浅谈 4K超高清制播关键技术

浅谈 4K超高清制播关键技术

姚静

重庆广播电视集团（总台） , 重庆 400039

摘要：随着4K、8K超高清技术在世界杯、奥运会等大型赛事制作和转播领域的全面应用，超高清视频技术发展越来越快。在国内随着4K电视终端的全面普及和广东电视台、中央电视台4K频道的开播，4K超高清播出系统将进人快速发展阶段。因此本文主要是对4K超高清制播关键技术进行分析，在这个基础上提出了下文中的一些内容。

关键词：4K；超高清；播制技术；分析

1导言

视音频行业的发展以不断地追求着更加清晰的图像和更保真的声音为目的，尤其是在数字化的进程中，从标清到高清再到如今的4K超高清电视的逐渐普及，都极大地显示出电视行业迅猛的发展趋势。只有对4K超高清电视技术进行深入研究和分析，掌握其核心技术，才能够加快4K超高清电视技术的普及。

2分析4K超高清电视概念

4K一般是指电视的分辨率，在电视屏幕中，我们能够看到电视的画面内容，是因为电视屏幕中充满了像素点，将每一个像素点点亮以后，屏幕就可以发光，并且能够显示相对应的画面内容。4K电视是屏幕物理分辨率能够达到3840×2 160像素的电视机产品，它的分辨率是2K电视的4倍。也就是说，相较于之前的高清电视来说，观众能够更加清楚地观看到画面的每一个细节和特写，体验更佳。

3 4K技术发展趋势分析

除了4K摄像设备、4K切换台、4K监看、4K电视机技术的发展之外，4K趋势的发展朝着数字电影领域发展，如今很多影院已经尝试搭建4K影院系统。4K摄像机分辨率可以达到800万像素以上，让观众视觉体验达到更佳，4K摄像设备的产品相对来说比较丰富，高中低端都有。主流的生产厂商有索尼、松下和佳能等。4K切换台：4K切换台是在节目制作中实现清晰度切换的功能，如极高清晰度标准信号与1080P、4K水平显示信号之间的切换，HD技术与4K技术混合实现同比缩放。4K监看技术：以索尼出品的LUM-560W为例，其分辨率最高为3840x2160，可以在同一个时间内显示四张图片，具备极高清晰度。松下出品的3840x2160监控装置面板最大为31英寸，分辨率最高为4096x2160，有多个不同的输入端口完成不同路线的同步监控。4K技术普及加速了电视的制作流程，其中4K节目类型中体育赛事直播是电视节目中比较有特色的节目，4K技术在电视领域得到了良好发展，目前4K技术检测认证的显示器已经有几十款。4K技术在家用投影领域，无论是性能、布局还是效果上，4K投影机都是高端产品，以及顶级产品。

4相关标准和关键技术

在国际标准方面，图像特性、光电转换等方面参数定义由原来的高清ITU-RBT.709-6(06/2015)发展到ITU-RBT.2020-2(10/2015)，ITU-RBT.2100-2(07/2018)标准对HDR电视节目的制作和传输做出了规定，提出了PQ（感知量化）和HLG（混合对数伽马）两种量化曲线。在SDIoverIP技术方面，2007年至2013年主要是依据SMPTEST2022-1-7标准，而在2017年以后各方基本认同SMPTEST2110-10-40标准。在国内标准方面，高清图像标准GYT155-2000对应ITU-RBT.709-3，4K超高清图像标准GY/T307-2017对应ITU-RBT.2020-2，HDR高动态范围标准GY/T315-2018对应ITU-RBT.2100-1，4K超高清音频标准GY/T316-2018。

国内标准整体上参照了国际电信联盟相关标准，并考虑到我国电视制式和应用需求，增加了部分要求。4K超高清关键技术主要涉及到超高分辨率、宽色域、高帧频、HDR、IP传输以及多声道音频这几个方面。3、4K传输接口4K/8K超高清视频无压缩信号码流达到12Gbps、48Gbps甚至更高，用一根3G-SDI已经无法传输。因此，设计中应着重考虑4K传输接口和线缆的选择。4K传输和接口的要求主要有两个方向的解决方案，一个是基于SDI的电口解决方案，另一个是基于IP的光模块接口解决方案。基于SDI电口的解决方案又分为四线3G-SDI（QuadLink3G-SDI）和12G-SDI两种方式，这两种方式存在系统布线复杂、接口和线缆要求高等缺点。基于IP传输的解决方案又分为浅压缩（TICO、LLVC/NMI、VC2）和无压缩（SMPTEST2022、ST2110）两个方向，这其中浅压缩方式各家格式不统一系统连接需要转换，无压缩方式SMPTEST2110则被各方认为是未来发展方向。

5 4K制播系统架构

4K电视节目从图像采集端到受众接收端的整体系统中，按照信号流顺序可以分为：4K采集/制作、4K节目播出、4K传输和4K接收这四个主要环节。4K制播系统属于前两个环节，本文将给出其系统架构以及子系统设计方案示例。4K传输需求：一是视频编码采用AVS2，有些地区为满足接收机顶盒解码兼容也采用HEVC（H.265)编码方式，码率≥36Mbps，HDR可以采用PQ/HLG（电视台4K节目制作主要使用HLG方式）；二是有线电视网络（CATV）：DVB-C64QAM或者256 QAM的1个频点满足传输一套4K节目；三是直播卫星网络（DTH）：满足QPSK调试36MHz转发器或8PSK调制8MHz带宽，传输一套4K节目；四是有线宽带网络（IPTV）：4K电视节目码率≥36Mbps；五是4K接收端包括4K电视、电脑、Pad和手机等终端，接收端需要接入网络或者接收机顶盒等附属设备支持。4K制播系统主要包括：HD/4K视频源、4K总控、4K播出和HD/4K后期节目制作四部分。HD/4K视频源包括：新闻演播室、综艺演播室、专题演播室、外来信号、EFP、OB-Van、ENG以及第三方拷贝。视频源可以是HD/4K的信号流或文件化素材，信号流可以直接接入总控矩阵进行信号分配调度，文件化素材统一入口安全上载至后期制作网络进行编辑制作。4K总控负责全台HD/4K节目调度以及监看，总控矩阵可以是SDI矩阵或者IP矩阵，需要设置主备矩阵。后期节目制作网络配置统一的网络交换、应用服务和存储等资源，通过HD/4K编辑制作工作站完成文件化电视节目后期编辑制作。成品节目直接推送至播出网络用于播出备播。HD/4K播出系统配置播出网络系统、播出切换、播出服务器、字幕机、播出控制、播出监看、多选一以及编码设备等。播出系统可以选择SDI或者IP化解决方案，4K播出现阶段主流选择4K播出一体机解决方案，将4K播出服务、台标字幕、播出切换功能集为一体。播出切换过程中也会涉及到HD/4K信号的上下变换。

6结论

通过上述分析可以得出，近年来，我国4K技术的发展步伐迅速，据央广网的消息，2019年上半年，4K超高清电视占国内彩电销售比重达70%，但面临的问题是，大部分4K电视用户却还是面临着用着4K电视看高清视频的尴尬场面，因此生产更多的4K节目势在必行。

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