王 浩

（天津海河傳媒中心，天津 300221）

0 引 言

經濟與科學技術不斷發(fā)展和進步，積極推動著我國電視行業(yè)向前發(fā)展。其中，4K電視終端在國內各大電視臺的普及與應用，讓電視播出的節(jié)目畫面更加清晰、色彩更加自然逼真，極大地提升了用戶觀看體驗。4K超高清電視播出系統(tǒng)設計與建設是一項持久性工程，需要在原有播出系統(tǒng)架構的基礎上進行改變，確保信號傳輸穩(wěn)定及良好的系統(tǒng)兼容性等，均是設計過程中應給予高度關注的事項，確保該系統(tǒng)在電視行業(yè)中應用實效性。如何合理設計4K超高清電視播出系統(tǒng)，是目前相關人員需要考慮的問題。

1 4K超高清電視基本特點分析

用戶在收看電視節(jié)目時，屏幕上所呈現(xiàn)的超清晰畫面離不開4K超高清技術的強力支持。作為一種現(xiàn)階段快速發(fā)展的新興技術，相較于高清、標清電視播出系統(tǒng)，4K超高清電視的普及與應用，不僅是技術方面的全面升級，其播出畫面也更加細膩，動作流暢度提升，色彩還原自然且逼真，帶給用戶更為優(yōu)質的視覺體驗。4K超高清電視的基本特點具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

一是具有高幀率。相較于高清視頻的隔行掃描，4K超高清電視選擇逐行掃描模式，其掃描幀率最高可達到每秒120幀，有效解決了高清視頻一直存在的圖像閃爍問題。4K超高清電視在呈現(xiàn)運動畫面時，其動作流暢度得到極大的提升。

二是具有高分辨率。相較于高清視頻分辨率，4K超高清電視的分辨率是高清視頻的4倍以上。在高分辨率功能的支持下，4K超高清電視所呈現(xiàn)的畫面清晰度較高，能帶給用戶全新的視覺體驗[1]。

三是具有高量化比特數。在像素量化比特數方面，4K超高清電視在此方面的性能遠高于高清視頻，讓播出畫面中的圖像細節(jié)更加豐富。

四是具有高動態(tài)范圍。高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）技術讓4K超高清電視的顯示亮度范圍進一步提升，從原有的1 000∶1升級到了100 000∶1，使得畫面呈現(xiàn)更清晰、動作更流暢、色彩更豐富、圖像更多層次。

五是具有全景聲。相較于高清視頻的單聲道、雙聲道音頻，4K超高清電視不僅支持環(huán)繞聲與三維聲，其全景聲音頻功能的融合，通過與室內天花板、地面以及墻壁形成聲反射，不僅有效增強了空間感，也讓整個空間氛圍更具沉浸感，給予用戶身臨其境的感官體驗，在一定程度上也突顯了4K超高清電視與用戶之間的交互性。

2 4K超高清電視播出系統(tǒng)設計原則

2.1 播出質量提升

4K超高清作為目前一種新興的技術手段，與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)融合，可以設計出4K超高清電視播出系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)目播出質量進一步提升，讓電視播出節(jié)目所呈現(xiàn)的畫面在色彩、圖像、音頻等方面的質量均得到大幅度強化。為了確保能夠滿足不同類型節(jié)目、不同播出形態(tài)等的制播要求，4K超高清電視播出系統(tǒng)仍沿用原有自動播出系統(tǒng)通道，確保用戶可以通過人工或自動的方式來播出電視節(jié)目。將制作完成的電視節(jié)目轉化成錄制文件，并存儲在硬盤或光盤等具有高容量的設備中等待播出，或者由總控制室負責選擇直播信號進行電視節(jié)目直播。為了保證電視節(jié)目的播出質量與效果，屏幕圖像需配以輸出字幕，需要相關人員根據電視節(jié)目播出實際情況，合理進行調節(jié)[2]。

