國(guó)產(chǎn)8K廣播級(jí)EFP攝像機(jī)制造及冬奧應(yīng)用

丁雪玲，石亮，周毅

（1.中央廣播電視總臺(tái)，北京 100045；2.國(guó)家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院，北京 100086；3.中國(guó)新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會(huì)，北京 100037）

1 8K超高清攝像機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.1 8K超高清及其產(chǎn)業(yè)鏈

超高清視頻是視頻技術(shù)繼模擬、標(biāo)清、高清后的新一輪代際演進(jìn)，與5G、人工智能等同為當(dāng)前新一代信息技術(shù)的重要發(fā)展方向。8K超高清（8K UHD）分辨率7680×4320像素，單幀畫(huà)面的像素?cái)?shù)為高清的16倍，清晰度可達(dá)到4320電視線，理論清晰度為高清的4倍。8K超高清視頻全方位大幅提升視頻畫(huà)質(zhì)和音效，能給觀眾提供身臨其境般的收視體驗(yàn)；最直觀的體現(xiàn)，視頻呈現(xiàn)在相同尺寸的顯示屏上更加清晰，畫(huà)質(zhì)更加出色，具有更豐富的畫(huà)面細(xì)節(jié)。

超高清視頻的產(chǎn)業(yè)鏈總體可分為核心層、服務(wù)層和應(yīng)用層三個(gè)層次。核心層提供硬件設(shè)備的生產(chǎn)制造，包括視頻生產(chǎn)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、終端呈現(xiàn)設(shè)備和相關(guān)核心元器件，覆蓋了超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈的上中下游。上游是核心元器件，包括感光器件、儲(chǔ)存芯片、編解碼芯片、圖像芯片、處理器芯片和顯示面板。中游是視頻生產(chǎn)設(shè)備（包括采集、制作、編碼和儲(chǔ)存）和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備（衛(wèi)星傳輸、有線電視傳輸、地面廣播和互聯(lián)網(wǎng)傳輸）。下游是終端呈現(xiàn)設(shè)備、平臺(tái)服務(wù)及應(yīng)用層。

1.2 8K攝像系統(tǒng)的特點(diǎn)與能力

8K攝像機(jī)是超高清視頻產(chǎn)業(yè)的開(kāi)端，攝像機(jī)的能力直接決定了8K超高清視頻采集環(huán)節(jié)源視頻的質(zhì)量。從目前的應(yīng)用來(lái)看，8K攝像機(jī)主要分為專業(yè)廣播級(jí)攝像機(jī)和非廣播級(jí)攝像機(jī)。8K專業(yè)廣播級(jí)攝像機(jī)對(duì)硬件處理能力要求極高，對(duì)數(shù)據(jù)處理時(shí)的散熱能力、感光元件尺寸等具有較高要求。同時(shí)，8K攝像機(jī)需要對(duì)高動(dòng)態(tài)、寬色域等提供較好的支持，最大程度記錄及還原現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景。對(duì)于機(jī)內(nèi)錄制，需要為后期專業(yè)制作和保存提供更豐富的有效信息，錄制視頻文件的碼率會(huì)達(dá)到數(shù)G，使得實(shí)時(shí)錄制需要極高的I/O性能。廣播級(jí)制作場(chǎng)景的重要性毋庸置疑，對(duì)設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求較高，這些都是非專業(yè)廣播級(jí)設(shè)備很難達(dá)到的。

1.3 外企高度壟斷，國(guó)產(chǎn)設(shè)備正在追趕

在國(guó)際范圍內(nèi)，8K產(chǎn)業(yè)鏈的廣播級(jí)攝錄編制作環(huán)節(jié)，目前現(xiàn)有的設(shè)備品種較少，產(chǎn)品寥寥無(wú)幾。在我國(guó)尚未誕生自己的廣播級(jí)8K攝像機(jī)與攝像系統(tǒng)之前，市場(chǎng)幾乎被美國(guó)、日本個(gè)別企業(yè)全部壟斷。國(guó)內(nèi)某企業(yè)的8K廣播級(jí)EFP超高清攝像系統(tǒng)率先填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白，據(jù)調(diào)查，受全球疫情與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等因素影響，現(xiàn)狀是8K EFP攝像系統(tǒng)難以進(jìn)行批量生產(chǎn)，市場(chǎng)上形成“無(wú)貨可交”的局面。

