丁雪玲 石 亮
(1.中央廣播電視總臺(tái),北京 100000;2.國(guó)家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院,北京 100000)
2022年2月4 日至20日整個(gè)北京冬季奧運(yùn)會(huì)期間,中央廣播電視總臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱總臺(tái))帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè),運(yùn)用全國(guó)產(chǎn)8K超高清攝像機(jī)系統(tǒng),圓滿地完成了8K信號(hào)的直(轉(zhuǎn))播工作。在總臺(tái)直播組的指導(dǎo)與指揮下,國(guó)家速滑館(冰絲帶)現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)的國(guó)內(nèi)唯一完全符合總臺(tái)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的、由華光影像科技有限公司自主設(shè)計(jì)研制、生產(chǎn)的8K EFP超高清攝像機(jī)系統(tǒng),通過(guò)了奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)的技術(shù)檢測(cè)。
在近20天的直播過(guò)程中,國(guó)產(chǎn)UDCAM-9000型EFP攝像機(jī)系統(tǒng)不僅完美地完成了8K直播任務(wù),而且其呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)豐富、美輪美奐的影像效果,得到了OBS、NHK等國(guó)際電視同行的贊揚(yáng)。在北京冬奧會(huì)的舞臺(tái)上,華光全國(guó)產(chǎn)8K EFP攝像機(jī)系統(tǒng),終于實(shí)現(xiàn)了中國(guó)產(chǎn)品在廣播級(jí)前端攝像設(shè)備領(lǐng)域從無(wú)到有的突破,也是總臺(tái)高舉自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)大旗,以國(guó)際領(lǐng)先的超高清音視頻制播技術(shù)開(kāi)始在全球進(jìn)行超越、領(lǐng)跑的開(kāi)端。本文首先介紹的是總臺(tái)8K超高清節(jié)目制作的標(biāo)準(zhǔn)與要求,其次分析的是按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的8K直播的安全可靠性情況,在此基礎(chǔ)上闡述總臺(tái)在“5G+4K/8K+AI”應(yīng)用探索方面的重要意義,及其對(duì)我國(guó)廣電科技創(chuàng)新的重要作用。
視頻是圖像呈現(xiàn)和信息傳播的重要載體。根據(jù)相關(guān)報(bào)道,個(gè)人內(nèi)容消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)流量的80%以上和行業(yè)應(yīng)用流量的70%以上都是視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)前的視頻技術(shù)正從高清向超高清(HD TO UHD)、從4K向8K跨越,具有國(guó)際先進(jìn)水平的8K超高清技術(shù),只有依托先進(jìn)的系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),才能在中央廣播電視總臺(tái)“百城千屏”推廣活動(dòng)中,在全國(guó)30多個(gè)城市100多塊超高清大屏上,落地播出總臺(tái)8K超高清頻道的2022年春晚、北京冬奧會(huì)賽事等相關(guān)節(jié)目?jī)?nèi)容。
總臺(tái)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在深入研究國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,率先提出了我國(guó)超高清視頻制作的全套技術(shù)規(guī)范,涵蓋視頻采集、制作、傳輸、呈現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)。在攝像端,8K圖像清晰度為7680x4320,是4K超高清的4倍,而且須達(dá)到高幀率、寬色域、高動(dòng)態(tài)范圍和高信噪比等。只有各項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)全部得到實(shí)現(xiàn),才能給觀眾帶來(lái)顛覆性、更具震撼力和沉浸感的全新視覺(jué)體驗(yàn)。
按照總臺(tái)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),廣播級(jí)EFP 8K超高清視頻規(guī)格必須同時(shí)達(dá)到以下性能要求:
8K超高清 (UHD2):水平清晰度7680,垂直清晰度4320;圖像的寬高比16:9;
