4K時代IP播出系統(tǒng)的實踐應(yīng)用分析

卜玉

摘要：目前，隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)展與革新，4K以其極致的感官體驗受到廣大收視者的青睞，4K時代IP播出系統(tǒng)是電視行業(yè)未來發(fā)展的必然方向。本文首先分析了4K時代IP播出系統(tǒng)在分辨率、色彩提升等方面的優(yōu)勢。其次，提出了4K時代IP播出系統(tǒng)在設(shè)計中存在傳輸、控制精度等方面的問題。因此，應(yīng)當(dāng)對4K時代IP播出系統(tǒng)的具體應(yīng)用加以規(guī)劃，這樣才能確保超4k技術(shù)更好地應(yīng)用到電視播出之中。本文主要是基于現(xiàn)有的4K產(chǎn)品以及技術(shù)，探討了4K時代播出系統(tǒng)的建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：4K播出；超高清電視；播出系統(tǒng)

4K概念的提出來自于好萊塢，主要是指數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像的過程中采用了分辨率為4096×3112像素的圖像文件，簡稱4K。目前，電視實現(xiàn)了從模擬到數(shù)字、從SDR到HDR等方面的質(zhì)的飛躍。雖然4K播出已經(jīng)出現(xiàn)，但是還沒有真正普及開來，不過，隨著人們對超高清圖像的需求越來越高，4K播出是電視行業(yè)未來發(fā)展的必然方向。在此過程中，需要解決諸如信號采集制作、解碼和顯示等方面的問題。

一、4K時代IP播出系統(tǒng)的優(yōu)勢

4K時代IP播出系統(tǒng)的優(yōu)勢包括以下幾個部分：

（一）分辨率

ITU-RBT.2020和SMPTEST2036-1定義了4K播出系統(tǒng)的顯示分辨率，與一般的分辨率相比，4K播出系統(tǒng)3840*2160像素的分辨率更加精細(xì)，能夠給用戶帶來不一樣的視覺體驗。

（二）幀率

4K的畫面幀率最高可達(dá)到120P，會應(yīng)用一種逐行掃描的技術(shù)，改技術(shù)的合理運用，讓觀眾可以看到更加細(xì)膩流暢的真實畫面，具有身臨其境之感。

（三）色域

ITU-RBT.2020定義了4K更寬的色彩空間。4K具有BT.2020的色彩空間，與傳統(tǒng)的畫面色彩感相比，4K能夠容納更豐富的色彩元素，讓觀眾能夠切實欣賞到電視畫面的顏色層次感。

（四）色深

在ITU-RBT.2020中，對4K超高清的色深描述是10bit。10bit色彩數(shù)量能顯示10.7億種顏色，色彩過渡更加流暢自然。

（五）HDR

HDR的亮度范圍是200000：1，能夠讓觀眾看到明亮的高光層次和更厚重的暗部細(xì)節(jié)，讓整個畫面更加具有質(zhì)感。HDR技術(shù)通過對數(shù)據(jù)信息的快速處理，能夠讓畫面變得更加真實。

（六）多聲道三維聲

SMPTEST2036-2定義4K音頻為22.2聲道結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出上、中、下3個具有包圍感的聲場，觀眾能夠聽到立體的聲音效果，閉上眼睛也能夠感受到真實的三圍立體空間。

（七）新興的IP化架構(gòu)

4K系統(tǒng)中的IP化主要指的是用標(biāo)準(zhǔn)IP接口來傳輸4K/UHD信號。在4K播出系統(tǒng)IP化的建設(shè)過程中，可采用的系統(tǒng)有兩種形式，分別是無壓縮和壓縮的基帶IP流播出系統(tǒng)。其中，無壓縮對帶寬要求較高，必須采用TS流送傳輸系統(tǒng)。在壓縮IP的播出系統(tǒng)當(dāng)中，需要重新做編解碼，可采用壓縮IP的解決方案。

現(xiàn)階段，在兩種基帶IP播出系統(tǒng)中，無壓縮的基帶IP播出系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，是未來電視臺解決IP化架構(gòu)問題的首要選擇。