長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)廣播電視行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備，一直被美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，外國(guó)企業(yè)除在廣電行業(yè)銷售設(shè)備外，每年還需向各大電視臺(tái)收取數(shù)目不小的設(shè)備升級(jí)維護(hù)費(fèi)。在我國(guó)電視事業(yè)發(fā)展的近70年歷程里，我國(guó)除了付出超級(jí)昂貴的設(shè)備購(gòu)買費(fèi)以及維護(hù)費(fèi)用以外，節(jié)目制作端的國(guó)家信息科技安全也存在較大的隱患。

目前，我國(guó)已有企業(yè)切入8K超高清攝像機(jī)行業(yè)，國(guó)產(chǎn)8K廣播級(jí)攝像機(jī)的研制及商業(yè)化應(yīng)用意義重大。目前索尼在電影級(jí)攝像機(jī)、廣播級(jí)攝像機(jī)領(lǐng)域的全球占有率分別高達(dá)68%和85%。

2 國(guó)產(chǎn)8K超高清攝像系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)與設(shè)計(jì)方案

8K超高清攝像系統(tǒng)融合了半導(dǎo)體感光技術(shù)、集成電子電路技術(shù)、精密機(jī)加工技術(shù)、大規(guī)模軟件系統(tǒng)控制、智能控制和光學(xué)傳輸技術(shù)等多項(xiàng)前沿科技，是全球攝像機(jī)制造行業(yè)的巔峰技術(shù)。一套攝像機(jī)系統(tǒng)接近20萬(wàn)個(gè)零部件，組成整個(gè)一訊道的8K超高清系統(tǒng)，其創(chuàng)新難度不言而喻。一個(gè)8K訊道攝像機(jī)內(nèi)除了鏡頭和感光芯片（自主設(shè)計(jì)，辰芯光制作）是外購(gòu)和定制之外，本攝像機(jī)的成像系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、聲音系統(tǒng)，Tally系統(tǒng)，主控系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、同步系統(tǒng)的硬件板件和軟件全部為自主研發(fā)。

2.1 技術(shù)架構(gòu)

國(guó)產(chǎn)8K廣播級(jí)攝像機(jī)主要由光學(xué)鏡頭、光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、圖像信號(hào)處理（Image Signal Process，ISP）單元、輸入輸出單元及附件構(gòu)成。其中光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和圖像信號(hào)處理單元為攝像機(jī)的核心部件，如圖1所示。

圖1 國(guó)產(chǎn)8K超高清攝像機(jī)技術(shù)架構(gòu)圖

（1）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)8K CMOS 芯片。芯片分辨率高達(dá)6500 萬(wàn)像素以上，具備低讀出噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍特性和優(yōu)異的快門(mén)效率以及角度響應(yīng)，可有效替代日本、歐美廠商的CMOS感光芯片。相較于傳統(tǒng)的CCD芯片，CMOS還擁有成像速度快、器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、性價(jià)比高、易于控制的特點(diǎn)。

（2）圖像信號(hào)處理單元。廣播級(jí)攝像機(jī)的圖像信號(hào)處理過(guò)程涉及到幾十個(gè)電視標(biāo)準(zhǔn)，如果沒(méi)有長(zhǎng)期的廣電技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，很難做到標(biāo)準(zhǔn)的完整覆蓋，國(guó)產(chǎn)8K 超高清系統(tǒng)是基于研發(fā)者對(duì)廣電行業(yè)專業(yè)用戶需求和使用習(xí)慣的深入了解在軟件部分實(shí)現(xiàn)全自主研發(fā)的。

