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        4K超高清電視制作系統(tǒng)應(yīng)用研究

        2022-02-10 08:42:22
        電視技術(shù) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:同播高清頻道

        黃 云

        (黔西南廣播電視臺,貴州 興義 562400)

        0 引 言

        截至2022年3月底,我國共有4K/8K超高清電視頻道10個。2022年6月,《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)高清超高清電視發(fā)展的意見》出臺,針對當(dāng)前高清超高清電視發(fā)展現(xiàn)狀,提出了發(fā)展目標(biāo)與要求:到2025年,基本實現(xiàn)超高清電視的規(guī)?;l(fā)展與終端普及。因此,針對4K超高清電視制作系統(tǒng)應(yīng)用的研究,具有十分迫切的現(xiàn)實意義,能夠為電視臺4K超高清電視制作系統(tǒng)的應(yīng)用與升級提供一些可參考的建議。

        1 4K超高清電視發(fā)展現(xiàn)狀

        超高清電視行業(yè)的不斷完善,推動了4K超高清電視相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union,ITU)規(guī)范了超高清晰度電視格式與標(biāo)準(zhǔn),發(fā)布TU-RBT.2020標(biāo)準(zhǔn),并提出高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)的圖像增強(qiáng)型動態(tài)范圍曲線技術(shù)特征。2015年8月,歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)組織(Digital Video Broadcast,DVB)發(fā)布《動態(tài)進(jìn)展:面向下一階段的DVB超高清》文章,把4K超高清電視發(fā)展分為兩個階段。作為歐洲超高清電視發(fā)展的規(guī)范性文件,DVB超高清電視發(fā)展規(guī)劃如表1所示[1]。

        表1 DVB超高清電視發(fā)展規(guī)劃

        日本超高清電視已從研發(fā)階段發(fā)展至實踐階段,2014年發(fā)布《推動4K和8K發(fā)展的新發(fā)展藍(lán)圖》,2016年使用廣播衛(wèi)星(Broadcast Sat-ellite,BS)的4K/8K測試廣播,2018年發(fā)展4K/8K商業(yè)廣播,2020年東京奧運(yùn)會正式播出4K/8K電視。4K/8K演播室攝像機(jī)、4K/8K記錄產(chǎn)品、4K/8K顯示面板、4K/8K電視機(jī)、4K/8K轉(zhuǎn)播車等一系列4K/8K超高清設(shè)施被廣泛應(yīng)用于廣播電視內(nèi)容制作、播出、傳輸及接收等環(huán)節(jié)[2]。韓國在KCC及MSIP兩大部門支持下,積極推進(jìn)地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)超高清試驗與研發(fā),并于2014年開通全球首個正式播出有線4K超高清頻道“UMAX”,發(fā)展至今,KBS、MBC、SBS與EBS等主流廣播電視臺的4K超高清電視制作能力大幅度提升。我國自2013年開始研發(fā)4K超高清電視。2015年,IPTV開展4K超高清電視點(diǎn)播節(jié)目;2017年,廣東省啟動籌建4K超高清電視頻道;2018年10月1日,CCTV-4K超高清頻道正式開播。此后,廣東、上海、北京、杭州等地陸續(xù)開設(shè)4K超高清電視頻道[3]。2019年2月,多部門聯(lián)合制定并印發(fā)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2019—2022年)》,提出4K先行、兼顧8K的超高清發(fā)展戰(zhàn)略。2021年8月,《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃》明確提出提升高清/超高清節(jié)目技術(shù)質(zhì)量,加快高分辨率、高動態(tài)范圍、寬色域、高幀率等高技術(shù)格式超高清視頻技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用,并提出2025年4K超高清頻道開辦20個以上,主要網(wǎng)絡(luò)視聽機(jī)構(gòu)具備4K超高清視頻播出能力的發(fā)展目標(biāo)[4]。2022年6月,國家廣播電視總局發(fā)布《加快推進(jìn)高清超高清電視發(fā)展的意見》,明確提出高清超高清電視發(fā)展的六項重點(diǎn)任務(wù)。

        2 4K超高清電視關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

        2.1 超高清和高清電視節(jié)目同播技術(shù)

        超高清電視制作與播出的應(yīng)用成本較高,國內(nèi)廣播電視從業(yè)人員積極探索超高清與高清電視節(jié)目的同播技術(shù),通過超高清電視與高清電視錄播流程與制播流程的同播,節(jié)省超高清電視制作與播出應(yīng)用成本。在超高清電視錄播環(huán)節(jié),主要有兩種制作方法。第一是高清向超高清的轉(zhuǎn)換,前期制作高清標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍(Standard Dynamic Range,SDR)調(diào)光,后期制作轉(zhuǎn)換成超高清HDR信號,在高清頻道可直接播出高清SDR信號,在超高清頻道可直接播出超高清HDR信號。第二是運(yùn)用媒資系統(tǒng)轉(zhuǎn)換動態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)碼播出。動態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換與固定參數(shù)轉(zhuǎn)換不同,能根據(jù)4K超高清電視內(nèi)容特性進(jìn)行動態(tài)轉(zhuǎn)換,以獲得更高質(zhì)量的4K超高清節(jié)目錄播效果。對超高清直播而言,同播技術(shù)也有重要的應(yīng)用,超高清信號可直接在超高清頻道播出。高清信號的直播,則需將SDR信號轉(zhuǎn)換成超高清信號后在超高清直播頻道播出[5]。

