徐晶晶

（上海文化廣播影視集團(tuán)有限公司，上海 200041）

現(xiàn)階段，高清技術(shù)不斷發(fā)展，在節(jié)目制作中已經(jīng)逐漸利用高清節(jié)目替代了原有的標(biāo)清節(jié)目制作。隨著人們對(duì)于節(jié)目畫質(zhì)清晰度要求的提升，4K超高清頻道的構(gòu)建受到了更多的關(guān)注，4K超高清直播與節(jié)目播放在廣電行業(yè)內(nèi)迅速升溫。在未來的發(fā)展中，4K設(shè)備及系統(tǒng)將得到更好的發(fā)展以及更為廣泛的應(yīng)用。目前，相關(guān)工作人員對(duì)4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)以及播出系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)尚未成熟，4K超高清頻道依舊處于建設(shè)階段。所以，對(duì)4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)以及播出系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析有著較高的價(jià)值，為4K的上線與推廣打下更好的基礎(chǔ)。

一、4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的分析

（一）4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的功能需求

4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的建設(shè)需要滿足以下功能需求：

第一，節(jié)目的高清化制作。目前，高清節(jié)目的制作已經(jīng)成為了電視臺(tái)發(fā)展的主流。站在觀眾的角度上來說，相比于720x576標(biāo)清視頻圖像分辨率來說，1920x1080的高清視頻圖像分辨率能夠帶來更好的觀賞體驗(yàn)。

第二，數(shù)據(jù)傳輸安全的保障。對(duì)于后期非編制作系統(tǒng)來說，其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全程度直接影響著節(jié)目制作與播出的正常性。一般情況下，后期非編制作系統(tǒng)的交互需求相對(duì)較高，包括引入外來素材、節(jié)目保存等等，增加了系統(tǒng)的安全隱患。所以，在設(shè)計(jì)4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)時(shí)，必須要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩潭冗M(jìn)行保障。

第三，較高的兼容性。為了確保相關(guān)工作人員能夠更快地使用4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)，就必須要確保設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與原有的標(biāo)清非編系統(tǒng)能夠兼容。在這樣的條件下，確保了節(jié)目制作質(zhì)量不影響的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目像素的提升。同時(shí)，在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，還要保證登錄名稱、權(quán)限以及操作流程都不發(fā)生改變，確保系統(tǒng)的完全兼容。

（二）4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)支持素材上傳與下載、音頻視頻的制作、安全隔離等基本功能。相關(guān)工作人員需要結(jié)合上述的實(shí)際需求完成4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)中，包含的主要功能模塊包括：后臺(tái)服務(wù)與存儲(chǔ)模塊、編輯模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊、高安全區(qū)模塊。

其中，在后臺(tái)服務(wù)與存儲(chǔ)模塊中，主要利用了以太交換機(jī)為整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換功能，提供了更好的物理通路。同時(shí)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)主持主要由存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)中間器等結(jié)構(gòu)提供?？梢哉f，后臺(tái)服務(wù)與存儲(chǔ)模塊是整個(gè)非編制作系統(tǒng)的支撐模塊；在編輯模塊中，相關(guān)工作人員能夠完成素材的挑選與上傳、多種節(jié)目編輯制作、配音配樂、節(jié)目下載等工作，屬于4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)模塊。在編輯模塊中，包含著無卡精編工作站、有卡精編工作站以及高碼率配音工作站等結(jié)構(gòu)；在網(wǎng)絡(luò)管理模塊中，主要實(shí)現(xiàn)了相關(guān)網(wǎng)絡(luò)管理的服務(wù)，包括權(quán)限設(shè)置、用戶管理、流程設(shè)置等等。該模塊屬于4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的支撐模塊；在高安全區(qū)模塊中，主要?jiǎng)?chuàng)建了辦公網(wǎng)安全互通與物理安全隔離鏈路之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩h(huán)境。其屬于4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的重要安全模塊，包括安全傳輸網(wǎng)關(guān)以及千兆防火墻。

在設(shè)計(jì)4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)時(shí)，要確保其具有擴(kuò)展性與實(shí)用性，所以，該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可以使用以太網(wǎng)組網(wǎng)的方式，便于后續(xù)的配置與升級(jí)。在該系統(tǒng)中，主服務(wù)器與工作站的接入方式要更加靈活。其中，防火墻、服務(wù)器、配音工作站、安全網(wǎng)關(guān)等可以使用千兆以太網(wǎng)的接入方式；無卡工作站、有卡工作站、存儲(chǔ)等可以使用萬兆以太網(wǎng)的接入方式。

（三）4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的應(yīng)用準(zhǔn)備

在將4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)投入實(shí)際的運(yùn)行前，相關(guān)工作人員要進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作，方便編輯人員能夠更快更好地應(yīng)用該系統(tǒng)。