（3）其它主要技術(shù)環(huán)節(jié)：①串并轉(zhuǎn)換，把掃描到的串行信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可識(shí)別的并行信號(hào)，同時(shí)降低由于瞬時(shí)大量數(shù)據(jù)、超高速率處理和傳輸導(dǎo)致的IC芯片處理壓力；②整形，加入信號(hào)索引、編號(hào)信息（例如ID、信號(hào)來(lái)源、信號(hào)屬性等）等，將數(shù)值變?yōu)榈刂?，便于后續(xù)進(jìn)行圖像信號(hào)處理；③串行數(shù)字接口，圖像信號(hào)和音視頻信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。［1］

2.2 系統(tǒng)組成

一套國(guó)產(chǎn)廣播級(jí)8K EFP 攝像機(jī)主要包含四部分：感光與光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、信號(hào)與圖像處理系統(tǒng)、信號(hào)打包傳輸和無(wú)壓縮光電傳輸系統(tǒng)、攝像機(jī)控制單元（Camera Control Unit，CCU）機(jī)站。

（1）感光與光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

感光芯片方面，國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)定制了有微棱鏡設(shè)計(jì)的CMOS感光芯片，如圖2所示。

圖2 帶有微棱鏡設(shè)計(jì)的CMOS感光芯片

按照業(yè)界經(jīng)驗(yàn)，棱鏡方式多片傳感器，畫(huà)質(zhì)會(huì)更好。因此國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)傳感器采用了微棱鏡分光技術(shù)，兼顧了圖像的高分辨率、高畫(huà)質(zhì)，同時(shí)也提高了圖像分光的準(zhǔn)確性和色彩還原度。采用微棱鏡技術(shù)的傳感器，大大提高了三基色的隔離度，一定程度上解決了串色的問(wèn)題，這種不使用渲染方式而提高圖像色還原的技術(shù)，也是該攝像機(jī)的特點(diǎn)。

為了提高畫(huà)質(zhì)，結(jié)合微棱鏡帶來(lái)的色分離優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)沒(méi)有采用傳統(tǒng)BAYER 分光掃描模式，直接采用像素點(diǎn)掃描模式，經(jīng)過(guò)圖像處理后，直接進(jìn)行YUV 編碼。如圖3 所示，給出了FPGA 內(nèi)部轉(zhuǎn)換示意圖。

圖3 FPGA內(nèi)部轉(zhuǎn)換示意圖

（2）信號(hào)與圖像處理系統(tǒng)

攝像機(jī)圖像處理是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的部分，國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是采用了四路實(shí)時(shí)并行處理的運(yùn)算方案，其邏輯框圖如圖4所示。

圖4 攝像機(jī)圖像處理示意圖

在這部分，完成了攝像機(jī)所需的高動(dòng)態(tài)、色域、彩色矩陣、波分等處理。

（3）信號(hào)打包傳輸和無(wú)壓縮光電傳輸系統(tǒng)

在本系統(tǒng)中，利用自研的微小型密集波分復(fù)用技術(shù)，完成8K無(wú)損、無(wú)壓縮信號(hào)傳輸。

（4）CCU機(jī)站：解碼、處理、信號(hào)輸出接口系統(tǒng)

CCU機(jī)站作為EFP系統(tǒng)主要信號(hào)端口，在本環(huán)節(jié)完成各路信號(hào)的解碼、光電轉(zhuǎn)換、和信號(hào)恢復(fù)等功能，是整個(gè)EFP 系統(tǒng)最重要的部分之一。圖5 為CCU 機(jī)站前后面板設(shè)計(jì)圖。

圖5 CCU前后面板設(shè)計(jì)圖

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)與性能指標(biāo)

3.1 核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）圖像采集技術(shù)優(yōu)勢(shì)

