广播电视台4K超高清播出关键技术应用

广播电视台4K超高清播出关键技术应用

周小龙

新疆广播电视台   新疆乌鲁木齐市   830019

摘要：时代的快速发展中广播电视台也迎来新的挑战，为了提升广播质量与行业的进步4K超高清播出技术应运而生。目前，电视播出技术已经从标清、高清逐渐发展为超高清，观众能够获得身临其境的观看体验。4K超高清电视播出系统融合新技术和新工艺，全面提高了电视节目播出质量。基于此，本文首先分析4K超高清电视的基本特点，然后探索4K超高清电视播出系统的设计方法。

关键词：4K超高清电视；播出系统；设计分析

引言

随着计算机和网络技术的不断进步，广播电视技术日新月异，电视信号的清晰度已经从传统的标清进入高清，4K超高清电视以及更高分辨率的8K也已经开始在大型活动、赛事直播中应用。在这一阶段，4K电视的制播逐渐成为国内电视台发展的主流方向。4K电视播出和高标清播出在技术架构上有不同的选择，分别是传统的基带播出架构和基于无压缩IP模式的IP播出架构两种，也代表了两种技术走向。

14K超高清播出系统概述

1.1高清晰度

超高清是4K超高清播出系统的显著特点。高清晰度体现在画面具有较高的分辨率。4K超高清播出系统的分辨率效果可以达到3840×2160，显示的像素点数是HD高清的4倍，且可以实现最低50帧的逐行扫描，最高可达100-120帧。4K超高清播出系统的高清晰度和高帧频特点能够极大地改善电视节目的播出效果，增强观众的观看体验。

1.2高动态范围

高动态范围（HighDynamicRange,HDR），又被称之为宽动态范围技术。高动态范围技术的应用原理是应用多张不同曝光的图片，通过软件将多张图片组合成一张图片，从而实现提高画面质量的目的。在高动态范围技术下，4K超高清电视的显示亮度能够升级，节目画面能够更好地反映真实环境中的视觉效果。

1.3图像还原更真实

与传统标清和高清的色域范围相比，4K 超高清播出系统的色域范围可以达到 Rec.2020 标准。基于 4K 超高清播出系统的UHDTV超高清电视的色域相比基于HD高清电视的色域范围有了更大的扩充，提升了画面的色彩丰富度，使电视节目中的图像呈现更加接近真实环境。例如，在使用基于4K超高清播出系统的电视收看足球比赛时，观众可以明显区分球员衣服上的红色与现场LED显示屏上红色的深浅度。

24K超高清电视关键技术

2.1超高清和高清电视节目同播技术

超高清电视制作与播出的应用成本较高，国内广播电视从业人员积极探索超高清与高清电视节目的同播技术，通过超高清电视与高清电视录播流程与制播流程的同播，节省超高清电视制作与播出应用成本。在超高清电视录播环节，主要有两种制作方法。第一是高清向超高清的转换，前期制作高清标准动态范围调光，后期制作转换成超高清HDR信号，在高清频道可直接播出高清SDR信号，在超高清频道可直接播出超高清HDR信号。第二是运用媒资系统转换动态参数转码播出。动态参数转换与固定参数转换不同，能根据4K超高清电视内容特性进行动态转换，以获得更高质量的4K超高清节目录播效果。对超高清直播而言，同播技术也有重要的应用，超高清信号可直接在超高清频道播出。高清信号的直播，则需将SDR信号转换成超高清信号后在超高清直播频道播出。

2.2时码控制技术

广播电视台4K超高清播出系统严格按照目前行业标准进行规划建设，视频图像分辨率为3840×2160，帧频＞50，在此基础上进行逐帧扫描，满足4K超高清视频系统的设备及图像质量要求。由于过往采用的25p播控技术已无法满足目前的要求，对控制逻辑进行适配改造十分必要，要在保证文件码率格式合理的基础上，保证播控软件能够全面识别节目单中的50p文件信息。该项技术的定位更为准确，生成指令更为可靠，通过VDCP协议便能够有效传输至服务器端口。服务器完成软件信号的接收工作后，对软件信号中的帧位进行转换，转换后以标准化的文件格式呈现，之后结合节目时码轨道的码数以及软件传输的指令进行帧精度定位，效果确切。

2.3现场制作

现场制作4K超高清电视节目时，视频系统功能结构、节目视频记录格式应以4K超高清电视节目技术要求为准。（1）制作节目相关音频、视频时，视频系统可采用4KHDR直播录制模式，视频录制格式设计为3840×2160/50p、HLG/1000nit，录制过程中的画面色域为BT.2020。采用直播形式播出4K超高清节目时，视频系统还应在电视节目制播过程中直接传送信号，同时按照演播室要求，分析外来信号格式，将信号统一调整为HDR格式。由于视频系统中的4K超高清摄像机具有输出高清信号的功能，所以在超高清录制、直播电视节目时，视频信号格式可设计为1920×1808/50i或者3840×2160/50p，直播期间利用现场直播信号总控制系统输入、输出播出信号，播出电视节目。（2）4K超高清节目直播时，电视台的音频服务系统需要详细、完整的记录伽玛HLG、PQ、SDR、LOG等视频文件。视频文件的压缩编码、封装格式应统一管理。

2.44K制播流程质量控制

全程使用HDR、BT.2020拍摄、制作和播出。画面质量控制尽量在前端完成。节目拍摄时，尤其注意画面平均亮度及人物脸部亮度不能过高。节目剪辑制作时，对画面进行调色。节目送至备播区进行自动技检，对节目的格式、画面等进行检查，经人工复检后方可播出。播出时，对播出信号的格式、画面质量等进行监视，确保4K超高清画面符合播出要求。

2.5播出系统技术路线的设计

4K超高清播出系统主要通过4路3G-SDI基带系统对视音频链路进行设计，并配备AllinOne视频服务器与倒换器，使系统具备硬盘播出和线路直播等功能。同时，设计者可以为系统配置相应的同构主备播出视频服务器和异构二备视频服务器，采用多路备份使系统在运行过程中具有强大的容错处理能力。系统运行时配备有在线监测设备，监测和控制系统的视音频链路的实时运行状况，以及时发现和处置系统运行时出现的异常现象，保证系统正常运行。

2.6关于PTP和校时

IP系统中的同步是通过高精度时间同步协议实现的。PTP 对信号域的稳定运行起到非常重要的作用。信号的精准切换、主备网络交换的同步，都需要依靠 PTP。SDIover IP 过程中，以 IP 格式传输的视音频及辅助数据包的发送、接收和重组节目信息都需要通过统一的时间标识来实现 。与基带系统中的 B.B 同步信号一样，IP 化网络系统里也必须加入同步基准信号，以对视音频数据流的传输进行同步锁定。系统设计需要充分考虑安全，配置冗余的北斗 /GPS 双模接收 PTP 时钟设备，通过信号域交换机向所有接入设备分发。如果作为全台 PTP 分发使用，建议考虑建设独立的 PTP 分发网络。在校时方面，PTP 是绝对时间，所以可以通过 PTP 时钟设备产生网络时钟（Network Time Protocol，NTP），供文件域各类型服务器及工作站校时使用。这样的方式下，PTP 与NTP 为同源，更加统一。

结语

在未来电视播出技术的发展中，4K超高清技术必然能够得到全面普及和应用，电视播出系统将朝着8K超高清技术的方向发展，实现技术层面的突破。在这一过程中，广播电视台要加强对各种新兴技术的应用，优化业务流程，确保4K超高清电视播出系统的优势得到充分发挥，推动广播电视行业发展。

参考文献

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