王磊

摘 要：本文從信號傳輸、數(shù)字化播出、網(wǎng)絡(luò)化播出三方面闡述4K超高清電視播出系統(tǒng)存在的主要問題，并對系統(tǒng)架構(gòu)、播出實現(xiàn)過程、向IP化轉(zhuǎn)型、全媒體發(fā)布、HCI架構(gòu)等建設(shè)加以分析。

關(guān)鍵詞：4K超清電視;傳統(tǒng)播出;系統(tǒng)建設(shè)

中圖分類號：G206 文獻標識碼：A 文章編號：2096-5079 （2020） 06-00-02

一、引言

電視行業(yè)發(fā)展過程，4K超高清電視出現(xiàn)為人們帶來更優(yōu)質(zhì)的畫面，但同時對電視播出系統(tǒng)要求更高。建設(shè)4K超高清播出系統(tǒng)為長期系統(tǒng)化工程，如何針對其在傳統(tǒng)播出系統(tǒng)中問題，建立專屬播出系統(tǒng)為當前面臨的重點問題，因此，研究系統(tǒng)建設(shè)具有現(xiàn)實意義。

二、4K超清電視在傳統(tǒng)播出存在的主要問題

（一）信號傳輸問題

傳統(tǒng)電視臺使用同軸電纜傳輸，如：使用75歐電纜，傳輸SDI標清電視信號，傳輸距離小于400m，速率270Mb/s;傳輸SDI高清電視信號，傳輸距離在300米左右，速率為1.485Gb/s。對于超高清4K電視信號，傳輸速率需要12Gb/s，傳輸距離在60米左右，因此對電纜傳輸能力要求較高。在同種傳輸線路中，傳輸距離較短，導致大部分現(xiàn)有的播出系統(tǒng)難以滿足4K超高清信號的傳輸條件，單純依賴升級播出系統(tǒng)設(shè)備也難以實現(xiàn)超高清的播出需求。對于此問題的解決方案有兩種，其一，拆分4K信號，將其轉(zhuǎn)化成4路SDI高清信號完成傳輸，并在信號輸出之前重新將其組合成超高清4K信號，此方法需要占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)大量信道資源，同時在系統(tǒng)擴容方面對資金需求量較高。其二，利用IP化傳輸形式，交換機傳輸速率超過10Gb/s，符合4K信號傳輸需求，基帶IP播出可使用萬兆交換網(wǎng)絡(luò)，或者端口匯集兩種方式，而壓縮域的IP播出方式使用千兆交換網(wǎng)絡(luò)即可完成，保證信號傳輸速度和4K傳輸需求相符[1]。

（二）數(shù)字化播出問題

傳統(tǒng)電視臺使用播出服務器，以文件形式播出節(jié)目。標清文件碼率為15Mb/s，單頻道24小時節(jié)目傳輸容量為158.2GB而高清文件碼率為50Mb/s，單頻道24h節(jié)目傳輸容量527.3GB。但是，超高清文件文件碼率更高，目前普遍采用500Mbps，磁盤容量占用為高清文件10倍，因此要求服務器具有良好的讀寫能力，以及較大的存儲容量。

（三）網(wǎng)絡(luò)化傳輸問題

傳統(tǒng)電視臺節(jié)目使用網(wǎng)絡(luò)化送播方式，經(jīng)由主干平臺傳送各個子網(wǎng)的素材至播出系統(tǒng)。由于超高清文件較大，要求傳輸速率高，使用傳統(tǒng)播出系統(tǒng)會增加系統(tǒng)負荷，若在不改變傳輸速率的前提下傳輸信號，會增加傳輸時間，對節(jié)目播出造成影響。因此，需要擴容主干系統(tǒng)，可利用光纖交換機，緩解超高清文件傳輸造成的系統(tǒng)負擔。

三、4K超清電視播出系統(tǒng)建設(shè)

當前，超高清電視走進千家萬戶，并取得巨大成功，超高清播出系統(tǒng)將逐漸取代傳統(tǒng)播出系統(tǒng)。部分電視臺已經(jīng)建設(shè)4K播出系統(tǒng)，國家廣電總局在2018年底正式發(fā)布4K超高清電視的播出技術(shù)，但是在應用實踐過程需要對系統(tǒng)、設(shè)備等穩(wěn)定運行展開進一步監(jiān)測和完善。