日本某品牌8K 攝像系統(tǒng)采用的為棱鏡技術(shù)，該技術(shù)需要3 片單色CMOS 來(lái)分別識(shí)別紅光、綠光和藍(lán)光，之后再將三種單色光合成來(lái)實(shí)現(xiàn)8K 級(jí)9000 萬(wàn)像素，圖片放大會(huì)有邊緣模糊的現(xiàn)象，黑暗環(huán)境下拍攝效果非常不理想。由于三塊濾鏡都必須保證對(duì)齊到同一點(diǎn)，因此需要反復(fù)校準(zhǔn)，對(duì)機(jī)械加工工藝的要求極高，導(dǎo)致攝像機(jī)的生產(chǎn)速度緩慢，且價(jià)格昂貴。

國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)系統(tǒng)采用點(diǎn)掃描技術(shù)（POV），點(diǎn)掃描是在拜耳濾色陣列的基礎(chǔ)上面向廣電行業(yè)更高色彩采集需求下的一種創(chuàng)新，不同于拜耳濾鏡陣列為像素掃描且通過(guò)插值計(jì)算得到像素點(diǎn)的值，點(diǎn)掃描將全部色彩的信息全部存儲(chǔ)并還原，因此能夠最大限度減少色度的損失。國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)拍攝的圖像分辨率更高、色彩更鮮艷更豐富、噪點(diǎn)更少，不會(huì)有失真、邊緣模糊的現(xiàn)象出現(xiàn)，且在黑暗環(huán)境下拍攝效果遠(yuǎn)超其他8K攝像機(jī)。

（2）圖像信號(hào)處理優(yōu)勢(shì)

圖像信號(hào)處理用來(lái)處理圖像傳感器的輸出數(shù)據(jù)，包括：自動(dòng)白平衡、色彩校正、伽瑪校正、噪聲去除、色彩空間轉(zhuǎn)換、邊緣加強(qiáng)、色彩與對(duì)比度加強(qiáng)等70 多項(xiàng)功能的處理。圖像信號(hào)處理的硬件部分主要為DSP+FPGA，同時(shí)通過(guò)大量的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算處理過(guò)程中使用了160張（未來(lái)會(huì)更多）映射表來(lái)保證計(jì)算的高效性，基于系列映射表的邏輯和映射關(guān)系構(gòu)造的核心算法是一項(xiàng)核心技術(shù)壁壘。映射表理論是比較成熟的，技術(shù)難點(diǎn)在于如何構(gòu)建正確的映射關(guān)系來(lái)得到正確的計(jì)算結(jié)果，需要前期的持續(xù)大量調(diào)試積累，需要豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累。

映射表的優(yōu)勢(shì)在于，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換和整形之后的圖像信號(hào)，其每一個(gè)數(shù)值都唯一對(duì)應(yīng)著一個(gè)地址。之后的計(jì)算如果把數(shù)值按照地址送入DSP計(jì)算，DSP做完一個(gè)乘數(shù)計(jì)算最快需要十幾個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，加減計(jì)算需要4-5個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，如果連續(xù)做多個(gè)加減乘除計(jì)算，整個(gè)計(jì)算的延時(shí)就非常嚴(yán)重。8K 圖像本身數(shù)據(jù)量非常大，點(diǎn)掃描把全部的圖像數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)，因此計(jì)算量非常大，如果使用DSP 直接計(jì)算，理論上可以得出同樣的結(jié)果，但是實(shí)際上延時(shí)非常高，很難做到實(shí)時(shí)高效，在一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍內(nèi)完成一組計(jì)算是不可能的。使用映射表則可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘完成一組計(jì)算，做到計(jì)算處理的實(shí)時(shí)高效。

3.2 十大技術(shù)亮點(diǎn)

國(guó)產(chǎn)8K 廣播級(jí)EFP 創(chuàng)新采用內(nèi)模塊式的廣播級(jí)8K 超高清攝像機(jī)硬件結(jié)構(gòu)和基于高速算法的軟件定義圖像恢復(fù)流程體系，自主開(kāi)發(fā)了應(yīng)用大規(guī)?？删幊涕T(mén)陣列（FPGA），實(shí)現(xiàn)攝像多路串行轉(zhuǎn)并行的信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換處理，研制了CMOS 高速數(shù)據(jù)控制與驅(qū)動(dòng)軟件、數(shù)字圖像處理功能軟件和攝像機(jī)控制軟件，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了適配不同鏡頭的高精度卡口轉(zhuǎn)接環(huán)，使得攝像機(jī)可使用各類專業(yè)鏡頭；研發(fā)并生產(chǎn)了便于靈活操作的視頻錄制控制處理單元。在該系統(tǒng)100多項(xiàng)自主創(chuàng)新、自主研發(fā)制造的基礎(chǔ)上，概要匯總出以下十項(xiàng)亮點(diǎn)：