總像素?cái)?shù)為4500萬(wàn)以上;8K超高清視頻須支持50fps、59.94fps、60fps、100fps和 120fps幀率;在色彩方面,寬色域BT.2020是必備條件;在色彩位深方面,將制作域位深確定為10bit以上,有效提升了超高清視頻的流暢性、細(xì)膩感和色彩豐富度;非常重要的高動(dòng)態(tài)范圍HDR中,HLG-1000是必不可少的選項(xiàng)。
從2022年1月初接到總臺(tái)通知,到2月中旬北京冬奧會(huì)結(jié)束,在共40多天的時(shí)間,我們經(jīng)歷了總臺(tái)聯(lián)調(diào)、場(chǎng)館內(nèi)聯(lián)調(diào)和直播等幾個(gè)重要階段,華光國(guó)產(chǎn)8K EFP攝像機(jī)(系統(tǒng))與總臺(tái)的8K制播系統(tǒng)一道,經(jīng)歷了20多天安全性、可靠性和功能性的嚴(yán)峻考驗(yàn),并圓滿完成了整個(gè)直(轉(zhuǎn))播任務(wù)。下面以工作日志形式,將華光國(guó)產(chǎn)UDCAM-9000型8K攝像機(jī)在應(yīng)用中遇到的各種狀況與解決措施做詳細(xì)記錄。
2臺(tái)(套)國(guó)產(chǎn)UDCAM-9000型8K EFP攝像機(jī)進(jìn)入總臺(tái)E10演播室進(jìn)行設(shè)備集結(jié)。機(jī)器配合2支拍攝鏡頭:佳能25-250mm10倍變焦鏡頭1支、富士19-90mm4.7倍變焦鏡頭1支,調(diào)整鏡頭參數(shù),調(diào)整鏡頭前后焦,順利完成。
2套訊道華光攝像機(jī)與CCU機(jī)站、草谷切換臺(tái)和雷莫纜線進(jìn)行聯(lián)通調(diào)試,信號(hào)試通。測(cè)試8K與4K信號(hào)的同時(shí)輸出功能,各項(xiàng)信號(hào)測(cè)試正常,聯(lián)調(diào)一次到位,聯(lián)通順利。
與超高清音視頻協(xié)同中心4臺(tái)索尼8300型8K EFP攝像機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng),進(jìn)行聯(lián)調(diào),主要解決系統(tǒng)聯(lián)通與系統(tǒng)完整性和成像一致性問(wèn)題。
華光技術(shù)總監(jiān):周毅博士為總臺(tái)體育中心導(dǎo)播、攝影師進(jìn)行攝像機(jī)使用培訓(xùn),同時(shí)解答使用人員提問(wèn)。
華光設(shè)備與整個(gè)8K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)設(shè)備統(tǒng)一打包,起運(yùn)至國(guó)家速滑中心(冰絲帶)。
轉(zhuǎn)播設(shè)備運(yùn)抵轉(zhuǎn)播現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)過(guò)消殺等程序,進(jìn)入國(guó)家速滑中心(冰絲帶)現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)總臺(tái)8K轉(zhuǎn)播組的統(tǒng)一布置,確定現(xiàn)場(chǎng)機(jī)位圖如下。


“冰絲帶”的8K EFP轉(zhuǎn)播系統(tǒng)共包含6個(gè)訊道,其中5、6號(hào)機(jī)為國(guó)產(chǎn)華光攝像機(jī)。調(diào)試中主要解決了如下問(wèn)題:
解決CCU到攝像機(jī)超長(zhǎng)距離(400米和500米)信號(hào)傳輸和供電電阻保護(hù)問(wèn)題(華光攝像機(jī)系統(tǒng)均不需要加電纜中繼器);
聯(lián)調(diào)中,筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的4塊LED大屏幀頻(估計(jì)是30幀)與攝像機(jī)幀頻不一致,造成攝像機(jī)拍攝過(guò)程中出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象,這是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)LED屏設(shè)置的顯示參數(shù)不一致所導(dǎo)致的。通過(guò)調(diào)整攝像機(jī)內(nèi)電子快門(mén)解決了此類問(wèn)題;
攝像機(jī)調(diào)機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn):在復(fù)雜光環(huán)境下,使用華光UDCAM-9000型攝像機(jī)的區(qū)域白平衡功能,焦點(diǎn)打虛調(diào)整白平衡,能夠更準(zhǔn)確地找到白平衡參數(shù);
現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員針對(duì)華光8K攝像機(jī)暫時(shí)沒(méi)有連接OCP面板的情況,提出將電纜信號(hào)強(qiáng)度、白平衡數(shù)值、色域、飽和度等參數(shù)數(shù)值顯示在尋像器上。華光正式版可以實(shí)現(xiàn)以上要求。
