Interface”设备并命名，选择umd类型为“Multiview（tsl Protocol）”，即umd V3.1协议，一台多画面对应一台“UMD Display Interface”设备。
b.点击“edit Comms Parameters”配置通信端口，通信类型为“Network UDP”,端口号为8900，IP地址对应多画面服务器地址（此次项目中IP地址对应UMD转换设备的地址）。
C.选中新添加的“UMD Display Interface”设备，添加多画面输出配置“Add/delete displays in Layout”,确认在多画面中需要显示的画面数，此次项目为4画面输出，如图2所示，多画面内部地址从0~3自动分配。
d.双击多画面内每个d i s p l a y，进入显示配置界面，配置界面内，选择源名显示为“Follow Matrix Destination”（此次项目中多画面的输入信号均由矩阵提供），之后在“M a t r i x Assignment”配置项，设定矩阵的目的端口，对应为实际矩阵输出到多画面的端口，最后再“Tally Channel”中打开需要对应的Tally通道，一般为pgm和pvw的tally显示。
e.配置完多画面内每个通道对应为跟随矩阵源名后，保存Tallyman配置信息，发送到tallyman主机并重启。
（2）TSL UMD协议分析
T S L U M D协议也称作动态源名显示协议，该协议支持RS422/485、UDP、TCP等多种传输方式，TSL U M D协议每隔200m s发送一个数据包，每个数据包内包含有18字节数据，数据以16进制方式传输，数据包的格式如左图所示。
第1个字节“Header”和“0x80”相减,对应多画面内部显示地址，第2个字节“C o n t r o l”对应T a l l y状态以及显示的亮暗信息，第3～18个字节“Display Data”表示多 画面内显示源名的内容，显示的内容由16进制数据对应的A S C I I码表示。
例如多画面内以16进制接收到18个字符为“81 21 43 41 4D 20 31 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20”，“81”表示在多画面内显示地址是“1”，“21”表示PGM Tally点亮，pst T a l l y熄灭，后面3～16个字节通过a S C I I码表转换成相应的字符是“CAM 1”。
（3）动态UMD协议工作方式a.当没有t a l l y及源名变化时，每隔200毫秒,会从地址“0x80“递增发送到地址”0x f d“，也就是循环发送126个数据包，每隔25秒所有Tally及源名信息发生一次更新。
b.如果没有对动态源名进行设定，默认多画面内字符串显示内容为“LOCAL1“～”LOCAL126。
c.当p G M信号切换引起T a l l y变换时，多画面会收到一个长数据包，共36字节数据，其中前18个字节说明需要熄灭Tally灯的多画面地址和源名信息，后18个字节说明需要点亮Tally灯的多画面地址和源名信息。
d.当矩阵输出到多画面内的视频源发生变换时，多画面会马上接收到1个数据包，共18字节数据，指定该矩阵到多画面内对应的信号源名发生了改变。
2.Bmd矩阵源名及tally显示原理（1）BMD多画面和矩阵控制协议
B M D矩阵和多画面支持相同的控制协议，协议全称为“Blcakmagic Videohub Enthernet Protocol V2.3”，该协议支持外部TCP控制，端口号为9990，协议目前只适用于BMD内矩阵和多画面的控制（可以把B M D多画面理解为带内部信号分配、并只有一个多画面输出口的矩阵），控制方式包括内部输入和输出信号路由分配、名称修改。如图5所示，为修改输入和输出口0和1标签的命令方式。
目前在Tallyman系统软件V1.85版本以上，能够支持对B M D矩阵控制的接入，但是还不包括对B M D多画面控制，尤其是动态源名和T a l l y灯显示那一块，因此我们还是要通过第三方硬件加以转换，以便满足系统上对动态源名和Tally显示的需求。
a.b M D多画面T a l l y显示协议
B M D多画面只支持S D I T a l l y协议，即通过在单根S D I信号中嵌入T a l l y信息，发送到多画面最后一个输入口，并在多画面配置中打开Tally显示功能。sdi Tally是bmd内部tally显示协议，目前只有A T E M系列切换台的P r o g r a m端口支持s D I Tally输出。