（1）首創(chuàng)內(nèi)模塊式（含F(xiàn)PGA 全套IC）的攝像機(jī)集成結(jié)構(gòu)

過(guò)去的攝像機(jī)是一體化設(shè)計(jì)，在模擬電路時(shí)代，一體化是為了充分降噪而設(shè)計(jì)，一體化的設(shè)備整個(gè)設(shè)計(jì)從零開(kāi)始，各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，對(duì)廠家的綜合性要求特別強(qiáng)，在中國(guó)的傳統(tǒng)研發(fā)環(huán)境下達(dá)不到廣播級(jí)的要求。與此同時(shí)，一體化最大的問(wèn)題在于后續(xù)的維修、功能變更、固件升級(jí)與軟件調(diào)度都很困難，8K 級(jí)產(chǎn)品（例如索尼）批量量產(chǎn)的難度也大大增加。

模塊式設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)更加靈活，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。模塊式設(shè)計(jì)最大的優(yōu)勢(shì)在于插拔式的設(shè)計(jì)可以快速拆卸和拼接，且可以根據(jù)客戶的需求做更換，維修更方便，功耗也易于控制，同時(shí)為以后做輕量級(jí)/小型化攝像機(jī)提供了先決條件。

（2）三款自主研發(fā)實(shí)時(shí)圖像處理、彩色處理IP核

三款I(lǐng)P 核解決核心軟件與硬件的結(jié)合問(wèn)題。三個(gè)IP 核一個(gè)為JP2000，一個(gè)專門(mén)做數(shù)據(jù)整合和規(guī)范，一個(gè)為ISP（圖像信號(hào)處理）。ISP處理主要包括：白平衡、伽馬處理、消刺邊、PQ 處理、顏色加寬、色彩處理等。IP 核是核心能力與技術(shù)壁壘所在，每家廠商都有自己獨(dú)特的算法，這些算法是國(guó)際巨頭一直保持領(lǐng)先的重要壁壘之一。

（3）自主研發(fā)的全套AI圖像處理系統(tǒng)軟件

AI圖像處理系統(tǒng)可以明顯提升用戶使用體驗(yàn)，可以通過(guò)學(xué)習(xí)掌握攝影師的使用習(xí)慣，會(huì)把不同攝影師和用戶的使用習(xí)慣智能存儲(chǔ)在特定用戶區(qū)，在底層會(huì)把用戶使用較多的功能和比較通用的功能加以歸納和提煉，自動(dòng)做出按鍵板常用功能的判別與調(diào)整，在按鍵板上呈現(xiàn)，增加使用者的便捷度。

（4）首創(chuàng)基于密集波分系統(tǒng)的CCU 無(wú)損傳輸設(shè)備

CCU用于控制攝像機(jī)拍攝的畫(huà)面，并傳給電視臺(tái)供其使用切換臺(tái)來(lái)做實(shí)況轉(zhuǎn)播。相比索尼公司的CCU機(jī)箱，機(jī)箱集成度高、尺寸小，使用起來(lái)更加輕便靈活。CCU 的線性電源還可以做到雜波和紋波低于1 毫伏，保證在線性電源瞬間電流非常大的情況下，CCU設(shè)備在直播的過(guò)程中仍然不會(huì)中斷或者斷電，提升CCU的高可靠性。