第一，要錄入用戶的賬號(hào)以及權(quán)限。在該系統(tǒng)實(shí)際的使用前，技術(shù)人員要將所有的用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將不同身份的用戶，包括記者、編輯、審片以及管理員等進(jìn)行標(biāo)記。同時(shí)，將這些身份信息、權(quán)限信息等錄入該系統(tǒng)中。

第二，非編系統(tǒng)工作場(chǎng)景的設(shè)計(jì)。為了避免用戶（記者、編輯、審片以及管理員）出現(xiàn)移動(dòng)素材窗口位置、錯(cuò)誤隱藏時(shí)間線窗口等誤操作，相關(guān)技術(shù)人員要提前對(duì)系統(tǒng)的工作場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)定。在這樣的條件下，即使出現(xiàn)誤操作，也能夠通過工作場(chǎng)景的重置迅速完成恢復(fù)。

第三，文件的導(dǎo)入。為了最大程度保障節(jié)目的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)新舊系統(tǒng)的使用過度，相關(guān)技術(shù)人員要在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)投入使用的前期，將舊系統(tǒng)中有價(jià)值的節(jié)目模板等進(jìn)行導(dǎo)出，并將其導(dǎo)入新系統(tǒng)中。為了避免導(dǎo)入節(jié)目模板出現(xiàn)使用故障，相關(guān)技術(shù)人員要在設(shè)計(jì)新模板的過程中，結(jié)合舊模板的形式完成。

第四，鍵盤快捷鍵的設(shè)置。為了提升用戶對(duì)4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的適應(yīng)速度，相關(guān)技術(shù)人員在設(shè)置該系統(tǒng)的快捷鍵時(shí)，必須要確保與原有系統(tǒng)快捷鍵的一致（除了被取消的快捷功能）。

第五，安全盤驅(qū)動(dòng)與安全傳輸網(wǎng)關(guān)。安全盤驅(qū)動(dòng)的安裝能夠保障外來音視頻素材的引入與輸出更加安全性。安全傳輸網(wǎng)關(guān)能夠?qū)D片、音視頻、文檔等進(jìn)行自動(dòng)的監(jiān)控、檢測(cè)與傳輸，確保系統(tǒng)中多種文件傳輸?shù)陌踩浴?/p>

（四）4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的安全管理

在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)于帶寬、數(shù)據(jù)安全的要求更高，數(shù)據(jù)量更大，實(shí)時(shí)性也更強(qiáng)。所以，在實(shí)際的工作中，系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊要形成更加易于管理與部署的結(jié)構(gòu)。通常情況下，SAN結(jié)構(gòu)就能夠滿足實(shí)際的需求。同時(shí)，要確保數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的主備互為備份，避免由于故障的產(chǎn)生而對(duì)非編制作系統(tǒng)產(chǎn)生影響，杜絕數(shù)據(jù)庫報(bào)錯(cuò)問題的產(chǎn)生。

二、4K超高清頻道播出系統(tǒng)的分析

（一）4K超高清頻道播出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，電視劇、電影、MV、廣告等拍攝中涉及的4K素材普遍是通過降低至2K來完成制作的。在這樣的制作方式下，數(shù)據(jù)量、制作技術(shù)難度、制作噪點(diǎn)等都能夠得到有效的控制與降低，同時(shí)提升了銳度。但是，相關(guān)人員必須明確地認(rèn)識(shí)到，將素材降低至2K進(jìn)行處理實(shí)屬無奈之舉。為了促進(jìn)4K的發(fā)展，提升制作質(zhì)量，必須要實(shí)現(xiàn)在4K拍攝與制作中，結(jié)合實(shí)際的播出要求，完成分辨率的調(diào)整。

在4K拍攝以及演播室環(huán)節(jié)，可以沿用基帶方式。將一路4K信號(hào)當(dāng)作四路3G的1080@50P高清信號(hào)，就能夠?qū)⒋a率保持在200Mbps。此時(shí)，對(duì)于播放器的存儲(chǔ)卡的要求較高，一般情況下，512G的SRMEMORY存儲(chǔ)卡僅能夠保存30分鐘左右的4K內(nèi)容?；谶@樣的情況，相關(guān)工作人員可以在播出端使用TS over IP的方式來完成系統(tǒng)的組建。

