4K超高清頻道后期非編制作及播出系統探析

徐晶晶

（上海文化廣播影視集團有限公司，上海 200041）

現階段，高清技術不斷發展，在節目制作中已經逐漸利用高清節目替代了原有的標清節目制作。隨著人們對于節目畫質清晰度要求的提升，4K超高清頻道的構建受到了更多的關注，4K超高清直播與節目播放在廣電行業內迅速升溫。在未來的發展中，4K設備及系統將得到更好的發展以及更為廣泛的應用。目前，相關工作人員對4K超高清頻道后期非編制作系統以及播出系統的開發經驗尚未成熟，4K超高清頻道依舊處于建設階段。所以，對4K超高清頻道后期非編制作系統以及播出系統進行設計與分析有著較高的價值，為4K的上線與推廣打下更好的基礎。

一、4K超高清頻道后期非編制作系統的分析

（一）4K超高清頻道后期非編制作系統的功能需求

4K超高清頻道后期非編制作系統的建設需要滿足以下功能需求：

第一，節目的高清化制作。目前，高清節目的制作已經成為了電視臺發展的主流。站在觀眾的角度上來說，相比于720x576標清視頻圖像分辨率來說，1920x1080的高清視頻圖像分辨率能夠帶來更好的觀賞體驗。

第二，數據傳輸安全的保障。對于后期非編制作系統來說，其網絡環境的安全程度直接影響著節目制作與播出的正常性。一般情況下，后期非編制作系統的交互需求相對較高，包括引入外來素材、節目保存等等，增加了系統的安全隱患。所以，在設計4K超高清頻道后期非編制作系統時，必須要對數據傳輸的安全程度進行保障。

第三，較高的兼容性。為了確保相關工作人員能夠更快地使用4K超高清頻道后期非編制作系統，就必須要確保設計的系統與原有的標清非編系統能夠兼容。在這樣的條件下，確保了節目制作質量不影響的基礎上，實現了節目像素的提升。同時，在4K超高清頻道后期非編制作系統的設計中，還要保證登錄名稱、權限以及操作流程都不發生改變，確保系統的完全兼容。

（二）4K超高清頻道后期非編制作系統的總體設計

在4K超高清頻道后期非編制作系統中，需要實現支持素材上傳與下載、音頻視頻的制作、安全隔離等基本功能。相關工作人員需要結合上述的實際需求完成4K超高清頻道后期非編制作系統的設計。在4K超高清頻道后期非編制作系統中，包含的主要功能模塊包括：后臺服務與存儲模塊、編輯模塊、網絡管理模塊、高安全區模塊。

其中，在后臺服務與存儲模塊中，主要利用了以太交換機為整體系統的數據交換功能，提供了更好的物理通路。同時，系統的數據與業務主持主要由存儲、數據庫服務器、應用服務器、業務中間器等結構提供?？梢哉f，后臺服務與存儲模塊是整個非編制作系統的支撐模塊；在編輯模塊中，相關工作人員能夠完成素材的挑選與上傳、多種節目編輯制作、配音配樂、節目下載等工作，屬于4K超高清頻道后期非編制作系統的主要業務模塊。在編輯模塊中，包含著無卡精編工作站、有卡精編工作站以及高碼率配音工作站等結構；在網絡管理模塊中，主要實現了相關網絡管理的服務，包括權限設置、用戶管理、流程設置等等。該模塊屬于4K超高清頻道后期非編制作系統的支撐模塊；在高安全區模塊中，主要創建了辦公網安全互通與物理安全隔離鏈路之間數據傳輸的安全環境。其屬于4K超高清頻道后期非編制作系統的重要安全模塊，包括安全傳輸網關以及千兆防火墻。

在設計4K超高清頻道后期非編制作系統時，要確保其具有擴展性與實用性，所以，該系統的整體結構可以使用以太網組網的方式，便于后續的配置與升級。在該系統中，主服務器與工作站的接入方式要更加靈活。其中，防火墻、服務器、配音工作站、安全網關等可以使用千兆以太網的接入方式；無卡工作站、有卡工作站、存儲等可以使用萬兆以太網的接入方式。

（三）4K超高清頻道后期非編制作系統的應用準備

在將4K超高清頻道后期非編制作系統投入實際的運行前，相關工作人員要進行一系列的準備工作，方便編輯人員能夠更快更好地應用該系統。

第一，要錄入用戶的賬號以及權限。在該系統實際的使用前，技術人員要將所有的用戶進行統計，并將不同身份的用戶，包括記者、編輯、審片以及管理員等進行標記。同時，將這些身份信息、權限信息等錄入該系統中。

第二，非編系統工作場景的設計。為了避免用戶（記者、編輯、審片以及管理員）出現移動素材窗口位置、錯誤隱藏時間線窗口等誤操作，相關技術人員要提前對系統的工作場景進行設定。在這樣的條件下，即使出現誤操作，也能夠通過工作場景的重置迅速完成恢復。

第三，文件的導入。為了最大程度保障節目的質量，實現新舊系統的使用過度，相關技術人員要在4K超高清頻道后期非編制作系統投入使用的前期，將舊系統中有價值的節目模板等進行導出，并將其導入新系統中。為了避免導入節目模板出現使用故障，相關技術人員要在設計新模板的過程中，結合舊模板的形式完成。

第四，鍵盤快捷鍵的設置。為了提升用戶對4K超高清頻道后期非編制作系統的適應速度，相關技術人員在設置該系統的快捷鍵時，必須要確保與原有系統快捷鍵的一致（除了被取消的快捷功能）。

第五，安全盤驅動與安全傳輸網關。安全盤驅動的安裝能夠保障外來音視頻素材的引入與輸出更加安全性。安全傳輸網關能夠對圖片、音視頻、文檔等進行自動的監控、檢測與傳輸，確保系統中多種文件傳輸的安全性。