圖6 CCU示意圖

（5）國(guó)產(chǎn)超小型密集波分合波器與分波器

超小型密集波分合波器與分波器，解決了大容量、高速度和多業(yè)務(wù)同時(shí)傳輸時(shí)外國(guó)同行無(wú)法解決的傳輸問(wèn)題，密集波分系統(tǒng)可以做到最大64 路并行，合波器與分波器的尺寸僅有50 mm左右。

圖7 合波器與分波器

（6）創(chuàng)新制作成功基于密集波分的傳輸系統(tǒng)

8K視頻因?yàn)閿?shù)據(jù)量巨大，傳輸過(guò)程需要壓縮和解壓，在廣電節(jié)目制作過(guò)程中，會(huì)有多臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)記錄并傳輸數(shù)據(jù)，在這種制作背景下，需要保障視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蛯?shí)時(shí)性，不能出現(xiàn)非常嚴(yán)重的卡頓和延時(shí)現(xiàn)象，8K視頻對(duì)傳輸質(zhì)量和帶寬有非常高的要求。

圖8 密集波分系統(tǒng)示意圖

波分復(fù)用WDM 是把攜帶不同信息的多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式。密集波分復(fù)用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于，相較于傳統(tǒng)WDM，相鄰波長(zhǎng)間隔更窄，可以實(shí)現(xiàn)超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，節(jié)約光纖資源。

（7）全新的在板攝像機(jī)控制面板（含遠(yuǎn)程控制單元OCP）

國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)采用更低功耗的墨水屏作為顯示屏。墨水屏是低功耗、性能優(yōu)、可靠性高的顯示屏產(chǎn)品之一，并且即使操作失誤、斷電，屏幕上的顯示資料依然存在，不會(huì)丟失，可以保留證據(jù)。目前墨水屏內(nèi)部的軟件和顯示均為自主研發(fā)，能夠局域刷新，刷新速度超過(guò)0.3秒/次。結(jié)合用戶界面智能定義和推薦，可以提高用戶的使用感和操作流暢度。

（8）首創(chuàng)可適配各種攝像機(jī)鏡頭卡口的轉(zhuǎn)接環(huán)

自主設(shè)計(jì)鏡頭卡口的優(yōu)勢(shì)：①穩(wěn)定性好。廣播級(jí)攝像機(jī)使用的螺絲不允許有微米級(jí)的晃動(dòng)，否則攝像機(jī)的法蘭距會(huì)改變，導(dǎo)致圖像模糊，因此對(duì)于轉(zhuǎn)接口的設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格要求。8K 廣播級(jí)攝像機(jī)鏡頭卡口由自主設(shè)計(jì)，由上海的廠商定制，使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生微米級(jí)晃動(dòng)；②適配范圍大，可應(yīng)用場(chǎng)合多。8K 廣播級(jí)攝像機(jī)鏡頭卡口支持EF 卡口、PL 卡口及B4 卡口等，而目前索尼的8K 廣播級(jí)攝像機(jī)鏡頭卡口只能適配自家鏡頭，如果想要使用其他品牌的鏡頭需要用轉(zhuǎn)接口。

（9）設(shè)計(jì)制作航空鋁機(jī)殼、廣播級(jí)專用EFP、ENG機(jī)殼

國(guó)產(chǎn)8KEFP 攝像機(jī)目前使用的是航空鋁材質(zhì)機(jī)殼，為國(guó)內(nèi)首款使用航空鋁材質(zhì)的國(guó)產(chǎn)EFP 攝像機(jī)，符合未來(lái)EFP 攝像機(jī)機(jī)殼發(fā)展的趨勢(shì)。而在研的ENG 攝像機(jī)外殼選擇了碳纖維，碳纖維具有輕便靈活、結(jié)實(shí)可靠的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于外景拍攝的要求。

（10）研制大功率超低噪波線性電源系統(tǒng)

研制的線性電源系統(tǒng)，相比其他品牌的開(kāi)關(guān)電源，具有電磁干擾較小、紋波系數(shù)低；穩(wěn)壓率較高、瞬態(tài)電流跟進(jìn)能力強(qiáng)；設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維修成本低、抗雷擊性能好的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 實(shí)現(xiàn)的六大性能指標(biāo)

