4K轉(zhuǎn)播的系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用

李昕祎

現(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)嘗試?yán)?K現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)錄制綜藝節(jié)目。和高清標(biāo)準(zhǔn)相比，4K的分辨率明顯有所提升，可以讓畫面細(xì)節(jié)得到良好展現(xiàn)，讓畫面具有更為鮮艷的色彩空間，進(jìn)而滿足人們對(duì)大尺寸銀幕清晰度的要求。

1 4K技術(shù)特點(diǎn)

除分辨率明顯提升外，4K技術(shù)特點(diǎn)主要包含兩個(gè)方面。第一，高寬容度展現(xiàn)。4K攝像機(jī)可以對(duì)14檔光圈和以上動(dòng)態(tài)范圍敏感層次進(jìn)行記錄，同時(shí)，民用電視與高端4K監(jiān)視器具有HDR規(guī)格，可以對(duì)高光與暗部予以還原，讓色彩更為鮮艷。第二，色域空間更廣。在4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)中，對(duì)人眼進(jìn)行覆蓋的色彩范圍更為廣泛，對(duì)于綠色高飽和區(qū)域來說，和高清ITU-RBT.709標(biāo)準(zhǔn)相比，ITU-RBT.2020標(biāo)準(zhǔn)的展現(xiàn)效果更好[1]。

2 4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用

2.1 4K現(xiàn)場(chǎng)制作系統(tǒng)

在4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用中，4K現(xiàn)場(chǎng)制作系統(tǒng)占重要地位。和高清系統(tǒng)相比，其實(shí)際操作方法并無較大差異，但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)備中則較為不同。在4K現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播中，采用了3840×2160/50P制作格式，和高清制作格式標(biāo)準(zhǔn)相比具有一定差異；基帶信號(hào)帶寬也從過去的1.5Gbps變?yōu)?2Gbps，數(shù)據(jù)量得到較大提升。在系統(tǒng)設(shè)備中，現(xiàn)階段成熟的視頻BNC接口標(biāo)準(zhǔn)主要為3G-SDI與1.5G-SDI，前者負(fù)責(zé)傳輸1920×1080/50P高清視頻，后者負(fù)責(zé)傳輸1920×1080/50i高清視頻，利用3G-SDI，需要使用4根線纜來傳輸一路4K50P信號(hào)，這會(huì)讓系統(tǒng)線纜負(fù)載增大，而利用4根線纜捆綁方式傳輸信號(hào)，有可能使信號(hào)調(diào)度產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而造成信號(hào)同步隱患，也就是說，這種方法并不是一種成熟的技術(shù)[2]。

4K系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展主要包含兩個(gè)主要方向，一是一些廠家所支持的12G-SDI標(biāo)準(zhǔn)，二是很多廠家都推行的系統(tǒng)IP化。系統(tǒng)IP化作為大部分廠家的首要選擇，主要原因是電視臺(tái)廣電制作網(wǎng)絡(luò)化的普及及后端IP化的完成，轉(zhuǎn)播系統(tǒng)前后端系統(tǒng)的一致可以讓整體流程效率得到提升，同時(shí)，逐漸提升的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、量化比特率與分辨率也會(huì)讓傳輸數(shù)據(jù)量得到提升。在未來發(fā)展中，SDI系統(tǒng)將難以滿足IP信號(hào)傳輸距離與負(fù)載的相關(guān)要求。一些廠家之所以支持12G-SDI標(biāo)準(zhǔn)，主要是因?yàn)楫?dāng)前IP并沒有達(dá)到較高的成熟度。但是，向著IP轉(zhuǎn)化是必然趨勢(shì)，現(xiàn)階段，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)成熟4KIP轉(zhuǎn)播系統(tǒng)的應(yīng)用案例，如在里約奧運(yùn)會(huì)，就曾應(yīng)用此4KIP轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，我國(guó)也有用戶開始對(duì)4K現(xiàn)場(chǎng)制作系統(tǒng)作出相關(guān)規(guī)劃。

2.2 4KHDR現(xiàn)場(chǎng)制作技術(shù)

在歐洲杯比賽與里約奧運(yùn)會(huì)開幕式、閉幕式中都曾使用4K轉(zhuǎn)播技術(shù)，并開展了HDR高動(dòng)態(tài)范圍直播流程測(cè)試，這一測(cè)試是央視重點(diǎn)研究的內(nèi)容。我國(guó)一些消費(fèi)者也購買了可以對(duì)HDR功能予以支持的4K電視。為讓HDR信號(hào)在4K現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播中得到制作、讓用戶電視得到HDR信號(hào)傳輸，就需要明確4KHDR現(xiàn)場(chǎng)制作技術(shù)與傳輸技術(shù)主要特點(diǎn)及相關(guān)問題。