（四）4K超高清頻道后期非編制作系統的安全管理

在4K超高清頻道后期非編制作系統的實際運行中，對于帶寬、數據安全的要求更高，數據量更大，實時性也更強。所以，在實際的工作中，系統中的各個功能模塊要形成更加易于管理與部署的結構。通常情況下，SAN結構就能夠滿足實際的需求。同時，要確保數據庫服務器中的主備互為備份，避免由于故障的產生而對非編制作系統產生影響，杜絕數據庫報錯問題的產生。

二、4K超高清頻道播出系統的分析

（一）4K超高清頻道播出系統的總體設計

現階段，電視劇、電影、MV、廣告等拍攝中涉及的4K素材普遍是通過降低至2K來完成制作的。在這樣的制作方式下，數據量、制作技術難度、制作噪點等都能夠得到有效的控制與降低，同時提升了銳度。但是，相關人員必須明確地認識到，將素材降低至2K進行處理實屬無奈之舉。為了促進4K的發展，提升制作質量，必須要實現在4K拍攝與制作中，結合實際的播出要求，完成分辨率的調整。

在4K拍攝以及演播室環節，可以沿用基帶方式。將一路4K信號當作四路3G的1080@50P高清信號，就能夠將碼率保持在200Mbps。此時，對于播放器的存儲卡的要求較高，一般情況下，512G的SRMEMORY存儲卡僅能夠保存30分鐘左右的4K內容?；谶@樣的情況，相關工作人員可以在播出端使用TS over IP的方式來完成系統的組建。

在4K播出系統中，節目的素材均使用了4K制作，通過HEVC轉碼系統能夠實現統一轉碼，將4K超高清頻道后期非編制作系統中輸出的轉碼為HEVC。結合文件傳輸效率、技術等層面的分析來說，H.265有著較大的優勢，消耗的帶寬相對較低，所以相關工作人員可以使用H.265完成轉碼。在HEVC轉碼系統的整體架構中，包含著幀間預測、幀內預測、量化、轉換、熵編碼、去區塊濾波器等功能模塊，可以將HEVC整體分成三個部分：編碼單位、預測單位以及轉換單位。相比較來說，HEVC編碼的自由度相對較高，不同的宏塊大小能夠自由地在8×8、64×64像素之間進行選擇。通常來說，當宏塊的尺寸更大，壓縮的效率就越高。在該系統中，與播出網的連接使用了萬兆冗余鏈路，通過節目的單向驅動，能夠將4K文件由系統功能轉移至存儲區域。因為HEVC轉碼系統更好地壓縮了4K節目，所以近線存儲中承受高分辨率的壓力較小。

在播出端，使用全媒體視頻服務器能夠支持f4v、HEVC等格式的文件TS流出。在IP包裝中加入經過HEVC編碼的4K文件以及臺標；存在于網絡中的復用器能夠對UDP形式的數據進行接收，并將其轉換為TS數據包，實現對數據流的復用。主備復用器完成二選一切換，并輸出主路信號以及備路信號。由于在全媒體視頻服務器中，能夠利用HTML5以及flash自行完成圖文包裝，并不需要通過旁路連接加設圖文包裝系統來實現，所以該4K超高清頻道播出系統有著更為全面的功能。

利用4K TS流監看完成監看系統的構建，能夠對視頻服務器輸出的基于TS流的HEVC編碼完成直接接收。經過HEVC編碼處理后的視頻碼流大小更小，也可以節省大量的存儲空間，減輕后續收錄系統的壓力。由于HEVC解碼在算法上的復雜程度、對于硬件的要求較高，所以相關工作人員需要在選型工作中進行大量的測試。

（二）4K超高清頻道播出系統的技術難點與實現方案

對于4K超高清頻道播出系統來說，其技術難點主要在4K實況轉播環節中。在這一項工作中，攝像機、切換臺等演播室的設備都已經達到了4K標準，但是在信號實時傳輸方面依舊存在一定的難度。現階段，傳輸過程普遍使用了四路1920×1080的3G信號來完成，其中，第一路3G信號主要為音頻嵌入。這四路3G信號通過相應的光端機完成傳輸，當進入播出網后展開HEVC編碼，最終實現了TS over IP播出。

在上述的過程中，由于需要將一路4K信號拆分為四路3G信號進行傳輸，所以其系統架構更復雜，成本也相對較高。針對這樣的情況，可以通過以下兩種架構方案來解決：第一，在演播室切換臺中，直接輸出一路4K信號展開HEVC編碼，并利用光纖網絡傳輸至播出網實現節目播出。第二，利用演播室4K切換臺上的NDIM2.0結構進行傳輸，當信號傳遞至播出網后展開HEVC編碼，最終實現TS over IP播出。

另外，50P幀精度播出控制技術在4K超高清頻道播出系統中也能夠發揮出較大的作用。在播出端要對使用的播出控制邏輯進行50P適配改造，確保播出系統能夠準確地對4K節目播出中有關于50P文件出入點完成識別，并生成正確的播控指令，同時利用VDCP協議將指令發送至服務器。在4K超高清頻道播出系統的實現中，50P幀精度播出控制技術是解決系統信靠控制問題的關鍵技術。

三、總結

綜上所述，本文基于實際需求，設計了4K超高清頻道后期非編制作系統以及播出系統。在4K超高清頻道后期非編制作系統中，實現了節目的高清化制作、數據傳輸安全的保障以及原有系統的兼容。通過錄入用戶的賬號以及權限、非編系統工作場景的設計等方式，確保了用戶能夠迅速適應該系統。在4K超高頻道播出系統中，主要構建了TS over IP播出模式，降低了相關硬件設備承受的高像素的壓力。