二、4K時代IP播出系統(tǒng)在設(shè)計中的問題

下面以4K電視為例討論一下4K時代IP播出系統(tǒng)在設(shè)計中需要關(guān)注的幾個方面。

（一）傳輸方面

現(xiàn)在，電視臺播出系統(tǒng)在信號傳輸方面有三種方式，但還存在一些問題。

第一是利用12G-SDI信號線進(jìn)行傳輸。但是只能夠在特定范圍內(nèi)進(jìn)行近距離數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)距離傳輸會不穩(wěn)定。第二是利用以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，但是存在丟包、延時、同步等問題。第三是利用3G-SDI信號線進(jìn)行組合傳輸。但是一旦出現(xiàn)故障，維護(hù)起來會很困難。因此，具體采用哪種方式需要看情況而定。

（二）播出文件編碼格式

4K節(jié)目在視頻播出前，需要利用文件編碼來進(jìn)行信息傳遞。目前，播出文件編碼格式存在存儲容量高、寬帶要求高、節(jié)目質(zhì)量低等問題。

（三）同步和延時問題

在4路3G-SDI并行傳輸4K信號時，同步和延時問題是必須要解決的一個問題。目前，用4路3G-SDI傳輸4K信號是主流，但是存在信號不能完全同步、視頻服務(wù)器難以辨別4K信號等問題。

（四）控制精度問題

一般來說，SDI播出視頻服務(wù)器是由播出控制機來進(jìn)行運作的，在以往的播控系統(tǒng)中，基于25P的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在觀眾的需求，如何精準(zhǔn)控制50P素材是現(xiàn)在需要引起重視的問題。

三、4K時代IP播出系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃

4K時代IP播出系統(tǒng)主要由播出總控、監(jiān)控網(wǎng)管等系統(tǒng)組成，并與全臺節(jié)目分發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)互通，下面以超高清4K為例來進(jìn)行論述。

（一）4K文件化節(jié)目的播出

4K節(jié)目的播出需要經(jīng)過播出文件編碼格式的轉(zhuǎn)化，把文件信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的格式，經(jīng)過傳輸后，以視頻的方式播放出來。在這個過程中需要攝像機進(jìn)行拍攝，以及視頻服務(wù)器的相應(yīng)解碼。

（二）總控4K信號的播出

該播出方式的4K信號主要是通過衛(wèi)星接收而來?？偪?K信號的播出整體上可以分為三步；首先是利用TICO視頻進(jìn)行淺壓縮；然后是利用TICO解碼器對4K-SDI信號進(jìn)行初始化操作；最后是利用播出矩陣，把4K信號傳輸?shù)较鄳?yīng)的視頻服務(wù)器。

（三）播出控制系統(tǒng)

目前，播出控制系統(tǒng)中SpectrumX視頻服務(wù)器兼容SDI和MXF文件播出，支持SDI信號和本地MXF文件的切換。為了保證安全播出，緊急情況時可以采用介質(zhì)或切換到墊片播放器播出。關(guān)于控制精度，目前采用VDCP控制擴展協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)對50P素材PLAY等操作的精準(zhǔn)控制。

（四）節(jié)目分發(fā)傳輸系統(tǒng)

通過電視節(jié)目分發(fā)系統(tǒng)，人們可以隨時隨地欣賞高質(zhì)量的電視節(jié)目。為了規(guī)范超高清電視信號的傳輸，國際標(biāo)準(zhǔn)組織采用HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，該技術(shù)強化了4K超高清信號的傳輸速度，并提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。目前，我國研發(fā)了AVS2.0技術(shù)，該技術(shù)將成為國內(nèi)4K超高清電視視頻編碼的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語

目前，隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)展與革新，4K以其極致的感官體驗受到廣大收視者的青睞，4K時代IP播出系統(tǒng)是電視行業(yè)未來發(fā)展的必然方向。然而，4K超高清還處于發(fā)展初期，其關(guān)鍵技術(shù)還需要時間來不斷進(jìn)行完善，本文以現(xiàn)有的技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，對4K時代IP播出系統(tǒng)的實踐進(jìn)行了比較深入的分析。相信隨著SMPTE2110系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布，基帶IP技術(shù)會越來成熟，實現(xiàn)4K時代IP播出系統(tǒng)的大范圍普及。

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