就目前來看，我國(guó)終端HDR電視主要利用HDR10標(biāo)準(zhǔn)，杜比公司曾提出Dolby Vision技術(shù)，在此基礎(chǔ)上可以設(shè)計(jì)PO（Purchase Order，訂單）曲線，結(jié)合我國(guó)HDR電視技術(shù)能力，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而得到HDR10標(biāo)準(zhǔn)，此種標(biāo)準(zhǔn)可以讓HDR屏幕顯示需求得到滿足。除此之外，4KHDR藍(lán)光盤內(nèi)容的制作也可以得到此標(biāo)準(zhǔn)的支持。里約奧運(yùn)會(huì)開幕式4KHDR轉(zhuǎn)播主要是利用索尼4K攝像機(jī)HDC-4300對(duì)BT.2020色域空間、S-LOG3曲線標(biāo)準(zhǔn)4K信號(hào)予以輸出，然后利用HDR信號(hào)轉(zhuǎn)換器，可以將其轉(zhuǎn)化為HDR10標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)播出。4KHDR電視主要選擇為HDR10，可對(duì)于高清SDR標(biāo)準(zhǔn)來說，PO曲線并不能對(duì)其予以兼容，需要利用后期相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行再次加工，這有可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播效果造成影響,因?yàn)檫@需要制作4KSDR、4KHDR與高清SDR不同的輸出信號(hào)源，且需要保證后端可以對(duì)相應(yīng)信號(hào)元數(shù)據(jù)予以準(zhǔn)確識(shí)別，這種方法固然能讓顯示效果得到保證，但也會(huì)讓此過程負(fù)擔(dān)增加。對(duì)此，制作可以對(duì)SDR屏幕、HDR屏幕予以兼容的單一信號(hào)源是絕佳的解決方法。在實(shí)踐中，英國(guó)BBC與日本NHK聯(lián)合推出HLG標(biāo)準(zhǔn),可以對(duì)SDR屏幕顯示正確亮度得到還原，但在SDR屏幕上，并不能利用HLG標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)BT.2020色域轉(zhuǎn)換問題予以有效解決，也就是說，如果是普通電視屏幕ITU-R709標(biāo)準(zhǔn)，就不能讓色彩得到準(zhǔn)確重現(xiàn)。

2.3 4K攝像機(jī)和鏡頭

4K迅道攝像機(jī)的發(fā)展是4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展中的重要內(nèi)容。在過去，主要是在高端電視劇作品與電影中會(huì)使用4K攝像機(jī)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路和數(shù)字?jǐn)z影機(jī)發(fā)展思路相符。在相關(guān)規(guī)格上，主要是利用單片成像器件，該器件設(shè)計(jì)規(guī)格主要是在35mm電影膠片基礎(chǔ)上，采用電影鏡頭PL標(biāo)準(zhǔn)作為攝像機(jī)鏡頭接口，除此之外，電影級(jí)變焦鏡頭與定焦鏡頭也是常見選擇。

在電視轉(zhuǎn)播過程中，為讓4K攝像機(jī)得到合理應(yīng)用，世界各相關(guān)公司均采取了一定的措施，比如，在鏡頭方面，佳能公司與富士公司就利用了電影變焦鏡頭，此變焦鏡頭裝置有電視鏡頭標(biāo)準(zhǔn)伺服器，利用數(shù)字伺服手柄，可以讓攝像師推拉變聚焦控制電影鏡頭；在攝像機(jī)方面，索尼公司就做出了將光纜轉(zhuǎn)接模塊加裝在4K數(shù)字?jǐn)z影機(jī)PMW-F55之上的設(shè)計(jì)，進(jìn)而讓遠(yuǎn)距離的4K信號(hào)傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。此種技術(shù)可以讓4K電影機(jī)的使用要求降低，在使用方式上，其和傳統(tǒng)迅道攝像機(jī)的使用大致相同。在4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，如在2015年央視春晚的4K拍攝過程中，就采用了6臺(tái)F55訊道攝像機(jī)，拍攝效果相對(duì)較好。

35mm極淺鏡頭景深可能會(huì)讓畫面出現(xiàn)聚焦，電影鏡頭為滿足便攜要求，其往往具有較小的變焦范圍，這可能會(huì)讓4K轉(zhuǎn)播的系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用出現(xiàn)問題，很難將其應(yīng)用在體育賽事轉(zhuǎn)播、綜藝轉(zhuǎn)播之中。對(duì)此，相關(guān)廠家設(shè)計(jì)了4K訊道攝像機(jī)，該攝像機(jī)符合2/3英寸標(biāo)準(zhǔn)，如草谷LDX86、索尼HDC-4300，在這些攝像機(jī)中，均利用了B4鏡頭接口。為讓4K分辨率效果得到發(fā)揮，如富士公司、佳能公司就推出了B4接口電視鏡頭，該鏡頭符合4K標(biāo)準(zhǔn)，如便攜鏡頭、大倍率箱式鏡頭等，此種4K訊道攝像機(jī)可以讓傳統(tǒng)電視節(jié)目制作需求得到完全滿足。如在里約奧運(yùn)會(huì)賽事、歐洲杯賽事中，就曾在4K轉(zhuǎn)播中應(yīng)用了2/3英寸4K攝像機(jī)，讓4K制作拍攝、制作工作得以完成。

3 結(jié)語

和高清標(biāo)準(zhǔn)相比，4K轉(zhuǎn)播技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，4K現(xiàn)場(chǎng)制作系統(tǒng)、4KHDR現(xiàn)場(chǎng)制作技術(shù)、4K攝像機(jī)和鏡頭是4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，在技術(shù)發(fā)展中，一些問題已經(jīng)得到了有效解決，但是，也有一些技術(shù)需要得到進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)此，需要進(jìn)一步加大4K轉(zhuǎn)播技術(shù)科研力度，解決當(dāng)前4K轉(zhuǎn)播技術(shù)的應(yīng)用問題，推動(dòng)4K的普及，以提升觀眾視覺體驗(yàn)。

[1]楊言.4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2017(2):76-78.

[2]李世萍.4K超高清節(jié)目制播探索和實(shí)踐——江蘇廣電總臺(tái)4K新技術(shù)研究和應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2015(3):50-55.

[3]李衛(wèi)祖,施劍平.淺談4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2014(11):63-65,105.