現(xiàn)場(chǎng)索尼8K系統(tǒng)連接復(fù)雜不符合廣電EFP標(biāo)準(zhǔn)要求,造成華光攝像機(jī)必須通過(guò)適配器連接。其結(jié)構(gòu)如下:

2022年北京冬奧會(huì)的第一個(gè)比賽日,冰絲帶在16:30-18:10進(jìn)行了女子3000米速度滑冰決賽;
(1)OBS經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè),要求參與電視直播的攝像機(jī),一律佩戴統(tǒng)一的專屬機(jī)身罩,華光兩臺(tái)攝像機(jī)都披掛上了OBS“專用馬甲”;
(2)直播前的檢查過(guò)程中,為確保直播安全,為6號(hào)機(jī)更換了新的尋像器和數(shù)據(jù)線。
2個(gè)攝像機(jī)位設(shè)置參數(shù):


場(chǎng)館進(jìn)行速滑女子1500米決賽,現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)演與導(dǎo)播根據(jù)情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)位進(jìn)行調(diào)整。
(1)場(chǎng)內(nèi)的5號(hào)機(jī)調(diào)整機(jī)位,主要拍攝賽道內(nèi)舉牌的教練,景別多為人全;與此同時(shí)由于場(chǎng)地內(nèi)亮度增加,觀眾坐席出現(xiàn)射燈,造成多色溫的復(fù)雜拍攝環(huán)境。由于華光攝像機(jī)色還原能力好,最大程度做到了與現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面的圖像一致。
(2)因機(jī)位變化,導(dǎo)播要求重新調(diào)試攝像機(jī),光圈降為10-11,存儲(chǔ)USER1。佳能鏡頭在現(xiàn)場(chǎng)光線惡劣的環(huán)境下(景別最緊時(shí)),出現(xiàn)黑圈。
同時(shí),技術(shù)系統(tǒng)提出,希望華光8K攝像機(jī)在下一版功能上進(jìn)行改進(jìn):
(1)華光攝像機(jī)如果用按鍵調(diào)整板色溫值,每上下按一次調(diào)整的數(shù)值是100,希望下一版可以調(diào)整為25上下一次(采納);
(2)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)老師提出,調(diào)試白平衡希望先恢復(fù)廠設(shè)(具體要求討論一下)。這兩個(gè)問(wèn)題,會(huì)在以后的改進(jìn)版中實(shí)現(xiàn)。
場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行的是男子10000米決賽,在現(xiàn)場(chǎng)遇到了冬奧會(huì)史上為數(shù)不多的特殊情況:第一組比賽結(jié)束后,有運(yùn)動(dòng)員在5號(hào)機(jī)的雷默線位置跪地嘔吐,在這其間丟失兩幀圖像。轉(zhuǎn)播組同事無(wú)法確定是否因選手跪地壓了雷默線出現(xiàn)問(wèn)題,還是電視盒子的問(wèn)題。后續(xù)調(diào)整中恢復(fù)正常,也提醒在以后的轉(zhuǎn)播工作中,對(duì)于每一寸視頻連接線都應(yīng)格外注意,以確保萬(wàn)無(wú)一失。
第8個(gè)比賽日在下午到傍晚時(shí)間,進(jìn)行女子接力1/4決賽。導(dǎo)播對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)又做了調(diào)整:
(1)華光國(guó)產(chǎn)6號(hào)機(jī)位主要拍賽道,光圈10-11;中場(chǎng)及比賽結(jié)束拍觀眾,光圈7.5-8.0。
(2)5號(hào)機(jī)位在內(nèi)場(chǎng)拍攝機(jī)位變化,光圈變化比較頻繁,建議存儲(chǔ)2-3個(gè)USER,便于切換使用。
日本NHK轉(zhuǎn)播團(tuán)隊(duì),聽(tīng)說(shuō)中國(guó)國(guó)產(chǎn)8K EFP設(shè)備亮相冬奧會(huì)直播,也過(guò)來(lái)參觀學(xué)習(xí),同時(shí)詢問(wèn)了國(guó)產(chǎn)攝像機(jī)的品牌和型號(hào)。
冰絲帶進(jìn)行女子1000米速滑決賽,直播一切正常,電子伺服手柄出現(xiàn)一定的操作局限:導(dǎo)播將5號(hào)機(jī)調(diào)整為拍攝比賽出發(fā)時(shí)刻的機(jī)位,機(jī)身高度調(diào)節(jié)到1.8米-2.0米高度時(shí),出現(xiàn)伺服手柄無(wú)法控制光圈的問(wèn)題。后續(xù)華光將與鏡頭廠家進(jìn)行細(xì)致溝通,以確保伺服手柄的操作靈敏性與安全性。

