4K時代IP播出系統的實踐應用分析

卜玉

摘要：目前，隨著廣播電視技術的發展與革新，4K以其極致的感官體驗受到廣大收視者的青睞，4K時代IP播出系統是電視行業未來發展的必然方向。本文首先分析了4K時代IP播出系統在分辨率、色彩提升等方面的優勢。其次，提出了4K時代IP播出系統在設計中存在傳輸、控制精度等方面的問題。因此，應當對4K時代IP播出系統的具體應用加以規劃，這樣才能確保超4k技術更好地應用到電視播出之中。本文主要是基于現有的4K產品以及技術，探討了4K時代播出系統的建設思路。

關鍵詞：4K播出；超高清電視；播出系統

4K概念的提出來自于好萊塢，主要是指數據在轉化成數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，電視實現了從模擬到數字、從SDR到HDR等方面的質的飛躍。雖然4K播出已經出現，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播出是電視行業未來發展的必然方向。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播出系統的優勢

4K時代IP播出系統的優勢包括以下幾個部分：

（一）分辨率

ITU-RBT.2020和SMPTEST2036-1定義了4K播出系統的顯示分辨率，與一般的分辨率相比，4K播出系統3840*2160像素的分辨率更加精細，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到120P，會應用一種逐行掃描的技術，改技術的合理運用，讓觀眾可以看到更加細膩流暢的真實畫面，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節，讓整個畫面更加具有質感。HDR技術通過對數據信息的快速處理，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聲道結構，呈現出上、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

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

現階段，在兩種基帶IP播出系統中，無壓縮的基帶IP播出系統具有明顯的優勢，是未來電視臺解決IP化架構問題的首要選擇。

二、4K時代IP播出系統在設計中的問題

下面以4K電視為例討論一下4K時代IP播出系統在設計中需要關注的幾個方面。

（一）傳輸方面

現在，電視臺播出系統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信號線進行傳輸。但是只能夠在特定范圍內進行近距離數據傳輸，遠距離傳輸會不穩定。第二是利用以太網進行傳輸，但是存在丟包、延時、同步等問題。第三是利用3G-SDI信號線進行組合傳輸。但是一旦出現故障，維護起來會很困難。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節目在視頻播出前，需要利用文件編碼來進行信息傳遞。目前，播出文件編碼格式存在存儲容量高、寬帶要求高、節目質量低等問題。

（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播出視頻服務器是由播出控制機來進行運作的，在以往的播控系統中，基于25P的相關技術已經不能適應現在觀眾的需求，如何精準控制50P素材是現在需要引起重視的問題。

三、4K時代IP播出系統的設計規劃

4K時代IP播出系統主要由播出總控、監控網管等系統組成，并與全臺節目分發系統實現互聯互通，下面以超高清4K為例來進行論述。

（一）4K文件化節目的播出

4K節目的播出需要經過播出文件編碼格式的轉化，把文件信息轉換為相應的格式，經過傳輸后，以視頻的方式播放出來。在這個過程中需要攝像機進行拍攝，以及視頻服務器的相應解碼。

（二）總控4K信號的播出

該播出方式的4K信號主要是通過衛星接收而來。總控4K信號的播出整體上可以分為三步；首先是利用TICO視頻進行淺壓縮；然后是利用TICO解碼器對4K-SDI信號進行初始化操作；最后是利用播出矩陣，把4K信號傳輸到相應的視頻服務器。

（三）播出控制系統

目前，播出控制系統中SpectrumX視頻服務器兼容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或切換到墊片播放器播出。關于控制精度，目前采用VDCP控制擴展協議，能夠實現對50P素材PLAY等操作的精準控制。

（四）節目分發傳輸系統

通過電視節目分發系統，人們可以隨時隨地欣賞高質量的電視節目。為了規范超高清電視信號的傳輸，國際標準組織采用HEVC/H.265標準技術，該技術強化了4K超高清信號的傳輸速度，并提高了信號傳輸的穩定性。目前，我國研發了AVS2.0技術，該技術將成為國內4K超高清電視視頻編碼的統一標準。

四、結束語

目前，隨著廣播電視技術的發展與革新，4K以其極致的感官體驗受到廣大收視者的青睞，4K時代IP播出系統是電視行業未來發展的必然方向。然而，4K超高清還處于發展初期，其關鍵技術還需要時間來不斷進行完善，本文以現有的技術架構為基礎，對4K時代IP播出系統的實踐進行了比較深入的分析。相信隨著SMPTE2110系列標準的頒布，基帶IP技術會越來成熟，實現4K時代IP播出系統的大范圍普及。

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