2.2 新興技術融合

為了有效提升4K視頻文件的質檢運算、轉碼等功能作用，將4K編排和文件管理與現(xiàn)有業(yè)務流程進行融合，結合實際情況，經過一系列相應部署，實現(xiàn)虛擬4K超高清電視播出系統(tǒng)基礎架構，同時利用先進技術手段，對視頻監(jiān)控數據、AI故障診斷與排查等能力加以強化，其目的是合理配置現(xiàn)有基礎資源，將敏捷資源整合在一起，提升4K超高清電視播出系統(tǒng)故障診斷效率，避免突發(fā)情況發(fā)生，保證直播信號自動切換順利。

另外，在視音頻基礎架構中融入基帶視頻SDI信號轉型IP化的封裝傳輸方式，在IT交換機、物理鏈路等連接方式支持下，讓4K視頻無壓縮碼流的寬帶傳輸更加高效；在此方面功能的作用影響下，有效優(yōu)化了現(xiàn)有視音頻監(jiān)控方式，并引入相應運算軟件對視音頻進行處理，進而達到提升視音頻處理靈活性的目的。

2.3 保證播出系統(tǒng)應用靈活

4K超高清電視播出系統(tǒng)在設計過程中，選擇以節(jié)目單驅動電視節(jié)目播出的方式，并在此基礎上將自動化閉環(huán)控制設計引入全生命周期運行的播出節(jié)目中，借助現(xiàn)有平臺架構應用的通用性這一特性，讓各系統(tǒng)可以高效融合IT通用數據資源，以此來達到靈活化拓展新播出業(yè)務的目的。此外，將現(xiàn)階段各種先進技術與4K超高清電視播出系統(tǒng)進行有機結合，可以進一步提高播出業(yè)務水平，構建全新的軟件架構體系，便于后期相關人員對其進行監(jiān)管，確保4K超高清電視播出系統(tǒng)應用靈活，從根本上保障電視節(jié)目播出服務質量。

3 如何設計4K超高清電視播出系統(tǒng)

3.1 合理設計播出系統(tǒng)架構

在原有電視播出架構基礎上，將現(xiàn)階段新興技術手段設計引入，完成4K超高清電視播出系統(tǒng)設計。其中，播出系統(tǒng)架構設計應符合4K超高清電視的播出業(yè)務特點，合理化設計4K超高清電視播出系統(tǒng)架構，才能更好地保證該類型播出系統(tǒng)應用的實效性。如何設計4K超高清電視播出系統(tǒng)架構，具體可從以下幾個方面著手。

第一，明確4K超高清電視播出系統(tǒng)的內部構成。目前4K超高清電視播出系統(tǒng)由制作系統(tǒng)、廣告系統(tǒng)、媒資系統(tǒng)、演播室系統(tǒng)、節(jié)目生產系統(tǒng)以及主控制室系統(tǒng)等關鍵模塊構成。例如，在演播室系統(tǒng)中，基于IP總控平臺，根據業(yè)務播出要求，對4K信號進行相應調度，此過程中全部將要播出的素材均由計審平臺統(tǒng)一審核及送播；一般情況下，審核通過的播出素材，則由計審平臺將播出素材向4K超高清電視播出系統(tǒng)集中提交，并分發(fā)給全媒體系統(tǒng)，最終完成電視節(jié)目播出。

第二，4K超高清電視播出系統(tǒng)除了支持電視超清播出以外，同時也可以滿足在手機端、網絡端進行超高清節(jié)目播出的需要，利用該系統(tǒng)內部所設置的全媒體分發(fā)功能單元，將4K超高清電視信號通過分發(fā)平臺完成多種碼流轉換，以此來實現(xiàn)用戶通過手機App、電腦客戶端、戶外大屏等多渠道播放平臺來收看電視節(jié)目。

第三，網絡安全控制。通常情況下，IP轉化后的4K超高清電視播出系統(tǒng)，必須建立具有更高安全性的網絡防御體系。應根據4K超高清電視播出系統(tǒng)設計及后期應用要求，搭建對應的信息監(jiān)管平臺，其目的是監(jiān)測內外部服務域信號傳輸，確保授權信號輸入與輸出安全并順利接收，同時可分別隔離媒體數據與信息元數據，盡可能避免關鍵數據丟失的情況出現(xiàn)。