（一）4K播出系統(tǒng)架構(gòu)

建設(shè)4K超高清電視播出系統(tǒng)需要依賴傳統(tǒng)電視的播出架構(gòu)，融合主流技術(shù)，以未來技術(shù)的發(fā)展方向為前提，設(shè)計出適合4K電視播出的全新架構(gòu)。4K電視播出系統(tǒng)內(nèi)包含外媒資、制作等系統(tǒng)，借助互聯(lián)平臺，交互播出素材。在電視臺外部使用專用通道完成用戶上傳。在演播室當中，制作系統(tǒng)利用IP總控平臺調(diào)度4K信號。在該系統(tǒng)中，存在統(tǒng)一化的計審平臺，可匯集所有播出素材，統(tǒng)一在計審平臺上進行審核與送播。經(jīng)審核的素材可統(tǒng)一提交至4K播出系統(tǒng)，并向全媒體系統(tǒng)分發(fā)播出。此系統(tǒng)不但可支持4K超清電視的播出，而且還符合手機、網(wǎng)絡(luò)和高清頻道對節(jié)目的播出要求。此外，該系統(tǒng)內(nèi)存在全媒體分發(fā)模塊，可利用分發(fā)平臺，將4K超清電視信號變?yōu)槎喾N碼流，最終分發(fā)至手機APP、門戶網(wǎng)站、社交APP、戶外大屏、傳統(tǒng)衛(wèi)星、傳統(tǒng)有線等播放平臺。該系統(tǒng)主要使用SDIOverIP處理4K信號，并使用TS Over IP完成發(fā)布[2]。

（二）播出實現(xiàn)過程

在4K超高清播出系統(tǒng)建設(shè)完成之后，可為人們呈現(xiàn)出良好的節(jié)目收視效果。與此同時，該系統(tǒng)要求信號傳輸強，帶寬以及存儲功能良好。4K超清電視的播出過程需要將信號收錄采集、制作存儲、分發(fā)播出和接受終端等方面考慮其中，這一問題也是系統(tǒng)分發(fā)播出功能實現(xiàn)面臨的主要技術(shù)問題。解決這一問題，重點需要解決信號的傳輸問題。4K超高清電視具有超高分辨率，4K原始碼在無壓縮狀態(tài)下傳輸速率為12Gb/s。我國大部分高清電視播出系統(tǒng)對傳輸信號速率為1.5Gb/s，部分播出系統(tǒng)設(shè)備可支持3Gb/s的傳輸速率，因此，可利用IP技術(shù)，結(jié)合SMPTE2110或者SMPTE2022-6封裝標準，完成SDI Over IP信號傳輸。在4K超高清傳輸方面，為高效利用帶寬，降低信號傳輸成本，可將4K超清信號進行淺壓縮。如：利用TICO類型淺壓縮，利用3G-SDI完成4K超清電視信號的傳輸。

（三）向IP化轉(zhuǎn)型

SMPTE2022-6傳輸標準中對超高清高碼率類型的信號IP化傳輸協(xié)議進行明確規(guī)定，利用IP組播相關(guān)協(xié)議，主要通過以太網(wǎng)傳輸協(xié)議，使用通用交換機進行傳輸。傳輸過程能借助IP化傳輸壓縮視頻和未壓縮視頻，并且可在有線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)絡(luò)當中傳輸，具備VANC機制，可同步傳輸。同時，標準中還包括壓縮視頻以及非壓縮視頻傳輸過程的保護機制，可保證視頻信號無中斷傳輸，這一規(guī)定為4K超清視頻信號以IP化形式傳輸提供更多可能。

當前，部分傳統(tǒng)的視頻和音頻設(shè)備廠商逐漸嘗試IP化轉(zhuǎn)型，并且已經(jīng)生產(chǎn)出IP矩陣、多畫面和SDI相互轉(zhuǎn)化的設(shè)備。隨著相關(guān)規(guī)范的逐漸細化，設(shè)備廠商之間相互合作，SDI Over IP逐漸普及，能和多種設(shè)備兼容，高效利用這些設(shè)備建設(shè)4K超高清播出系統(tǒng)。加之SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展，加速了IP化轉(zhuǎn)型進程，融合業(yè)務處理、網(wǎng)絡(luò)功能等，和硬件設(shè)備之間相互耦合，拆分傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)播出架構(gòu)，轉(zhuǎn)化為應用層、控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層相互分離形式，這一理念類似SDI矩陣。SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可對流量管道靈活配置，為視頻、音頻等提供更多傳輸通道，確保信號的傳輸質(zhì)量。此外，還能靈活調(diào)整和分配資源，直接接入控制，能應用在IP轉(zhuǎn)化之后廣電播出場景。