3.系统设计需求综合上述Tallyman和bmd控制协议，我们在系统设计时，首先需要确保B M D矩阵、B M D多画面、T a l l y M a n控制系统、
协议转换设备在同一局域网内，T a l l y M a n能够连接并控制b M D矩阵；其次协议转换设备通过U D P方式读取并解析T a l l y M a n输出的U M D控制协议，将U M D控制协议的T a l l y信息转换成s D I TALLY，输出到BMD多画面最后一路输入，将UMD控制协议的多画面源名信息，转换成V i d e o h u b协议，输出给b M D多画面；最后BMD多画面读取SDI Tally，确认多画面内tally显示地址，同时通过Tcp方式接收videohub控制数据，修改对应多画面内信号显示的源名信息。
系统连接框图图下图6所示。B M D矩阵８路输出分别给两个B M D多画面的输入，其中矩阵送给多画面的最后一路S D I信号经过“BMD Shield for Arduino”，嵌入sdi Tally信号后，再输送给多画面，同时“BMD Shield for Arduino“与系统内其他设备处于一个局域网内，负责解析TSL UMD数据并发送动态源名数据给BMD多画面。其中“BMD Shield for Arduino”就是此次项目中研发的协议转换设备，该协议转换设备由B M D官方提供的相关SDI TALLY嵌入设备“3G-SDI Shield for Arduino”（简称S h i e l d板），配合网络收发模块和单片机组合而成，a r d u i n o U n O单片机开发板通过烧录自制程序循环运行，通过I2C总线与S h i e l d板内部通信，完成对s D I信号内T a l l y信息的嵌入；同时Arduino UNO单片机TTL串口输出给网络模块，将TTL串口数据转换成网口数据，完成与T a l l y M a n和b M D多画面之间的各项通信工作。
三.协议转化的设计与实现
1.转换设备电路图转换设备电路图如图7所示，设备供电方面，转换设备整体采用12V稳压电源供电，电源经过BMD Shield板内部转换成5v电压，再分别供电给Arduino UNO单片机开发板和USR-TCP232网络模块；内部通信方面，Arduino Uno开发板和shield板之间，通过S D A数据线和S C L时钟线连接，采用I2C总线通信协议，将Tally信息嵌入sdi信号，arduino UNO开发板串口接收（RX） 连接网络模块发送端口0（T X0），接收T S L U M D数据包，串口发送（T X）连接网络模块接收端口1（R X1），发送B M D Videohub数据包；信号收发状态监看，可从网络模块的
W o r k端口连接数据线到l E D灯，收发数据时会对应L E D灯的闪烁。
网络模块USR-TCP232能实现双TTL串口转网口，双TTL串口通信互不干扰，TTL0转网口工作在UDP Server模式，网络地址和Tallyman对应，端口号为8900，负责专门接收tallyman发送的TSL UMD数据包；TTL1转网口工作在TCP Client模式，网络地址和Bmd多画面对应，端口号9990，负责专门发送videohub数据包到多画面服务器。如图8为网络模块内部配置。 TTL串口转网口网络模块具体配置原理和方法如下： a.模块和t a l l y M a n控制系统进行通信时，使用t T L0接收数据，在配置页面左侧选择“R S232”，设定S o c k e t A工作方式为UDP Server模式，本地端口设定为8900，远程端口设定为0，Socket B工作方式none,tallyman作为udp Client，只负责向模块发送U M D协议的数据，不负责接收，此时模块内部端口0 （端口号8900）接收到Tallyman数据后，转成串口tx0，发送给Arduino开发板的串口rx接收。
b.模块和b M D多画面进行通信时，使用T T L1发送数据，在配置界面左侧选择“Rs485”，设定socket A工作方式为TCP Client模式，本地端口设定为0，远程端口设定为9990，socket B工作方式NONE，BMD多画面作为TCP Server，只负责接收模块发送过来的V i d e o H u b协议数据，不负责发送，此时a r d u i n o开
