广播电视4K超高清播出系统及相关技术研究

莫川志

摘要：随着人们生活品质的提升，对于广播电视节目的清晰度、流畅度等要求越来越高。为了满足人们在广播电视节目观看方面日益增长的需求，提升人们的观看体验，工信部、国家广播电视总局和中央广播电视总台在2017年联合发布了《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，并提出了加快超高清电视产业发展的战略目标。基于此，本文重点针对广播电视4K超高清播出系统及其相关技术进行了详细的分析，以供参考。

关键词：广播电视;4K超高清;播出系统

在电视产业中，与其他播出系统相比，4K超高清播出系统的应用，表现出了景声全、帧率高、分辨率高的特点，不仅可以使超高清电视的可视度得到提升，还可以使大屏幕电视的细节得到丰富，使观众获得高品质的观看体验。但是，我国的4K超高清播出系统的发展过程中，还有很多技术性问题存在，在这种情况下，非常有必要对广播电视4K超高清播出系统及相关技术进行详细的分析。

一、广播电视4K超高清播出系统

与传统的标清播出系统、高清播出系统相比，4K超高清播出系统的应用优势非常突出。

首先，针对清晰度和帧频。4K超高清播出系统的分辨率高达3840*2160，其显示点数已经达到HD高清播出系统的4倍，所以在保证广播电视节目画面清晰度方面有着绝对的优势。另外，帧频是保证电视播出画面流畅性与细腻性的关键因素，帧频越高，电视播出画面的流畅性与细腻性就越好。而4K超高清播出系统的帧频主要集中在100帧--120帧之间，最低也在50帧以上。但是，在设计4K超高清播出系统的时候，高帧频的应用对系统带宽和容量提出了苛刻的要求。所以，我国在设计并构建4K超高清播出系统的时候，一般以50P的帧频应用为主。

其次，针对动态范围。传统的标清播出系统或者高清播出系统的动态范围使用的是SDR标准，其亮度最高也只能是100nit。而4K超高清播出系统的动态范围使用的是HDR标准，其亮度基本可以稳定在100nit以上，所以播出画面更加明亮、精致。

再次，针对宽色域。4K超高清播出系统将色域范围调整到了UHDTV色域范围中[1]。这样一来，电视的色域范围更加广泛、颜色更加丰富，可以使播出画面最大限度的贴近实际情况。

最后，针对全景声。4K超高清播出系统不仅使用了5.1环绕立体声，还对音源采集平面进行了拓展，可以让观众在观看电视画面的同时，获得一种沉浸式的观看体验。

二、广播电视4K超高清播出系统的关键技术

（一）50P播控技术

传统的高清播出系统应用的是50P播出控制逻辑与技术。然而，在电视产业的不断发展过程中，这种高清播出系统的适配性已经表现出了明显的滞后性，所以必须要对基于50P的4K播出控制系统的适配性进行优化与改造。首先，对4K超高清播出系统的建设标准和建设要求进行分析，并以此为参照，利用50P帧频进行逐行扫描，进而在50P帧精度的基础上，加强超高清节目的播出控制。其次，对4K播出控制逻辑的适配性进行优化与改造，让相关播出软件准确的识别出播出单中的50P文件素材的入出点，然后在完成素材中Cue、Play等级别的帧精度播出控制操作的同时，进行相应控制指令的生成[2]。之后，再借助视频磁盘通讯协议，将控制指令传输到服务器。最后，服务器在接收到控制指令之后，就会映射出其中的关键帧位置，然后再对其进行转换处理，最终以LTC+VITC格式表达出来。将其与文件时间码轨中的LTC时码、VITC时码结合在一起，然后再按照控制制定中与帧有关的要求，定位50P素材文件。

（二）4K净静切换技术

在4K超高清播出系统的应用中，音视频链路中的播出信号来源于以下四大服务器：第一主播视频服务器、第二备播视频服务器、第三异构二备播系统服务器、第四CYC垫片视频服务器。播出信号输出后，通过4路3G-SDI之后，再与Qua-link连接的形式传输。首先，链路最末端的配置需要参照4台双路二选一的主、备倒换器，端口的配置数量的控制应当以4路4K视频信号4选1的需求得到满足为标准[3]。其次，当GPI接口发出切换指令之后，4台倒换器就可以成功接收，之后会在视频切换行进行视频净静的切换。由于净静切换的信号的整个切换过程以同步帧精度为基础，所以可以为以Qua-link连接的形式传输为基础的4K基带信号的成功净静切换提供保证[4]。最后，将单向信号限流装置增设到控制面板与4台2选1倒换器设备间。这样一来，即便是其中一个倒换器设备出现短路，另外一个2选1设备的GPI控制口电势差都不会受到丝毫的影响，广播电视节目的正常播出也就得到了保证。

（三）信号一致性比对检测

在明确了音视频信号链路针对4K视频信号质量的监控要求之后，就必须要分别采集4路分量视频信号，并进行质量监控KPI的制定。之后，就可以根据真值逻辑，开展信号一致性比对检测工作，即在特定延时范围内，比较音视频信号的一致性，判断音频信号与视频信号的一致性，然后再通过相应措施实现音频信号与视频信号的同步进行。在此过程中，一致性检测算法主要由以下两部分组成：第一视频一致性检测、第二音频一致性检测。

针对每路3G-SDI信号，也可以进行一致性比对检测，并借此帮助技术人员找出存在问题的一路信号。在这一过程中，针对视频信号的检测内容主要包含：第一视频信号是否存在丢失现象、第二视频信号是否存在中断现象、第三静帧情况如何、第四黑场及红、蓝、灰等纯色彩场状况如何等。针对音频信号的检测内容主要包含：第一是否存在静音问题、是否存在音量过高或过低问题、第三是否存在音频中断或反相问题等。需要注意的是，针对音视频信号的检测，需要以采集线程和检测线程两种线程为主。

在一致性比对检测过程中，还使用到了4K画面一致性比对仪。这一比对仪的输入端口有12个3G-SDIBNC接口，可以有效提取4K音频信号和4K视频信号，并对画面一致性进行比对分析，进而采取针对性的措施，使主播出、备播出以及异构备播服务器等三路Qua-Link连接的4K超高清画面输入要求得到满足[5]。另外，比对仪的应用，不仅可以对4K画面的一致性进行比对，还可以有效判断出信号的延时、亮度以及声音等内容的一致性，进而帮助技术人员及时找出播出画面中存在的问题，进而采取针对性的解决措施提升4K超高清播出系统运行的安全性与稳定性。

三、结语

综上所述，只有不断的提高广播电视节目的播出质量，才能够保證广播电视行业的市场竞争力。而如何借助相关技术措施提高4K超高清电视节目的标准化发展、规范化发展，是当下广播电视领域中从业人员需要重点关注的问题。所以，相关人员要团结一致，通过各种创新性措施进行优质4K超高清播出系统的设计与建设，并将4K超高清播出系统的应用优势充分发挥出来，增强广大观众的观看体验。

参考文献：

[1]吴清晓.4K超高清播出系统设计研究[J].电视技术，2021，45（03）：12-14.

[2]程斌.广播电视4K超高清播出系统关键技术探讨[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（07）：26-27.

[3]曹文馨.广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用[J].西部广播电视，2019（24）：194-195.

[4]杜薇.广东广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用探讨[J].广播电视信息，2019（07）：30-33.

[5]徐进.中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范[J].现代电视技术，2018（08）：31-35.

（云南广播电视台 云南昆明 650000）