2套華光國(guó)產(chǎn)8K EFP攝像機(jī)(系統(tǒng))在整個(gè)北京冬奧會(huì)期間,圓滿地完成了直(轉(zhuǎn))播任務(wù),全程經(jīng)受住了嚴(yán)苛的考驗(yàn)。攝像機(jī)本身、聯(lián)接線纜和CCU機(jī)站系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題,總臺(tái)為國(guó)產(chǎn)攝像機(jī)系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái),為國(guó)產(chǎn)攝像機(jī)的應(yīng)用和產(chǎn)品化打下堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)用基礎(chǔ)。
在國(guó)際范圍內(nèi)8K產(chǎn)業(yè)鏈的攝錄制等前端環(huán)節(jié),目前現(xiàn)有的設(shè)備很少,其中國(guó)外設(shè)備幾乎壟斷全球市場(chǎng),廣播級(jí)8K超高清攝像機(jī)與攝像系統(tǒng)基本由日本索尼、日立、佳能和美國(guó)個(gè)別品牌所壟斷,其中日本產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率約為80%,美國(guó)和歐洲各約10%。在此之前我國(guó)尚未誕生專業(yè)級(jí)8K攝像機(jī)與攝像系統(tǒng),國(guó)產(chǎn)廣播級(jí)8K EFP超高清攝像系統(tǒng)的研制成功,填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。
“5G+4K/8K+AI”在制播領(lǐng)域有極高的技術(shù)難點(diǎn)。為了保證實(shí)時(shí)性,8K對(duì)帶寬的要求比較高,一路8K裸信號(hào)最大可達(dá)到48G甚至更高,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求,在電視制播環(huán)節(jié),信號(hào)傳輸采用的是SDI銅纜,一根SDI銅纜當(dāng)前最大帶寬12G,如果要傳遞一路無(wú)壓縮8K信號(hào),需要多根線纜并行使用,一定程度增加部署運(yùn)維難度。圖像內(nèi)容是視頻制作的核心資產(chǎn),原始視頻圖像來(lái)之不易,彌足珍貴,一旦被壓縮就損失了后期制作的大部分品質(zhì)和價(jià)值,所以在制作域,無(wú)壓縮(裸)信號(hào)對(duì)于8K內(nèi)容還原是非常重要的,此外確保無(wú)壓縮信號(hào)帶寬穩(wěn)定、傳輸過(guò)程無(wú)丟包和us級(jí)時(shí)間同步精度,都是8K內(nèi)容在制作時(shí)必須確保的關(guān)鍵因素。
為了確保上述技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn),制作領(lǐng)域必須有一張安全、可靠、魯棒性好的制播平臺(tái),華光團(tuán)隊(duì)在多年研發(fā)的基礎(chǔ)上,建議制播系統(tǒng)采用一種高效安全的4K/8K臺(tái)內(nèi)或轉(zhuǎn)播車制作域內(nèi)的無(wú)損信號(hào)(基帶光)傳輸方案,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試用。
此方案是以光交換機(jī)為基礎(chǔ),一個(gè)光交換機(jī)+電信號(hào)解碼器(無(wú)壓縮)構(gòu)成上下載基站,可由環(huán)形網(wǎng)絡(luò)或星形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),確保網(wǎng)絡(luò)的安全可靠。

可以先考慮建設(shè)臺(tái)內(nèi)實(shí)驗(yàn)網(wǎng),需要對(duì)外遠(yuǎn)程跨域傳輸時(shí),可以直接進(jìn)入電信的光干線;也可以直接與電信或聯(lián)通的光接口網(wǎng)關(guān)連接,通過(guò)與全光干線網(wǎng)絡(luò)直連,完成跨省市的遠(yuǎn)程信號(hào)交換和分配,理論上沒(méi)有傳輸距離上限。
此方案的每個(gè)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)單價(jià)比XS IP和2110 IP更便宜,且價(jià)格是前述兩方案的1/2~1/3,由于是無(wú)壓縮的基帶光傳輸,所以距離更遠(yuǎn)、安全性和傳輸質(zhì)量更好。

光交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)N進(jìn)K(COM)出交換,本地選或網(wǎng)管選。根據(jù)定義和設(shè)備定制情況,這里N、K可以是光纖數(shù),也可以是光波長(zhǎng)(nm),因?yàn)槭侨饨粨Q機(jī),所以智能化程度高,可靠性好(比路由器好)。
我國(guó)廣電科技如何利用國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)替代技術(shù)實(shí)現(xiàn)由并跑邁向領(lǐng)跑?廣播電視節(jié)目?jī)?nèi)容的生產(chǎn)制作流程包括采、編、播、存、傳等多個(gè)環(huán)節(jié)。支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)播車和演播室的視音頻制作系統(tǒng)、總控調(diào)度系統(tǒng)、播出系統(tǒng)、收錄系統(tǒng)、非編系統(tǒng)等。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),以往的臺(tái)內(nèi)制作域系統(tǒng)都是基于SDI的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)來(lái)構(gòu)建的。