3.2 靈活應用4K凈靜切換技術

4K超高清電視播出系統(tǒng)的視、音頻鏈路中，播出信號主要包括4種類型，分別是異構二備播系統(tǒng)服務器、主播視頻服務器、CYC墊片視頻服務器以及備播視頻服務器，均屬于支持4K超高清視頻播出的信號。信號輸出時，基于對應鏈路進行連接，并通過上述4條路徑對4K視頻信號進行輸出。根據播出業(yè)務要求，可自由配置主用和備用的線路倒換器。一般情況下，這一種配置形式普遍提供多個輸入與輸出端口，為4K視頻信號輸出提供多樣化的傳輸路徑選擇[3]。

另外，該系統(tǒng)在4K凈靜切換技術支持下，同時具備凈靜切換、幀同步等幾項關鍵功能。凈靜視頻切換目標實現(xiàn)，可借助GPI通用接口，對上述4條信號傳輸路徑的信號幀精度進一步增強；當GPI接口所輸出的切換指令被倒換器接收時，4K視頻在同步幀精度的基礎上完成凈靜切換，這一過程也被稱為4K基帶信號凈靜切換。

3.3 做好IP化轉型

現(xiàn)行傳輸標準明確規(guī)定了4K超高清高碼率類型信號IP化傳輸協(xié)議內容，基于以太網傳輸協(xié)議，在IP組播相關協(xié)議支持下，將4K超高清高碼率類型信號通過交換機完成信號傳輸。利用IP化將傳輸過程中的視頻進行壓縮，視頻均可在無線/有線的網絡中進行傳輸，由于存在VANC機制，可實現(xiàn)傳輸同步功能?，F(xiàn)行傳輸標準也明確細化了關于傳輸壓縮視頻、未壓縮視頻的保護機制，有效解決了視頻信號在傳輸過程中極易中斷的問題，為以IP化形式傳輸4K超高清視頻信號提供了有利條件。

IP化轉型是現(xiàn)階段從事視、音頻設備制作的廠商極為關注的熱點，同時也是該行業(yè)的主流發(fā)展趨勢。在相關新興技術手段的支持下，具有IP矩陣、多畫面以及可轉換SDI等功能的視、音頻設備已經投入使用。隨著該類型設備生產愈加規(guī)?；偌由闲袠I(yè)內各廠家相互合作，使得視、音頻設備所涉及的技術進一步升級，可兼容多種設備，為設計與建設4K超高清電視播出系統(tǒng)提供了強有力支撐。其中，軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）架構的出現(xiàn)與搭建，讓IP化轉型進程加快，同時也為業(yè)務融合、網絡功能完善提供方便，有效優(yōu)化了傳統(tǒng)視頻播出架構，將其劃分為多個具有不同功能作用的層級，大力支持4K超高清視頻的信號傳輸。流量管道在SDN網絡架構支持下，極大地提升了配置靈活性，使得在傳輸視頻、音頻時，可以根據播出業(yè)務要求選擇合適的傳輸通道，從根本上規(guī)避信號傳輸中斷問題，為高質量傳輸4K超高清視頻信號提供基礎保障[4]。

從目前的IP化轉型情況來看，IP全面性轉化這一目標的實現(xiàn)仍存在一定阻礙，但基于當下發(fā)展形勢，IP轉化是設計與建設4K超高清電視播出系統(tǒng)的必然要求。4K超高清電視播出系統(tǒng)在IP轉化支持下，有利于精簡系統(tǒng)內部架構，同時還可以滿足多種類信號傳輸，減少銅線使用，有效降低此方面的資源消耗。最為重要的是，4K超高清電視播出系統(tǒng)可實現(xiàn)靈活應用，保證了該系統(tǒng)設計的實用性[5]。

4 結 語

4K超高清技術的普及與應用，為設計4K超高清電視播出系統(tǒng)提供了良好條件。在此過程中，各種新興技術手段的融入，使得4K超高清電視播出系統(tǒng)功能進一步完善，極大地滿足了現(xiàn)階段用戶的個性化需求，給予用戶全新的視覺體驗，也在一定程度上積極推動了我國電視行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，為行業(yè)發(fā)展關鍵技術突破指明了方向。