（1）高清晰度：7680×4320、8192×4320（電影機(jī)使用）

（2）高幀率：50p、60p、59.94p

（3）高動(dòng)態(tài)：SDR:11；HDR：HLG-1000/PQ

（4）寬色域：BT.2020及REC.709

（5）高信噪比：65dB以上

（6）增益：模/數(shù)雙增益（解決亮暗場(chǎng)的不同增益特點(diǎn)）

4 國(guó)產(chǎn)8K廣播級(jí)EFP攝像機(jī)的冬奧應(yīng)用

2022年1月，《中央廣播電視總臺(tái)8K 超高清電視節(jié)目制播技術(shù)要求（暫行）》正式發(fā)布，文件為總臺(tái)在8K 超高清電視節(jié)目制作與播出方面的工作提供了技術(shù)性的規(guī)范。總臺(tái)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)多輪測(cè)試，認(rèn)定國(guó)產(chǎn)UDCAM-9000型8K EFP 攝像機(jī)，是目前唯一一款四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)（高清晰度、高幀率、高動(dòng)態(tài)范圍、寬色域）全部滿足總臺(tái)8K技術(shù)規(guī)范的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。

2022年2月，國(guó)產(chǎn)8K 廣播級(jí)EFP 攝像機(jī)經(jīng)總臺(tái)超高清視音頻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試后，正式應(yīng)用于北京冬奧國(guó)家速滑館（冰絲帶）。因各項(xiàng)性能指標(biāo)突出，順利通過(guò)奧林匹克廣播公司（OBS）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并被允許進(jìn)入國(guó)際電視公共信號(hào)系統(tǒng)使用。

國(guó)家速滑館“冰絲帶”是速度滑冰的比賽場(chǎng)地，該項(xiàng)目共設(shè)10個(gè)小項(xiàng)，產(chǎn)生14 塊金牌，是北京冬奧會(huì)產(chǎn)生金牌數(shù)量最多的單個(gè)場(chǎng)館。大道速滑8K 轉(zhuǎn)播系統(tǒng)1月28日開(kāi)始設(shè)備入場(chǎng)搭建。系統(tǒng)從2月5日至19日共運(yùn)行15 天，轉(zhuǎn)播大道速滑的全部賽事。速度滑冰8K 公共信號(hào)制作現(xiàn)場(chǎng)共使用6 臺(tái)8K EFP 攝像機(jī)，其中5 號(hào)機(jī)和6 號(hào)機(jī)采用國(guó)產(chǎn)8K 超高清廣播級(jí)EFP 攝像機(jī)。該攝像機(jī)全部采用國(guó)產(chǎn)元器件，其技術(shù)指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)符合8K 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。比賽現(xiàn)場(chǎng)國(guó)產(chǎn)8K 攝像和進(jìn)口8K 攝像機(jī)搭配使用進(jìn)行節(jié)目制作，完美地完成了8K 直播任務(wù)，并且呈現(xiàn)了細(xì)節(jié)豐富、美輪美奐的影像效果，國(guó)產(chǎn)8K 攝像機(jī)在整個(gè)賽程期間的優(yōu)異表現(xiàn)，得到了OBS、NHK 等國(guó)際電視同行的贊揚(yáng)。北京冬奧會(huì)是奧運(yùn)會(huì)歷史上首次使用8K 技術(shù)進(jìn)行開(kāi)幕式直播，這也是8K 超高清直播系統(tǒng)中，第一次出現(xiàn)由中國(guó)企業(yè)自主研發(fā)、生產(chǎn)的全國(guó)產(chǎn)的8K EFP 訊道攝像機(jī)系統(tǒng)。［2］

5 結(jié)束語(yǔ)

加快發(fā)展超高清視頻產(chǎn)業(yè)，能夠直接帶動(dòng)制播設(shè)備、終端產(chǎn)品、顯示面板、芯片等產(chǎn)業(yè)鏈整體換代，拉動(dòng)“雙千兆”新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)內(nèi)容繁榮和應(yīng)用創(chuàng)新，形成萬(wàn)億級(jí)新興產(chǎn)業(yè)集群。