如何解決多路SDI、同步和傳輸距離等的局限性,答案就是全光網(wǎng)絡(luò)或制播IP協(xié)議化。也就是采用基于全光網(wǎng)絡(luò)(ROADM)或ICT(網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù))的IP化的技術(shù)架構(gòu)來(lái)逐步替代SDI技術(shù)架構(gòu)的傳輸部分,這急需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與標(biāo)準(zhǔn)支持,也正在形成行業(yè)共識(shí)。近幾年來(lái),全光網(wǎng)和制播IP化是歐洲廣播電視界的熱門(mén)研究方向,國(guó)際上各大標(biāo)準(zhǔn)組織也在積極推動(dòng)IP化標(biāo)準(zhǔn)制定。
制播IP化一方面解決高帶寬信號(hào)的傳輸和調(diào)度。IP化實(shí)質(zhì)也是用光纖替代SDI銅纜,一根光纖就可以傳輸400G甚至更多,還是雙向傳輸。光纖可以將信號(hào)傳遞到幾千米甚至100千米以上。
另一方面,基于IP架構(gòu)的組網(wǎng)方式將改變傳統(tǒng)廣播電視信號(hào)只能由前向后線性傳輸?shù)木窒蓿俏磥?lái)實(shí)現(xiàn)融合媒體、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)。
根據(jù)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2019-2022年)》制定的目標(biāo),預(yù)計(jì)到2022年,我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過(guò)4萬(wàn)億元。中國(guó)目前是全球最大的超高清視頻市場(chǎng)之一。在國(guó)家《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2019-2022年)》中提到,2022年8K電視占比要達(dá)到5%。攝錄編環(huán)節(jié)的薄弱,嚴(yán)重制約全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。超高清國(guó)內(nèi)市場(chǎng)初期為萬(wàn)億規(guī)模,成長(zhǎng)期預(yù)計(jì)超過(guò)10萬(wàn)億,全球市場(chǎng)規(guī)模將在100億產(chǎn)值以上。
超高清產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菄?guó)家工業(yè)與信息化部、國(guó)家廣播電視總局共同認(rèn)定,擁有萬(wàn)億產(chǎn)值的國(guó)家新興高科技產(chǎn)業(yè)鏈。此后隨著應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)展(增加工業(yè)級(jí)、民用級(jí)等產(chǎn)品),8K攝像機(jī)市場(chǎng)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的需求量還會(huì)大幅增長(zhǎng),市場(chǎng)潛力巨大,發(fā)展前景良好。在娛樂(lè)、醫(yī)療、教育、工業(yè),安防、旅游、藝術(shù)等方面,8K攝像系統(tǒng)設(shè)備都具有巨大的潛力,一系列重大活動(dòng)將帶動(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),
不難預(yù)見(jiàn),總臺(tái)的“5G+4K/8K+AI”超高清國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程將會(huì)給人們的生活帶來(lái)巨大改變,除了影視、體育、競(jìng)賽領(lǐng)域外,8K也讓遠(yuǎn)程醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí),肉眼難辨的手術(shù)線可以在8K圖像上得到清晰的呈現(xiàn);安防方面,只需少量攝像頭就可以進(jìn)行大面積監(jiān)控;再就是文物保護(hù)領(lǐng)域,8K可以最大程度還原文物細(xì)節(jié)和本真的色彩,大大增強(qiáng)文物保護(hù)力度。最讓人期待的是8K電視,可實(shí)現(xiàn)在家里只要看電視,就會(huì)產(chǎn)生電影院的沉浸感和臨場(chǎng)效果。可以相信,在5G網(wǎng)絡(luò)和AI的共同加持下,8K將會(huì)覆蓋到人們工作和生活中的更多領(lǐng)域,打造更加美好的數(shù)字新生活。