4K转播的系统技术与应用

李昕祎

现阶段，我国已经尝试利用4K现场转播系统技术录制综艺节目。和高清标准相比，4K的分辨率明显有所提升，可以让画面细节得到良好展现，让画面具有更为鲜艳的色彩空间，进而满足人们对大尺寸银幕清晰度的要求。

1 4K技术特点

除分辨率明显提升外，4K技术特点主要包含两个方面。第一，高宽容度展现。4K摄像机可以对14档光圈和以上动态范围敏感层次进行记录，同时，民用电视与高端4K监视器具有HDR规格，可以对高光与暗部予以还原，让色彩更为鲜艳。第二，色域空间更广。在4K转播系统技术中，对人眼进行覆盖的色彩范围更为广泛，对于绿色高饱和区域来说，和高清ITU-RBT.709标准相比，ITU-RBT.2020标准的展现效果更好[1]。

2 4K转播系统技术与应用

2.1 4K现场制作系统

在4K转播系统技术与应用中，4K现场制作系统占重要地位。和高清系统相比，其实际操作方法并无较大差异，但是在系统设计、技术设备中则较为不同。在4K现场转播中，采用了3840×2160/50P制作格式，和高清制作格式标准相比具有一定差异；基带信号带宽也从过去的1.5Gbps变为12Gbps，数据量得到较大提升。在系统设备中，现阶段成熟的视频BNC接口标准主要为3G-SDI与1.5G-SDI，前者负责传输1920×1080/50P高清视频，后者负责传输1920×1080/50i高清视频，利用3G-SDI，需要使用4根线缆来传输一路4K50P信号，这会让系统线缆负载增大，而利用4根线缆捆绑方式传输信号，有可能使信号调度产生安全风险，进而造成信号同步隐患，也就是说，这种方法并不是一种成熟的技术[2]。

4K系统架构发展主要包含两个主要方向，一是一些厂家所支持的12G-SDI标准，二是很多厂家都推行的系统IP化。系统IP化作为大部分厂家的首要选择，主要原因是电视台广电制作网络化的普及及后端IP化的完成，转播系统前后端系统的一致可以让整体流程效率得到提升，同时，逐渐提升的信号标准、量化比特率与分辨率也会让传输数据量得到提升。在未来发展中，SDI系统将难以满足IP信号传输距离与负载的相关要求。一些厂家之所以支持12G-SDI标准，主要是因为当前IP并没有达到较高的成熟度。但是，向着IP转化是必然趋势，现阶段，在世界范围内已经出现成熟4KIP转播系统的应用案例，如在里约奥运会，就曾应用此4KIP转播系统，我国也有用户开始对4K现场制作系统作出相关规划。

2.2 4KHDR现场制作技术

在欧洲杯比赛与里约奥运会开幕式、闭幕式中都曾使用4K转播技术，并开展了HDR高动态范围直播流程测试，这一测试是央视重点研究的内容。我国一些消费者也购买了可以对HDR功能予以支持的4K电视。为让HDR信号在4K现场转播中得到制作、让用户电视得到HDR信号传输，就需要明确4KHDR现场制作技术与传输技术主要特点及相关问题。

就目前来看，我国终端HDR电视主要利用HDR10标准，杜比公司曾提出Dolby Vision技术，在此基础上可以设计PO（Purchase Order，订单）曲线，结合我国HDR电视技术能力，可以对其进行调整，进而得到HDR10标准，此种标准可以让HDR屏幕显示需求得到满足。除此之外，4KHDR蓝光盘内容的制作也可以得到此标准的支持。里约奥运会开幕式4KHDR转播主要是利用索尼4K摄像机HDC-4300对BT.2020色域空间、S-LOG3曲线标准4K信号予以输出，然后利用HDR信号转换器，可以将其转化为HDR10标准，实现信号播出。4KHDR电视主要选择为HDR10，可对于高清SDR标准来说，PO曲线并不能对其予以兼容，需要利用后期相关软件对其进行再次加工，这有可能对现场转播效果造成影响,因为这需要制作4KSDR、4KHDR与高清SDR不同的输出信号源，且需要保证后端可以对相应信号元数据予以准确识别，这种方法固然能让显示效果得到保证，但也会让此过程负担增加。对此，制作可以对SDR屏幕、HDR屏幕予以兼容的单一信号源是绝佳的解决方法。在实践中，英国BBC与日本NHK联合推出HLG标准,可以对SDR屏幕显示正确亮度得到还原，但在SDR屏幕上，并不能利用HLG标准来对BT.2020色域转换问题予以有效解决，也就是说，如果是普通电视屏幕ITU-R709标准，就不能让色彩得到准确重现。

2.3 4K摄像机和镜头

4K迅道摄像机的发展是4K转播系统技术发展中的重要内容。在过去，主要是在高端电视剧作品与电影中会使用4K摄像机，产品的设计思路和数字摄影机发展思路相符。在相关规格上，主要是利用单片成像器件，该器件设计规格主要是在35mm电影胶片基础上，采用电影镜头PL标准作为摄像机镜头接口，除此之外，电影级变焦镜头与定焦镜头也是常见选择。

在电视转播过程中，为让4K摄像机得到合理应用，世界各相关公司均采取了一定的措施，比如，在镜头方面，佳能公司与富士公司就利用了电影变焦镜头，此变焦镜头装置有电视镜头标准伺服器，利用数字伺服手柄，可以让摄像师推拉变聚焦控制电影镜头；在摄像机方面，索尼公司就做出了将光缆转接模块加装在4K数字摄影机PMW-F55之上的设计，进而让远距离的4K信号传输得以实现。此种技术可以让4K电影机的使用要求降低，在使用方式上，其和传统迅道摄像机的使用大致相同。在4K转播系统技术的实际应用中，如在2015年央视春晚的4K拍摄过程中，就采用了6台F55讯道摄像机，拍摄效果相对较好。

35mm极浅镜头景深可能会让画面出现聚焦，电影镜头为满足便携要求，其往往具有较小的变焦范围，这可能会让4K转播的系统技术的应用出现问题，很难将其应用在体育赛事转播、综艺转播之中。对此，相关厂家设计了4K讯道摄像机，该摄像机符合2/3英寸标准，如草谷LDX86、索尼HDC-4300，在这些摄像机中，均利用了B4镜头接口。为让4K分辨率效果得到发挥，如富士公司、佳能公司就推出了B4接口电视镜头，该镜头符合4K标准，如便携镜头、大倍率箱式镜头等，此种4K讯道摄像机可以让传统电视节目制作需求得到完全满足。如在里约奥运会赛事、欧洲杯赛事中，就曾在4K转播中应用了2/3英寸4K摄像机，让4K制作拍摄、制作工作得以完成。

3 结语

和高清标准相比，4K转播技术具有明显优势，4K现场制作系统、4KHDR现场制作技术、4K摄像机和镜头是4K转播系统中的关键技术，在技术发展中，一些问题已经得到了有效解决，但是，也有一些技术需要得到进一步改进，对此，需要进一步加大4K转播技术科研力度，解决当前4K转播技术的应用问题，推动4K的普及，以提升观众视觉体验。

[1]杨言.4K转播系统技术与应用探讨[J].现代电视技术,2017(2):76-78.

[2]李世萍.4K超高清节目制播探索和实践——江苏广电总台4K新技术研究和应用[J].现代电视技术,2015(3):50-55.

[3]李卫祖,施剑平.浅谈4K转播系统设计[J].现代电视技术,2014(11):63-65,105.