4K超高清播出系统的关键点探讨

对于国内各电视台，打通全台4K 制播全流程是当前迫切需要的，是互联互通落地实现的重要一步，同时可以推进4K 符合国情的技术标准制定、4K 节目内容生产与引进，以及融合媒体运营的探索。本文结合超高清及相关最新的技术，针对4K 超高清播出系统的框架、业务流程和关键技术进行探讨。播出系统 4K 超高清 SDI over IP SDR 与HDR 中央电视台张 娟

一 4K 超高清电视广播发展情况随着受众对电视清晰度要求的不断提高，4K 超高清电视和视频业务受到了热宠。超高清电视带来更高清晰度、更广视角和三维包络式的音响环境，为观众营造临场感和沉浸式体验。2014年是超高清发展非常重要的一年，电视机生产厂商纷纷调整战略加大4K 技术投入，Netflix 、三星、索尼、亚马逊等公司都开始推广4K 视频服务。电视机价格的趋降和内容资源不断丰富，4K 超高清进入快速增长通道。对于传统的电视媒体而言，由于电视台和地面、有线、卫星的分发渠道在4K 演进方面需要庞大的投资，用传统广播分发4K 内容进程会比较缓慢。因此在超高清发展的早期阶段，传统媒体转向4K 的措施主要集中在上游制作领域，一些最新的4K 内容一开始或许是通过OTT 渠道分发的。全球范围的，2015~2016年付费电视广播运营商和许多一级广播公司推出4K 内容商业服务。4K 超高清电视和视频业务未来将成为广电和网络运营商的基础业务，全球性重大赛事或事件是推动超高清电视产业发展壮大的契机，2016年巴西奥运会实现了全球首次8K 超高清现场实况转根据我国《新闻出版广播影视“十三五”发展规划》中的主要任务要求，适时开播4K 超高清电视试验频道，推动构建高清、4K 超高清电视混合播出系统是媒体发展的必然趋势。二 4K 超高清播出系统框架关键点

（1）提升电视质量

4K 超高清播出系统设计结合超高清的新技术新工艺，

实现电视节目在分辨率、数字量化、色彩空间、动态范围

以及三维声音频等方面的质量提高。4K 超高清播出系统延

续采用多通道硬盘自动播出结构，满足各种形态的播出要求，自动或手动实现规定顺序的节目播出，主要播出形态为硬盘或介质的节目录制文件播出，以及来自总控的外来直播信号播出，同时，在播出系统完成图文字幕的混合叠

加，可根据需要进行节目播出进程调整。（2）新技术新工艺4K 超高清播出系统在业务流程上增加4K 编排和4K 文件管理，引入服务器虚拟化IT 基础架构，增加基础资源

能力，提升4K 文件传输的带宽和4K 文件的转码、质检运算能力。引入监控大数据处理、人工智能故障分析诊断等技术，达到优化资源配置、敏捷资源整合、应急自动切换、故障智能诊断、低空间低功耗的目标。4K 超高清播出系统在视音频基础架构方面引入基带信号IP 封装传输方式，使

用通用IT 交换机和物理链路提升4K 无压缩码流的传输带宽，提供更便捷灵活的监听监看方式，引入视音频处理软件化运算，达到视音频处理模块微服务式的灵活伸缩目标。（3）实现敏捷应用播出业务管理和监测采用模型化设计，应用可动态伸

（计划、备播、播出、播后）全流程的自动

化闭环控制。播出系统采用通用平台架构，

在IT 通用资源、信息安全平台、软件能力

模块等方面可以与各类现用系统有机融合，并实现新业务的灵活扩展。4K 播出系统根据新技术发展和业务融合，在软件架构设计上引入管、监、控三维模型体系，业务软件的开发模块化，并支持服务器虚拟化和桌面虚拟化，探索容器化架构和微服务，可实现灵活的纵横扩展与收缩。2. 体系架构4K 超高清播出系统接入全台原有制播网络体系架构，播出系统与台内各生产系统相互连接，从接口类型来说，

包括节目播出信息交换接口、节目播出文件交换接口、视音频信号接口。从系统的定位来说，包括上游的节目生产系统、广告管理系统、制作系统、媒资系统、广告系统、演播室系统或主控系统，下游的传输系统和新媒体平台等。4K 超高清播出系统分为视音频切换系统和播出控制、管理、监控系统两部分。视音频切换系统处理实时播出的视音频信号，控管监系统实现播出业务的管理（如图1）。

三 4K 超高清播出系统业务关键点 4K 超高清节目播出业务流程分为计划、备播、播出、播后四个阶段。播出计划阶段完成播出串联单的制作和发布，由总编室及各频道编辑部根据节目播出计划、直播通知及修改通知制作播出串联单，通过节目生产系统发布播出节目单。播出备播阶段完成节目播出的各项准备工作，播出系统先进行节目单整备，再按照节目单完成节目文件

的整备，并进行直播资源的调度。播出阶段，播出系统按

照节目时间表完成节目播出。播后阶段，播出系统完成播

后数据处理及节目文件归档。1. 节目单据管理4K 超高清播出单据管理需要在原有高清的基础上增加相应的4K 标识。格式标识需要增加超高清4K 25P ，超高清4K 50P ，超高清4K 100P 等。声道信息需要增加

5.1+4H 三维声等。需要增加色域标识，区分Rec.709色域和Rec.2020色域。需要增加动态范围标识，区分SD/HD 2.4、UHD HLG 、UHD PQ 等。

2. 节目文件管理4K 超高清节目文件管理需要在原有高清的基础上增加

4K 超高清文件的管理。总体的，文件迁移效率、存储空间、

3. 播出控制管理4K 超高清的播出控制需要增加对50P 帧率文件的解码控制，增加对基带IP 封装的切换控制，增加对SDR 和HDR 混播的元数据管理和控制，增加5.1立体声和5.1+4H

三维声混播的元数据管理和控制等。四 4K 超高清播出系统视音频处理 关键点1. 超高清电视系统参数2012年8月，国际电信联盟（ITU ）发布了“超高清电视UHDTV （Ultra High-De finition TV ）”标准的建议，将屏幕物理分辨率达到3840×2160及以上的电视称之为超高隔行扫描，每秒25帧，超高清4K 电视提升至逐行扫描，

每秒50帧。高清电视使用Rec.709色域，超高清4K 提升

至Rec.2020色域，综合量化灰阶的增加，整个色彩空间扩大了。2. 信号传输基础架构

（1）SDI over Cable

沿袭传统广电应用形态，最开始，超高清传输采用SDI

over Cable ，采用4根3G 同轴来传输12G 的4K 超高清信号，有SQD 和2SI 两种模式。在这种传输方式下，四路信

号分离传输，画面同步对齐、线缆众多等问题都给系统建设、调试和播出带来很大的困难（如图3）。

SMPTE 也陆续发布了一根同轴传输6G 、12G 、24G

的标准来应对这些问题，目前也有支持12G 的设备落地，

Cable 的传输距离是瓶颈。

（2）SDI over IP

IP 化的演进从2007年开始，SMPTE 发布压缩视频的IP 化标准SMPTE 2022-1、2022-2/3/4，2012年发布高清非压缩视频的IP 化标准SMPTE2022-5/6/7，2015年AES 发布了音频的IP 化标准AES67、SMPTE 发布了网络时钟标