4K播出字幕实现方式探讨

周佳 莫鑫

摘 要：伴随着总局的政策引导，央视和各大省级卫视的发力，电视行业相关厂商也都早已开始着手4K产品的研究与发布。字幕作为电视行业除视频外一个不可或缺的环节，也成为了各大厂商竞相争夺的一块阵地。本篇针对目前4K播出字幕行业现状，对4K播出字幕实现方式进行探讨。

关键词：4K播出；4K字幕；SMPTE IP NDI

中图分类号：TB857.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0205-02

超高清电视（UHDTV）具有高分辨率、高幀率、高比特率、宽色域、高动态范围等多项技术特征，伴随着屏幕尺寸的增大，4K电视作为超高清电视发展的第一阶段，近两年开始进入飞速发展和实现落地时期。2018年5月，广东省正式印发落实国家广播电视总局和广东省政府《推动广东省4K超高清电视应用与产业发展合作备忘录》工作方案。方案提出了3大目标：

2018年底前，广东广播电视台正式开通1个4K超高清频道，全省4K节目提供总量达8000小时，其中符合高动态范围（HDR）、50帧技术标准的4K节目提供量达1000小时。4K机顶盒用户达1000万户，其中支持HDR、50帧以上的机顶盒用户达60万户，支持视频编码压缩标准（AVS2）的机顶盒用户达3万户。

2019年底前，全省4K超高清节目储备超过10000小时，其中符合HDR、50帧技术标准的4K节目提供量达2000小时。4K电视用户超1500万户，其中支持HDR、50帧以上的机顶盒用户达300万户，支持AVS2的机顶盒用户达30万户。

2020年底前，4K超高清节目储备超过12000小时，其中符合HDR、50帧技术标准的4K节目提供量达3000小时。全省4K电视用户超2000万户，其中支持HDR、50帧以上的机顶盒用户达600万户，支持AVS2的机顶盒用户达500万户，实现全省70%以上用户可接收收看4K电视节目。探索提供8K节目服务。

伴随着总局的政策引导，央视和各大省级卫视的发力，电视行业相关厂商也都早已开始着手4K产品的研究与发布。字幕作为电视行业除视频外一个不可或缺的环节，也成为了各大厂商竞相争夺的一块阵地。

1 4K字幕实现方式探讨

部分国际视频服务器厂商提出沿用高清时代ALL-IN-ONE的方式，即在视频服务器上解决外来信号切换，硬盘素材播出、台标和字幕叠加等问题。但是该方式同样也继承了在高清系统中存在的外来信号路数不足，台标和字幕制作、控制方式不够灵活，不符合国内电视台使用习惯的问题，因此在现有的4K字幕解决方案实际案例中并未得到采用，也许随着厂商软件的人性化更新，SDI OVER IP技术、虚拟化技术的推进，该方式后续可能会有更大的发展空间。

目前国内各大字幕机厂家均已发布成熟的4K字幕机产品，基本都是采用品牌工作站或者专业工控机安装4K字幕板卡的形式，暂未发布采用虚拟化方式实现的字幕机或者说字幕服务，现有4K字幕机的输出基本采用SDI和IP两种实现方式，其中SDI实现方式又分为四线3G SDI模式和单线12G SDI模式，IP实现方式又分为SMPTE IP模式和NDI IP模式。

1.1 四线3G SDI方式

四线3G SDI方式又称为Quad SDI模式，采用字幕板卡输出8路3G-SDI信号，其中4路为3G-SDI-FILL信号另外4路3G-SDI-KEY信号。板卡物理接口一般采用4入4出，其中4路输入可配置为输出模式。如图1所示。

1.2 单线12G SDI方式

单线12G SDI方式采用1路12G-SDI FILL信号输出和1路12G-SDI KEY信号输出。FILL和KEY信号通常在下游通过切换台进行混合。如图2所示：

1.3 SMPTE模式的IP输出

具了解迈创最新发布的Matrox X.mio5 Q25板卡，可支持SMPTE ST 2110标准，采用25GbE SFP，最多支持4路UHDp60/50信号输出或输入。设计思路上SMPTE方式同样是采用FILL和KEY信号分离的方式，在下游通过切换台进行混合。如图3所示：

1.4 NDI模式的IP输出

NDI的全称是网络设备接口（Netwo -rk Device Interface），该协议由NewTek开发，发布于2015年，2016年初开始公开使用，2017年发布了第三个版本，增加了多播支持。该协议不仅仅可以用来传输字幕流，也可以传输视音频流。它将视频压缩到原来的十五分之一，压缩延时不到1帧，约为16行。NDI传输一路12G-SDI 2160p60信号，带宽约为0.35Gb/s，1根千兆网线推荐传输2路12G-SDI 2160p60信号。如表1所示。

4K字幕机可接收来自上一级NDI设备的信号作为DVE，加上自身的字幕内容后传输到下一级NDI设备，与PGM视频信号进行混合，混合设备可以是实体IT服务器，也可是虚拟化服务器。由于IP网络的双向性，使用起来非常方便，组网也比较简单，缺点是压缩之后的效果相对于原基带信号还是有一定的差别。

2 结语

4K播出是一个系统性的工程，高分辨率、高帧率伴随而来的高带宽要求，给播出信号和字幕信号的处理和传输带来了许多选择性的问题，还有许多问题待整个行业共同完善解决。无论是采用ALL-IN-ONE的服务器解决方案，还是采用独立字幕输出设备的方案，整个技术体系是在朝简洁化，便捷化，通用化的方向发展，广电行业的开放程度会越来越高。但随着总局政策的推动，广东广播电视台4K频道的开播，中央电视台4K频道的规划和各家省级卫视的尝试性介入，相信我们广电行业可以探索出一条切实可行的超高清之路。

参考文献

[1]吉秋霞，宁金辉，王惠明，孙岩.4K超高清标准和测试实践[J].广播与电视技术，2018，（5）：30-35.

[2]广东省人民政府办公厅.广东省人民政府办公厅关于印发落实国家广播电视总局 广东省人民政府《推动广东省4K超高清电视应用与产业发展合作备忘录》工作方案的通知[Z].2018-04-25.

[3]《现代电视技术》编辑部，中央电视台4K超高清电视的发展——访中央电视台分党组成员姜文波，2018，（3）：26-28.