4K 超高清演播室的設計與應用

吳挺毅

（溫州市廣播電視傳媒集團，浙江 溫州 325000）

0 引 言

伴隨著技術的開發(fā)與應用，4K 超高清節(jié)目制播逐漸成為廣播電視媒體發(fā)展的趨勢。《廣播電視和網絡視聽“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃》提到，截至2020 年底，全國廣播、電視綜合人口覆蓋率達到99.38%和99.59%，全國直播衛(wèi)星戶戶通用戶1.47億戶，全國有線電視實際用戶2.07 億戶，全國已有高清（High Definition，HD）電視頻道750 個，4K超高清頻道6 個，全國有線電視高清用戶超過1 億戶[1]。這組數據表明，我國在4K 超高清節(jié)目制播方面尚處于初級階段，在數量和范圍等方面都存在一定的局限性。鑒于4K 超高清節(jié)目制播技術的逐步成熟，廣播電視媒體尤其是地方廣播電視媒體開展4K 超高清節(jié)目直播實踐，已然成為趨勢和要求。正因如此，規(guī)劃中明確了到“十四五”末，全國地市級以上廣播電視臺基本實現高清播出，省級以上廣播電視臺基本具備超高清制播能力的目標。對于地方廣播電視媒體而言，4K 超高清節(jié)目制播的重點和難點在于4K 超高清演播室的設計與應用。解決了超高清演播室建設的問題，就相當于完成了節(jié)目制播的關鍵性任務。

1 4K 超高清演播室的設計方案

4K 超高清演播室是在通盤考慮電視節(jié)目制作流程的基礎上，將各個環(huán)節(jié)流程劃分為若干個有機組成單元，并在各單元系統(tǒng)的核心設備切換臺設置足夠多的輸入輸出路數，預留功能完備的接口板，便于后期的升級、擴展和級聯(lián)使用。在演播室系統(tǒng)的整體設計上，遵循簡單易懂、方便靈活、易于操作的原則。總體來看，4K 超高清演播室主要由視頻制作系統(tǒng)、視頻制作支持系統(tǒng)以及其他周邊系統(tǒng)三個單元構成[2]。

1.1 視頻制作系統(tǒng)

視頻制作系統(tǒng)是4K 超高清電視節(jié)目制作的關鍵系統(tǒng)，主要由攝像系統(tǒng)、信號切換與調度系統(tǒng)、大屏互動展示系統(tǒng)、超高清非編系統(tǒng)以及收錄系統(tǒng)等五個部分組成。

1.1.1 攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)包括攝像機及控制單元、鏡頭、支撐系統(tǒng)等攝像類部件和系統(tǒng)，是電視節(jié)目要素獲取的主要依托。在攝像機選擇方面，可重點考慮選擇諸如松下生產的AK-UC4000MS4K HDR 等專門用于演播室節(jié)目錄制的攝像機產品。該類攝像機一般有4 個訊道，搭載有大型4K 圖像傳感器。為了保證攝像機使用的靈敏度，演播室設計還加入了攝像機控制單元與基帶處理器單元。其中，基帶處理器單元通過光纖接收攝像機發(fā)射的信號，并與攝像機控制單元連接。這種設計方式可以保證攝像機同時輸出4K 高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）與高清標準動態(tài)范圍（Standard Dynamic Range，SDR）信號，使4K 與高清制作實現兼容。攝像系統(tǒng)中的鏡頭系統(tǒng)主要配備若干臺4K 超高清鏡頭，以滿足多角度攝像的需要。支撐系統(tǒng)則主要是為保證攝像機穩(wěn)固性而選擇的三腳架和搖臂等設備，主要用于對攝像機進行靈活的控制和操作[3]。

1.1.2 信號切換與調度系統(tǒng)

信號切換與調度系統(tǒng)，是4K 超高清視頻制作系統(tǒng)的核心所在，其主要承擔的功能是各類信號的介入和切換。在系統(tǒng)中，主要配置有MULTIFORMAT VIDEO SWITCHER HDS-8D 多格式超高清切換臺和功能強大的切換面板。其中，多格式超高清切換臺可以支持12 GB-SD 信號和IP 信號的接入，為4K 與HD 兩種不同節(jié)目制作模式的應用提供信號接入支持。同時，調度系統(tǒng)中使用了全功能一體機。這種具有觸屏控制功能的一體機，實現了全媒體雙屏導播臺的集成化設計，使原來分散的演播室功能設備得到了集成化的配置，達到了一機多能的效果。在一體機的支持下，不僅可以實現信號靈活切換的目的，同時也滿足了演播室進行的網絡直播、云媒體交互、嘉賓連線、多通道錄制等功能需求，同時還具備部分后期節(jié)目編輯處理的功能，為大型超高清全場景節(jié)目的制作提供了支持。在演播室的整體調度方面，信號切換與調度系統(tǒng)采用矩陣的方式對信號進行調度，并對信號情況進行動態(tài)監(jiān)測和備份，從而保證信號調度的高效性、安全性。除此之外，系統(tǒng)中的關鍵設備還在電源、基準信號輸入等方面進行了冗余配置，提升了4K 超高清演播室運行的穩(wěn)定性。

1.1.3 大屏互動展示系統(tǒng)

大屏互動展示系統(tǒng)主要用于滿足演播室內的超高清畫質展現。該系統(tǒng)配備新奧特 Graphite-U 石墨大屏互動展示系統(tǒng)，具有超高分辨率輸出的特點，可以實現4K、8K 甚至更高的自定義分辨率要求[4]。在不同分辨率下，系統(tǒng)提供了超高的視頻處理能力，能夠支持本地視頻文件的導入和實時播放。同時，系統(tǒng)還可以支持諸如AVI、MOV、MP4、MPG、YUV 等多種壓縮或者無壓縮的視頻格式文件。

