廣播電視4K超高清播出系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)研究

莫川志

摘要：隨著人們生活品質(zhì)的提升，對于廣播電視節(jié)目的清晰度、流暢度等要求越來越高。為了滿足人們在廣播電視節(jié)目觀看方面日益增長的需求，提升人們的觀看體驗，工信部、國家廣播電視總局和中央廣播電視總臺在2017年聯(lián)合發(fā)布了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》，并提出了加快超高清電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。基于此，本文重點針對廣播電視4K超高清播出系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：廣播電視;4K超高清;播出系統(tǒng)

在電視產(chǎn)業(yè)中，與其他播出系統(tǒng)相比，4K超高清播出系統(tǒng)的應(yīng)用，表現(xiàn)出了景聲全、幀率高、分辨率高的特點，不僅可以使超高清電視的可視度得到提升，還可以使大屏幕電視的細(xì)節(jié)得到豐富，使觀眾獲得高品質(zhì)的觀看體驗。但是，我國的4K超高清播出系統(tǒng)的發(fā)展過程中，還有很多技術(shù)性問題存在，在這種情況下，非常有必要對廣播電視4K超高清播出系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

一、廣播電視4K超高清播出系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的標(biāo)清播出系統(tǒng)、高清播出系統(tǒng)相比，4K超高清播出系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢非常突出。

首先，針對清晰度和幀頻。4K超高清播出系統(tǒng)的分辨率高達(dá)3840*2160，其顯示點數(shù)已經(jīng)達(dá)到HD高清播出系統(tǒng)的4倍，所以在保證廣播電視節(jié)目畫面清晰度方面有著絕對的優(yōu)勢。另外，幀頻是保證電視播出畫面流暢性與細(xì)膩性的關(guān)鍵因素，幀頻越高，電視播出畫面的流暢性與細(xì)膩性就越好。而4K超高清播出系統(tǒng)的幀頻主要集中在100幀--120幀之間，最低也在50幀以上。但是，在設(shè)計4K超高清播出系統(tǒng)的時候，高幀頻的應(yīng)用對系統(tǒng)帶寬和容量提出了苛刻的要求。所以，我國在設(shè)計并構(gòu)建4K超高清播出系統(tǒng)的時候，一般以50P的幀頻應(yīng)用為主。

其次，針對動態(tài)范圍。傳統(tǒng)的標(biāo)清播出系統(tǒng)或者高清播出系統(tǒng)的動態(tài)范圍使用的是SDR標(biāo)準(zhǔn)，其亮度最高也只能是100nit。而4K超高清播出系統(tǒng)的動態(tài)范圍使用的是HDR標(biāo)準(zhǔn)，其亮度基本可以穩(wěn)定在100nit以上，所以播出畫面更加明亮、精致。

再次，針對寬色域。4K超高清播出系統(tǒng)將色域范圍調(diào)整到了UHDTV色域范圍中[1]。這樣一來，電視的色域范圍更加廣泛、顏色更加豐富，可以使播出畫面最大限度的貼近實際情況。

最后，針對全景聲。4K超高清播出系統(tǒng)不僅使用了5.1環(huán)繞立體聲，還對音源采集平面進(jìn)行了拓展，可以讓觀眾在觀看電視畫面的同時，獲得一種沉浸式的觀看體驗。

二、廣播電視4K超高清播出系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）50P播控技術(shù)

傳統(tǒng)的高清播出系統(tǒng)應(yīng)用的是50P播出控制邏輯與技術(shù)。然而，在電視產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展過程中，這種高清播出系統(tǒng)的適配性已經(jīng)表現(xiàn)出了明顯的滯后性，所以必須要對基于50P的4K播出控制系統(tǒng)的適配性進(jìn)行優(yōu)化與改造。首先，對4K超高清播出系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)要求進(jìn)行分析，并以此為參照，利用50P幀頻進(jìn)行逐行掃描，進(jìn)而在50P幀精度的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)超高清節(jié)目的播出控制。其次，對4K播出控制邏輯的適配性進(jìn)行優(yōu)化與改造，讓相關(guān)播出軟件準(zhǔn)確的識別出播出單中的50P文件素材的入出點，然后在完成素材中Cue、Play等級別的幀精度播出控制操作的同時，進(jìn)行相應(yīng)控制指令的生成[2]。之后，再借助視頻磁盤通訊協(xié)議，將控制指令傳輸?shù)椒?wù)器。最后，服務(wù)器在接收到控制指令之后，就會映射出其中的關(guān)鍵幀位置，然后再對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，最終以LTC+VITC格式表達(dá)出來。將其與文件時間碼軌中的LTC時碼、VITC時碼結(jié)合在一起，然后再按照控制制定中與幀有關(guān)的要求，定位50P素材文件。

