4K时代IP播出系统的实践应用

熊海翔

在2004 年7 月1 日，好莱坞就提出了4K 概念，4K 实际上是一种高清显示技术，指的是可以将数据转变成数字图像，可以利用4096×3112 分辨率显示的图像文件。就目前来看，电视在各个方面都进行了创新，比如从传统的模拟转变为数字、由SDR转化为HDR 等。虽然一些电视节目是以4K 方式播出，但是4K 显示技术还未在我国得到广泛的应用，然而随着时代的不断进步，人们对超高清图像提出了更高的要求，可见采用4K 播出方式成为我国电视行业未来发展的趋势。在这个过程中，还需要处理一些问题，比如解码、信号收集制作等。

1 4K 超高清电视

无论是电视方面还电影方面，在播放过程中主要是将清晰的图像作为主要关注的问题，一般情况下都是通过提高显示分辨率以达到播放高清图像的目的。随着社会的不断发展，信息技术也得到了进一步提升，我国电视或电影播放的清晰度也发生了显著变化。采用4K 技术能够使人们观赏到更加清晰的图像，同时可以清楚的看到画面细节，所以在现阶段4K 技术得到了广大收视者的喜爱。针对4K 分辨率而言，可以分为两种，即电视分辨率3840×2160，电影分辨率4096×2160。基于4K 高清显示技术基础上，可以分为DCI 数字影院技术规范和ITU-RBT.2020 电视显示技术标准两种。

2 4K 时代IP 播出系统独具的优势特点

2.1 分辨率

4k 播出系统的分辨率与传统的分辨率相比，更加的细致和精准，如3840×2160 像素的电视分辨率。应用的显示技术为SMPTEST2036-1 以及ITURBT.2020，从而不断丰富用户的视觉体验。

2.2 帧率

120P 是4K 画面帧率最高临界值，其在显示图像的过程中会采用一种逐行扫描技术，通过应用这种技术可以让人们观赏到更加真实的画面，使人们可以清晰的看到画面细节，使人们体验到置身于电视当中的感觉。

2.3 色域

4K 高清电视显示标准使4K 具有更加广阔的色彩空间。和以前的画面色彩感相比较而言，由于4K的色域为BT.2020，因此可以融入很多颇有色彩的元素，使收视者可以观赏到电视画面颜色呈现出的层次感。

2.4 色深

在4K 高清电视现实标准中，10bit 作为一种视频编码技术可以对4K 超高清色深加以描述。由于10bit 色彩数量可以显示高达10.7 亿种颜色，因此色彩在过渡过程中可以展现的非常自然。

2.5 HDR

HDR 是高动态范围图像的简称，其亮度范围比例为200000:1，和普通的图像相比来说，高动态范围图像可以让观众观赏到很多动态范围和图像的细节，使整个图像看起来具有较高的质感。高动态范围图像技术可以快速的处理数据信息，使画面看起来更加的真实，让观众有身临其境的感觉。

2.6 多声道三维声

根据SMPTEST2036-2 的定义可以将4K 音频定义为22.2 声道架构，可以从上中下3 个方面充分的体现出有包围感的声场，使人们可以充分的感受到立体声音效果，即便人们闭上眼睛也可以身临其境到三维立体空间当中。

2.7 新兴的IP 化架构

IP 属于4K 系统中的一部分，IP 化实际上就是通过标准IP 利用互联网技术传送4K/UHD 信号。可以选择使用无压缩和压缩的基带IP 流播出系统两种方式构建4K 播出系统IP 化。无压缩对宽带提出了更高的要求，在建设过程中，一定要使用TS 流传送系统。然而在压缩IP 播出系统中，需要重新编写解码，在构建4K 播出系统IP 化工程中可使用压缩IP 的解决计划。当前，通过比较无压缩和压缩两种基带IP 播出系统发现无压缩基带IP 播出系统存在很多优势，在之后处理IP 化结构问题时的第一选择。