在4K播出系統(tǒng)中，節(jié)目的素材均使用了4K制作，通過HEVC轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼，將4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)中輸出的轉(zhuǎn)碼為HEVC。結(jié)合文件傳輸效率、技術(shù)等層面的分析來說，H.265有著較大的優(yōu)勢(shì)，消耗的帶寬相對(duì)較低，所以相關(guān)工作人員可以使用H.265完成轉(zhuǎn)碼。在HEVC轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的整體架構(gòu)中，包含著幀間預(yù)測(cè)、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、量化、轉(zhuǎn)換、熵編碼、去區(qū)塊濾波器等功能模塊，可以將HEVC整體分成三個(gè)部分：編碼單位、預(yù)測(cè)單位以及轉(zhuǎn)換單位。相比較來說，HEVC編碼的自由度相對(duì)較高，不同的宏塊大小能夠自由地在8×8、64×64像素之間進(jìn)行選擇。通常來說，當(dāng)宏塊的尺寸更大，壓縮的效率就越高。在該系統(tǒng)中，與播出網(wǎng)的連接使用了萬兆冗余鏈路，通過節(jié)目的單向驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)?K文件由系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)移至存儲(chǔ)區(qū)域。因?yàn)镠EVC轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)更好地壓縮了4K節(jié)目，所以近線存儲(chǔ)中承受高分辨率的壓力較小。

在播出端，使用全媒體視頻服務(wù)器能夠支持f4v、HEVC等格式的文件TS流出。在IP包裝中加入經(jīng)過HEVC編碼的4K文件以及臺(tái)標(biāo)；存在于網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)用器能夠?qū)DP形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，并將其轉(zhuǎn)換為TS數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流的復(fù)用。主備復(fù)用器完成二選一切換，并輸出主路信號(hào)以及備路信號(hào)。由于在全媒體視頻服務(wù)器中，能夠利用HTML5以及flash自行完成圖文包裝，并不需要通過旁路連接加設(shè)圖文包裝系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所以該4K超高清頻道播出系統(tǒng)有著更為全面的功能。

利用4K TS流監(jiān)看完成監(jiān)看系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠?qū)σ曨l服務(wù)器輸出的基于TS流的HEVC編碼完成直接接收。經(jīng)過HEVC編碼處理后的視頻碼流大小更小，也可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，減輕后續(xù)收錄系統(tǒng)的壓力。由于HEVC解碼在算法上的復(fù)雜程度、對(duì)于硬件的要求較高，所以相關(guān)工作人員需要在選型工作中進(jìn)行大量的測(cè)試。

（二）4K超高清頻道播出系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)方案

對(duì)于4K超高清頻道播出系統(tǒng)來說，其技術(shù)難點(diǎn)主要在4K實(shí)況轉(zhuǎn)播環(huán)節(jié)中。在這一項(xiàng)工作中，攝像機(jī)、切換臺(tái)等演播室的設(shè)備都已經(jīng)達(dá)到了4K標(biāo)準(zhǔn)，但是在信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸方面依舊存在一定的難度?，F(xiàn)階段，傳輸過程普遍使用了四路1920×1080的3G信號(hào)來完成，其中，第一路3G信號(hào)主要為音頻嵌入。這四路3G信號(hào)通過相應(yīng)的光端機(jī)完成傳輸，當(dāng)進(jìn)入播出網(wǎng)后展開HEVC編碼，最終實(shí)現(xiàn)了TS over IP播出。

在上述的過程中，由于需要將一路4K信號(hào)拆分為四路3G信號(hào)進(jìn)行傳輸，所以其系統(tǒng)架構(gòu)更復(fù)雜，成本也相對(duì)較高。針對(duì)這樣的情況，可以通過以下兩種架構(gòu)方案來解決：第一，在演播室切換臺(tái)中，直接輸出一路4K信號(hào)展開HEVC編碼，并利用光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至播出網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)目播出。第二，利用演播室4K切換臺(tái)上的NDIM2.0結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，當(dāng)信號(hào)傳遞至播出網(wǎng)后展開HEVC編碼，最終實(shí)現(xiàn)TS over IP播出。

另外，50P幀精度播出控制技術(shù)在4K超高清頻道播出系統(tǒng)中也能夠發(fā)揮出較大的作用。在播出端要對(duì)使用的播出控制邏輯進(jìn)行50P適配改造，確保播出系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地對(duì)4K節(jié)目播出中有關(guān)于50P文件出入點(diǎn)完成識(shí)別，并生成正確的播控指令，同時(shí)利用VDCP協(xié)議將指令發(fā)送至服務(wù)器。在4K超高清頻道播出系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，50P幀精度播出控制技術(shù)是解決系統(tǒng)信靠控制問題的關(guān)鍵技術(shù)。

三、總結(jié)

綜上所述，本文基于實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)以及播出系統(tǒng)。在4K超高清頻道后期非編制作系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目的高清化制作、數(shù)據(jù)傳輸安全的保障以及原有系統(tǒng)的兼容。通過錄入用戶的賬號(hào)以及權(quán)限、非編系統(tǒng)工作場(chǎng)景的設(shè)計(jì)等方式，確保了用戶能夠迅速適應(yīng)該系統(tǒng)。在4K超高頻道播出系統(tǒng)中，主要構(gòu)建了TS over IP播出模式，降低了相關(guān)硬件設(shè)備承受的高像素的壓力。