（二）4K凈靜切換技術(shù)

在4K超高清播出系統(tǒng)的應(yīng)用中，音視頻鏈路中的播出信號來源于以下四大服務(wù)器：第一主播視頻服務(wù)器、第二備播視頻服務(wù)器、第三異構(gòu)二備播系統(tǒng)服務(wù)器、第四CYC墊片視頻服務(wù)器。播出信號輸出后，通過4路3G-SDI之后，再與Qua-link連接的形式傳輸。首先，鏈路最末端的配置需要參照4臺雙路二選一的主、備倒換器，端口的配置數(shù)量的控制應(yīng)當(dāng)以4路4K視頻信號4選1的需求得到滿足為標(biāo)準(zhǔn)[3]。其次，當(dāng)GPI接口發(fā)出切換指令之后，4臺倒換器就可以成功接收，之后會在視頻切換行進(jìn)行視頻凈靜的切換。由于凈靜切換的信號的整個切換過程以同步幀精度為基礎(chǔ)，所以可以為以Qua-link連接的形式傳輸為基礎(chǔ)的4K基帶信號的成功凈靜切換提供保證[4]。最后，將單向信號限流裝置增設(shè)到控制面板與4臺2選1倒換器設(shè)備間。這樣一來，即便是其中一個倒換器設(shè)備出現(xiàn)短路，另外一個2選1設(shè)備的GPI控制口電勢差都不會受到絲毫的影響，廣播電視節(jié)目的正常播出也就得到了保證。

（三）信號一致性比對檢測

在明確了音視頻信號鏈路針對4K視頻信號質(zhì)量的監(jiān)控要求之后，就必須要分別采集4路分量視頻信號，并進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控KPI的制定。之后，就可以根據(jù)真值邏輯，開展信號一致性比對檢測工作，即在特定延時范圍內(nèi)，比較音視頻信號的一致性，判斷音頻信號與視頻信號的一致性，然后再通過相應(yīng)措施實現(xiàn)音頻信號與視頻信號的同步進(jìn)行。在此過程中，一致性檢測算法主要由以下兩部分組成：第一視頻一致性檢測、第二音頻一致性檢測。

針對每路3G-SDI信號，也可以進(jìn)行一致性比對檢測，并借此幫助技術(shù)人員找出存在問題的一路信號。在這一過程中，針對視頻信號的檢測內(nèi)容主要包含：第一視頻信號是否存在丟失現(xiàn)象、第二視頻信號是否存在中斷現(xiàn)象、第三靜幀情況如何、第四黑場及紅、藍(lán)、灰等純色彩場狀況如何等。針對音頻信號的檢測內(nèi)容主要包含：第一是否存在靜音問題、是否存在音量過高或過低問題、第三是否存在音頻中斷或反相問題等。需要注意的是，針對音視頻信號的檢測，需要以采集線程和檢測線程兩種線程為主。

在一致性比對檢測過程中，還使用到了4K畫面一致性比對儀。這一比對儀的輸入端口有12個3G-SDIBNC接口，可以有效提取4K音頻信號和4K視頻信號，并對畫面一致性進(jìn)行比對分析，進(jìn)而采取針對性的措施，使主播出、備播出以及異構(gòu)備播服務(wù)器等三路Qua-Link連接的4K超高清畫面輸入要求得到滿足[5]。另外，比對儀的應(yīng)用，不僅可以對4K畫面的一致性進(jìn)行比對，還可以有效判斷出信號的延時、亮度以及聲音等內(nèi)容的一致性，進(jìn)而幫助技術(shù)人員及時找出播出畫面中存在的問題，進(jìn)而采取針對性的解決措施提升4K超高清播出系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。

三、結(jié)語

綜上所述，只有不斷的提高廣播電視節(jié)目的播出質(zhì)量，才能夠保證廣播電視行業(yè)的市場競爭力。而如何借助相關(guān)技術(shù)措施提高4K超高清電視節(jié)目的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展、規(guī)范化發(fā)展，是當(dāng)下廣播電視領(lǐng)域中從業(yè)人員需要重點關(guān)注的問題。所以，相關(guān)人員要團(tuán)結(jié)一致，通過各種創(chuàng)新性措施進(jìn)行優(yōu)質(zhì)4K超高清播出系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)，并將4K超高清播出系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，增強(qiáng)廣大觀眾的觀看體驗。

參考文獻(xiàn)：

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（云南廣播電視臺 云南昆明 650000）