3 4K 时代IP 播出系统在设计中的问题

3.1 传输方面

目前，电视台播出系统可以利用3G-SDI 或者12G-SDI 对信号进行传递，但是还有一些不足之处。其一，在使用SDI 传输时，只能在制定范围内对近距离数据进行传递，在传递远距离数据时不能保证其稳定性。其二，SDI 传输信号对数据进行组合传输时如果出现问题很难及时解决，所以在对电视台播出系统数据进行传输时要结合实际的情况选择传输方式。

3.2 播出文件编码格式

4K 高清节目需要通过文件编码对信息进行传输之后才可以播出。就目前来看，播出文件编码格式存在一系列的问题，如节目质量不高、存储空间大以及对宽带要求较高等。

3.3 同步和延时问题

同步和延时问题是使用四路3G-SDI 组合传递4K 信号时面临的首要问题，并且需要及时的对其进行处理。当前，使用四路3G-SDI 组合对4K 信号传输是主要传输手段，但是在传输过程中存在着很多不足之处，如信号不能完全同步、视频服务器不能准确的分辨4K 信号等。

3.4 控制精度问题

通常情况下，SDI 播出视频服务器是基于播出控制机的基础上进行工作，在传统的播控系统中，25P 的技术已经不能满足现在人们的要求，因此怎样准确的控制50P 素材成为现阶段需要高度关注的问题。

4 4K 时代IP 播出系统的设计规划

4.1 4K 文件化节目的播出

IP 化播出相比与传统的播出形式，可以建立软硬件一体化运转计划，从而最大程度的降低播出现场事故发生的概率以及误差的概率，从而使资源能够迅速部署，业务上线的周期得到显著的提升。从而4K 高清节目在播出之前将播出文件编码的格式进行快速的转换，将文件信息迅速的转化为相符的格式之后，通过传递采用视频的方式将节目播放给观众。在此过程中，需要使用摄像机进行录制，使用视频服务器进行解码。并且IP 化播出能够使系统进行自动的扩容，使系统能够实现随插随用的特点，可以依据用户规模以及要求持续的进行扩充。

4.2 总控4K 信号的播出

总控4K 信号的播出，主要是利用卫星接收，4G 或者今后的5G 传输以及本地的光缆获取4K 信号。之后使用TICO 进行视频的无损浅压缩、TICO 解码器初始化以及播出调度矩阵将4K 信号传递到对应的视频服务器中。

4.3 播出控制系统

IP 化播出相对于传统的播出方式，有助于完成一体化播出管理，建立起自动运转和维护方式，从而大大的提升模板使用的效率，可减少20%～40%OPEX 支出，从而实现资源的优化整合和优化。而对于播出控制系统来说，视频服务器是播出控制系统的一部分，它可以有效的将MXF，MKV 等本地视频文件转换成SDI 或者IP 信号进行传输。在播出时可以使用介质或者是转化到垫片播放器进行播出可以有效的保证其安全播出。在控制精度方面，当前可以使用VDCP 控制拓展协议，可以提高对50P 素材、PLAY 等操作的准确度。

4.4 节目分发传输系统

在播放节目过程中使用电视节目分发系统，使人们在观赏高质量电视节目时可以不受时间和空间的限制。在对电视节目播放是要按照HEVC/H.265标准技术对电视节目进行分发，以便于可以使超高清电视信号合理的传输，HEVC/H.265 标准技术有利于提高4K 超高清信号的传递速度，同时还有效保证了信号传递的平稳性。当前，我国重新研究出AVS2.0 技术将作为我国4K 超高清电视视频编码的使用标准。

5 结束语

在4K 时代，IP 播出系统成为电视行业未来的发展趋势。由于我国4K 超高清技术和国外发达国家相比还处于发展萌芽阶段，还需要对4K 超高清技术进行长时间的完善。本文将现有技术结构作为入手点，着重分析了在4K 时代IP 播出系统的实践进行了探析。伴随着国家颁布的SMPTE2110 系列标准，基带IP 技术会日益趋向成熟，最终可以在大范围内广泛的普及和应用4K 时代IP 播出系统。