发板的串口T X发送到模块的串口R X1，转成网络端口1（端口号9990），发送给BMD多画面。
c.由于arduino Uno开发板的串口不会同时处于发送和接收状态，此种连接方法很好地利用了串口资源，节省了网口数量，方便了内部系统的接入。
2.Arduino Uno开发板实现程序编译及上载（1）程序设计流程
BMD Shield板的开发套件中，包含有sdi Tally的sdk开发包，并支持C语言，具体程序设计流程如下，如图9所示：
a.安装arduino开发I D E工具，使用U S B并连接Arduino Uno开发板，安装PC驱动程序。
b.打开arduino IDE开发工具，加载BMD SDK开发包内“BMDSDICONTROL. h”头文件。
c.通过调用内部程序“Bmd_sditallycontrol_i2c sditallycontrol(0x6e)”，设定I2C总线通讯地址，默认S h i e l D开发板I3C通讯地址是“0X6E”，也可以通过B M D官网下载Shield驱动程序，修改i2c通讯地址。
D.初始化单片机，设定串口通信波特率,打开SDI Tally控制和写入功能。
E.进入单片机循环程序，通过串口读取TSL UMD协议数据包，数据包每隔200毫秒自动往单片机串口发送一次，每个数据包内包含18位或者36位数据。
当接收到18位数据时，从第1位、2位、3～18位中分别提取多画面显示地址码，T a l l y显示状态，多画面内字符名称，将显示地址码和Tally状态，通过sditallycontrol.setcameratally()函数，嵌入到Shield板的sdi输出信号中，将地址码和字符名称，转换成Videohub协议，通过串口转网口，发送给对应bmd多画面。
当接收到36位数据时，说明T a l l y信号发生了变化，分别提取前18位和后18位，处理方式跟处理标准18位数据时一样。（2）程序编译以及上载
Arduino UNO开发板通过USB数据线连接电脑并安装驱动后，可以直接通过Ide工具，将程序编译并烧写到arduino Uno开发板上，由于烧录程序采用的原理是U S B转串口方式，会占用单片机内串口资源，因此烧录开始前，需要断开单片机串口和外部设备的连接，并在烧录程序成功后，断开U S B线，重新将单片机串口和外部设备连接。
3.设备加工及安装
（1）功能模块安装
BMD Shield板、arduino UNO开发板、TTL转网口网络模块，是构成协议转换设备的3大模块，Shield板和arduino Uno开发板在针脚定义及孔位上一致，可通过排针插口直接将Shied板安放在Arduino Uno开发板上面；网络模块需要另外固定安装，为了方便后期固定，先将网络模块固定在洞洞板上，然后通过飞线和开发板进行供电和通信。 （2）设备外壳加工
B M D官方在提供S h i e l d板和开发包时，并未提供相关的设备安装和外壳信息，因此所有的设备安装调试完都是裸露在外，如果要安装到转播车或者考虑户外使用，需要固定安装在保护壳内。Shield板和arduino Uno开发板叠加的厚度为35mm，深度为70m m,加上网络模块后宽度为82m m，因此综合考虑，能够放入82mm*44mm*100mm的铝合金外壳，并固定到标准1u机架内。
铝壳开孔方式通过雕刻机设计刀路路径精确进行，铝壳底部打M3螺丝孔位，用于固定电路板；铝壳侧面开槽，预留出转换设备网口、USB口、12V供电口，SDI IN和SDI OUT口；铝壳内部用5m m铜柱将电路板进行垫高并进行绝缘隔离。雕刻机雕刻后的实际样式及最终效果如图11所示
四.总结
综上，这次转换设备的研发和制作，解决了T a l l y M a n系统对B M D矩阵和多画面互联互通问题，通过T a l l y M a n实现了在B M D多画面内显示动态源名和T a l l y的功能，转换设备在项目安装应用中，配置简单，对系统改动要求少，方便接入和安装，有效满足了我台8讯道转播车系统项目扩展对于多画面制作监看上的需求，节省了设备成本开支。
同时，此次研发制作也是对S D I信号内嵌入控制信息的一次有效探索，B M D公司提供的S h i e l d板，除了提供控制s D I T a l l y功能外，还包含了对摄像机、镜头、音频、云台等各类参数的控制，如果能够有效的将这些控制信息嵌入到单根SDI线，并在末端进行解析分发，能够极大简化视音频系统内控制信号的传输和接入，给广播电视节目的制作带来更多的可操作性和便捷性。B&P