1.1.4 超高清非編系統(tǒng)

超高清非編系統(tǒng)是用于4K 超高清內容后期非線性編輯的系統(tǒng)類型，其除了具有先進的編解碼技術和渲染引擎以外，還可以實現超高清音視頻內容的全流程制作。同時，非編系統(tǒng)在交互設計和用戶體驗設計等方面進行了更好的提升，不僅可以滿足4K 超高清電視節(jié)目的后期剪輯，同時還可以為頻道欄目的包裝以及專題片、紀錄片、廣告片的制作與編輯提供諸多的方案參考。

1.1.5 收錄系統(tǒng)

收錄系統(tǒng)為每臺錄像機進行單獨的錄制，并為每個錄制通道配備足夠大的存儲空間，用于超高清音視頻素材的存儲和記錄。

1.2 視頻制作支持系統(tǒng)

視頻制作支持系統(tǒng)，是為4K 超高清演播室提供視頻制作支持的系統(tǒng)，其主要配合視頻制作系統(tǒng)的運行。該系統(tǒng)除了保持有原來系統(tǒng)所有的通話系統(tǒng)、畫面分割系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、應急系統(tǒng)等外，還增加了監(jiān)測系統(tǒng)、同步系統(tǒng)等新的系統(tǒng)構建。其中，監(jiān)測系統(tǒng)主要是對4K 超高清演播室的整體運行情況進行動態(tài)的監(jiān)視與監(jiān)測。該系統(tǒng)通常由幾組安裝在墻體上的監(jiān)視器組成。通過這些監(jiān)視器可以監(jiān)看PGM、PVW 信號，并對采用高動態(tài)范圍HDR 節(jié)目制作時的圖像質量進行評價。同步系統(tǒng)用于提供同步信號，主要采用主、備加自動切換的同步模式運行，由若干臺同步信號發(fā)生器和同步倒換器組成[5]。

1.3 其他周邊系統(tǒng)

其他周邊系統(tǒng)主要是圍繞4K 超高清演播室運行和質量保證而配置的相關硬件、軟件內容。其中，比較典型的是音頻系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)。演播室的音頻系統(tǒng)主要以專業(yè)的數字調音臺為核心進行布置，配置有高質量訪談話筒、擴聲通話系統(tǒng)等。燈光系統(tǒng)主要根據4K 超高清演播室的場景布置情況進行設計，主要使用LED 平板燈、聚光燈等，打造集成化的專業(yè)演播室燈光系統(tǒng)[6]。同時，演播室采用LED 新型光源進行布光，以提高演播室燈光配置的合理性。

2 4K 超高清演播室的主要技術特點

相較于傳統(tǒng)的演播室而言，4K 超高清演播室在功能、技術性能等方面都有明顯的特點和優(yōu)勢。結合當前4K 超高清演播室的設計與應用情況來看，超高清演播室主要有如下幾方面的技術特點。

2.1 電視節(jié)目制作IP 化

在設計與應用過程中，4K 超高清演播室的系統(tǒng)主要采用了高標準、高科技含量的4K 設備，這些最新的設備為電視節(jié)目IP 化制作提供了基本的技術支持。同時，4K 超高清演播室在設計過程中，充分遵循了ST 2110 標準，以IP 為制作核心，以電視節(jié)目IP 化制作為主要落腳點，確保電視節(jié)目制作的能力和效果[7]。

2.2 電視節(jié)目制播較高的安全性

4K 超高清演播室采用了信號切換與調度一體化系統(tǒng)。在一體機的支持下，可以實現傳統(tǒng)切換臺與4K 全媒體導播切換一體機的科學搭配與組合，由此具備了較高的安全性能和靈活的信號調度能力。并且，在系統(tǒng)設計與建設中，可以使用4K 2M/E 切換臺和4K全功能一體機的物理備份功能，實現雙備份，確保演播室電視節(jié)目制播的安全性和穩(wěn)定性[8]。

3 4K 超高清演播室的應用情況分析

如前文所述，目前，我國在4K 超高清演播室設計與建設方面雖然有一定的成效，但演播室的數量和類型還比較有限。伴隨著演播室設計方案的不斷完善和技術的不斷成熟，4K 超高清演播室的應用會得到普遍的改善。

就當前的4K 超高清演播室應用情況來看，廣播電視媒體主要利用演播室制作虛擬現實（Virtual Reality，VR）、增強現實（Augmented Reality，AR）、混合現實（Mixed Reality，MR）及拓展現實（Extended Reality，XR）方面的超高清內容。同時，還利用演播室系統(tǒng)進行融媒體內容的制作與播出。也有一些廣播電視媒體結合4K 超高清演播室的功能和技術優(yōu)勢，打造了超高清演播室IP 平臺，使4K 超高清視頻的IP 化現場制作有了現實的技術支持。例如，中央廣播電視總臺就借助4K 超高清演播室，打造了面向4K 超高清的IP 化現場制作平臺，為4K 超高清電視節(jié)目的IP 制作提供了技術方面的支持。

4 結 語

4K 超高清演播室的設計與應用，是“十四五”時期廣播電視媒體在節(jié)目制播方面發(fā)展的新方向、新任務。雖然目前關于4K 超高清演播室的設計與應用情況尚處于探索完善階段，但隨著相關技術的開發(fā)、應用、完善以及4K 超高清節(jié)目制作技術與標準的實施，超高清演播室將成為各級各類廣播電視媒體尤其是地方廣播電視媒體在超高清電視節(jié)目制作方面重點依托的資源。