《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2022年）》發(fā)布實(shí)施幾年來(lái)，我國(guó)在超高清視頻領(lǐng)域取得了一系列標(biāo)志化成果，基本完成了階段性預(yù)設(shè)目標(biāo)。8K 關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得一定突破，4K 終端基本普及，國(guó)內(nèi)已開(kāi)播2個(gè)8K、8個(gè)4K 超高清電視頻道。一系列重大活動(dòng)帶動(dòng)8K 超高清攝像系統(tǒng)與攝錄編設(shè)備的爆發(fā)式增長(zhǎng)，如：中央廣播電視總臺(tái)《2021、2022年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)》已經(jīng)全面實(shí)驗(yàn)8K 錄制與直播（電影院線播放）、2021年中國(guó)共產(chǎn)黨成立100 周年相關(guān)慶祝活動(dòng)、2022年卡塔爾足球世界杯以及2022年北京冬奧會(huì)等，同時(shí)在未來(lái)5G 網(wǎng)絡(luò)和AI 的加持下，8K將會(huì)覆蓋到消費(fèi)者工作和生活中的更多領(lǐng)域。［3］

但是，攝錄編環(huán)節(jié)的薄弱，嚴(yán)重制約全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。世界廣播電視事業(yè)誕生100 多年來(lái)，我國(guó)的前端采集設(shè)備特別是攝錄系統(tǒng)從未真正實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。廣播級(jí)攝像機(jī)一直是廣播電視大國(guó)高端科技競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，包括中國(guó)在內(nèi)的全球數(shù)百萬(wàn)個(gè)電視演播室里的攝錄編制作系統(tǒng)，在過(guò)去七十年一直被日本、歐美等國(guó)外公司牢牢霸占。出現(xiàn)這種狀況的最主要原因之一就是攝像機(jī)（系統(tǒng)）的研制與生產(chǎn)的技術(shù)門(mén)檻過(guò)高，因?yàn)樗鼌R集了精細(xì)光學(xué)、感光器件、半導(dǎo)體電子技術(shù)、大規(guī)模軟件技術(shù)、數(shù)字音視頻技術(shù)、精密機(jī)加工、自動(dòng)控制技術(shù)、高速存儲(chǔ)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等尖端高新技術(shù)于一體，尤其是8K 廣播級(jí)EFP 攝像機(jī)更被譽(yù)為“皇冠上的明珠”。

目前已經(jīng)研發(fā)、生產(chǎn)落地的中國(guó)首臺(tái)（套）8K廣播級(jí)EFP攝像機(jī)，是適用于各電視臺(tái)、影視制作機(jī)構(gòu)的8K演播室專用攝像機(jī)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)技術(shù)對(duì)比檢測(cè)，技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先，初步解決了國(guó)產(chǎn)替代化問(wèn)題，也成為解決困擾中國(guó)廣播電影電視行業(yè)幾十年“卡脖子”問(wèn)題的表率。該系統(tǒng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，除鏡頭外，均為國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)生產(chǎn)，擁有自有商標(biāo)。

作為中國(guó)高端制造的重要分支，國(guó)產(chǎn)8K EFP攝像系統(tǒng)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)目前8K圖像視覺(jué)和廣播影視領(lǐng)域攝像產(chǎn)品的空白，通過(guò)研發(fā)掌握了一批8K超高清攝像機(jī)及拍攝設(shè)備的技術(shù)專利，下一步將通過(guò)推進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)品的市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化，有力的促進(jìn)和帶動(dòng)國(guó)內(nèi)光學(xué)鏡頭制作、光學(xué)精加工、CMOS芯片、鏡頭卡口設(shè)計(jì)與制作、高端監(jiān)視器、精密工業(yè)設(shè)計(jì)與加工、相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)等一系列高端產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展，踐行中國(guó)創(chuàng)造的升級(jí)換代。