但是，當前，完全向IP轉(zhuǎn)化還存在較高難度，并且需要經(jīng)歷較長一段時間SDI、IP混播情況。不可否認IP轉(zhuǎn)化已經(jīng)成為4K超高清播出系統(tǒng)構(gòu)建的必然方向。經(jīng)IP轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，在架構(gòu)方面較為精簡，可使用40G光纖，傳輸采用SMPTE2110標準封裝的4路未壓縮類型的超高清信號，還能支持1000路壓縮碼率為30Mbps的壓縮信號傳輸，僅使用2根40GB的光纖纜線，就可取代大量銅線的使用。此外，經(jīng)IP轉(zhuǎn)化后的4K超高清播放系統(tǒng)應用靈活性更強，可利用網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的方式，在線完成信號分配相關(guān)調(diào)度。

（四）全媒體發(fā)布

在4K超高清播出系統(tǒng)建設(shè)過程，利用全媒體平臺可實現(xiàn)手機APP、門戶網(wǎng)站、社交APP、戶外大屏等平臺的統(tǒng)一發(fā)布?？紤]到不同平臺受眾不同，能夠結(jié)合觀眾喜好對播出內(nèi)容、播出時間展開靈活調(diào)整。通過全媒體平臺，傳統(tǒng)電視與PC端用戶都可使用自定義方式，結(jié)合自身需求選擇直播、點播類型頻道。此外，此播出系統(tǒng)還能根據(jù)受眾對節(jié)目的收視習慣，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對受眾喜好展開分析，并且精準推送同類節(jié)目。

（五）HCI架構(gòu)

HCI也稱超融合架構(gòu)，為數(shù)據(jù)中心定義軟件基礎(chǔ)架構(gòu)。在一套設(shè)備單元內(nèi)，擁有計算、存儲等功能，同時還擁有數(shù)據(jù)壓縮、備份、快照、刪除重復數(shù)據(jù)等功能，將多套設(shè)備單元展開網(wǎng)絡(luò)聚合，可橫向拓寬模塊功能，建立統(tǒng)一資源池。由于傳統(tǒng)電視播出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分別由網(wǎng)絡(luò)硬件、運算設(shè)備和存儲設(shè)備等組成，使用HCI架構(gòu)，可利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將各類設(shè)備組合成為統(tǒng)一化的存儲池，進行上層軟件的部署與應用，并以節(jié)點增加形式，將系統(tǒng)儲存空間進行擴充，提升運算性能，保護傳輸數(shù)據(jù)安全，提供優(yōu)質(zhì)服務。4K超高清播出系統(tǒng)擁有統(tǒng)一計審、媒體分發(fā)等平臺，可處理內(nèi)外資源，因此要求數(shù)據(jù)處理能力較強。HCI架構(gòu)在資源調(diào)派方面和底層硬件關(guān)聯(lián)不大，因此，可使用X86架構(gòu)作為系統(tǒng)底層，并在上層部署文件管理相關(guān)應用，處理計審、分發(fā)和存儲等任務，利于系統(tǒng)擴容和維護，提高數(shù)據(jù)處理和分發(fā)等能力，快速響應，高效傳輸[3]。

四、結(jié)束語

總之，在4K終端逐漸普及過程中，建設(shè)4K超高清播出系統(tǒng)，利用編碼技術(shù)和傳輸技術(shù)，傳輸4K信號。隨著對超高清信號的需求量逐漸增加，面臨巨大的市場需求，4K超高清播出系統(tǒng)建設(shè)為電視行業(yè)未來技術(shù)發(fā)展的重點方向。

參考文獻：

[1]李煥英.淺析4K超高清電視視頻壓縮編碼技術(shù)[J].電子世界，2019 （24）：166-167.

[2]崔建偉.4K超高清電視標準化的進程[J].廣播電視信息，2019 （09）：9.

[3]宋嬰.4K超高清電視中心基礎(chǔ)架構(gòu)分析[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2019 （09）：56-61.