        2.2 HDR、SDR電平映射優(yōu)化

        4K超高清電視與高清電視同播過程中,需要保障兩者的播出質(zhì)量,這就需要兼顧HDR與SDR的電平。國家廣播電視總局下屬各部門對此進(jìn)行了大量的實驗分析與理論總結(jié),HLG與SDR信號的映射關(guān)系如表2、表3所示。優(yōu)化HDR與SDR的電平映射關(guān)系,保障了4K HDR與HD SDR同播時節(jié)目質(zhì)量的穩(wěn)定性與消費(fèi)端用戶的視覺觀感。HDR圖像平均亮度的提升,也為電視用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的HDR視覺體驗[6]。

        表2 HLG到SDR信號的映射關(guān)系

        表3 SDR到HLG信號的映射關(guān)系

        2.3 HDR視頻制作“HLG(窄范圍)+超白”電平

        ITU-R BT.2100標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了窄范圍、全范圍兩種信號方式。其中,窄范圍被廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域。以中央廣播電視臺為例,為了使超高清電視節(jié)目的高對比光影效果更好呈現(xiàn),其采用“HLG(窄范圍)+超白”模式,在保留更高亮度范圍與動態(tài)范圍的基礎(chǔ)上,提升了4K超高清電視質(zhì)量[7]。

        2.4 4K超高清關(guān)鍵設(shè)備本土化進(jìn)程加速

        在國家大力支持下,我國4K/8K產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速,國內(nèi)4K超高清4K攝影機(jī)、攝像機(jī)、4K采編播系統(tǒng)、4K非線性編輯系統(tǒng)等前端設(shè)備研發(fā)能力不斷提升。4K超高清視頻生產(chǎn)環(huán)節(jié),4K攝像機(jī)、4K監(jiān)視器、4K切換臺、5G+4K超高清背包等產(chǎn)品不斷豐富,代表企業(yè)有廣州扳手、卓曜、廣州博冠、創(chuàng)維等。4K超高清視頻制作環(huán)節(jié),4K快編生產(chǎn)系統(tǒng)、4K非線性編輯系統(tǒng)、4K視覺效果包裝系統(tǒng)、4K視頻剪輯軟件等不斷豐富,代表企業(yè)有中科大洋、索貝、新奧特、當(dāng)虹科技等[8]。4K超高清視頻編碼設(shè)備環(huán)節(jié),國際上4K/8K編碼標(biāo)準(zhǔn)主要以HEVC和VVC為代表,國內(nèi)4K/8K超高清編碼標(biāo)準(zhǔn)主要以AVS聯(lián)盟提出的AVS2和AVS3編碼標(biāo)準(zhǔn)為主。4K HEVC應(yīng)用于賽事、綜藝晚會等超高清直播,4K AVS2應(yīng)用于4K頻道上星需求。國內(nèi)4K超高清視頻編碼企業(yè)主要有當(dāng)虹科技、柯維新、數(shù)碼視訊等。芯片級編解碼企業(yè)有海思、NTT、索喜、Netint等企業(yè)。4K超高清視頻編碼架構(gòu)上有嵌入式、通用服務(wù)器兩種。4K超高清視頻編碼存儲設(shè)備環(huán)節(jié)通常采用分布式存儲架構(gòu),華為、索貝、曙光、新華三等企業(yè)紛紛推出高容量、高帶寬、低延遲、高安全的存儲設(shè)備。4K超高清視頻核心元器件環(huán)節(jié),感光器件、存儲芯片、編解碼芯片、圖像芯片、處理器芯片等產(chǎn)品仍然以國外企業(yè)產(chǎn)品為主,我國企業(yè)已打破國外壟斷局面,并不斷擴(kuò)大市場份額。

        3 4K超高清電視制作系統(tǒng)的應(yīng)用

        4K超高清電視制作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域。以廣東廣播電視臺為例,其是我國較早開始4K超高清電視制作的單位,建成首個基于IP架構(gòu)的4K演播/轉(zhuǎn)播系統(tǒng),首個省級4K超高清后期制作網(wǎng)系統(tǒng),配備了4K演播室集群系統(tǒng)、大型/小型4K演播室系統(tǒng)、4K虛擬演播室系統(tǒng)、4K電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)、大型4K后期制作網(wǎng)系統(tǒng)等4K超高清電視制作子系統(tǒng),被廣泛應(yīng)用于綜藝、體育賽事、大型會議等節(jié)目的4K HDR格式制作中。南京廣播電視臺4K超高清電視IP播控先導(dǎo)平臺入選全國超高清視頻典型應(yīng)用案例,南京廣播電視臺4K超高清電視制作系統(tǒng)采用國際最新標(biāo)準(zhǔn),在5G+4K/8K+AI戰(zhàn)略部署下采用4K+IP技術(shù),通過通用設(shè)備+軟件編碼模式,實現(xiàn)了電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)多媒體融合制作,推動4K超高清電視制播體系的融合智慧化升級。

        4 結(jié) 語

        我國4K超高清電視標(biāo)準(zhǔn)體系在逐漸完善,相關(guān)技術(shù)與設(shè)備也在持續(xù)發(fā)展,各省級廣播電視臺也在積極推進(jìn)4K超高清制播能力建設(shè)。超高清電視在內(nèi)容供給、節(jié)目制播、編碼傳輸?shù)阮I(lǐng)域不斷突破,為用戶提供了高分辨率、高動態(tài)范圍、寬色域、高幀率等高技術(shù)格式的超高清電視視聽服務(wù)。

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