■ 鄭州廣播電視臺(tái)：王曄

新時(shí)期下的人們對(duì)視頻畫面感的要求非常高，尤其是清晰度的要求，所以在這樣的需求下，4K技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它更好的滿足了人們對(duì)視覺畫面感的要求。而在前幾年的倫敦奧運(yùn)會(huì)和世界杯中，就是通過對(duì)4K信號(hào)技術(shù)的應(yīng)用，給人們帶來(lái)了非常好的視覺體驗(yàn)感受。為此，我國(guó)也加大了對(duì)4K信號(hào)技術(shù)的研究力度，并將其廣泛應(yīng)用起來(lái)。但是4K技術(shù)在應(yīng)用的過程中仍然面臨很多的問題，這些問題在一次程度上限制了4K技術(shù)的發(fā)展，因此我們需要加強(qiáng)對(duì)4K技術(shù)應(yīng)用問題的分析，為推動(dòng)4K技術(shù)的發(fā)展打好基礎(chǔ)。

1.4K技術(shù)的概述

1.1 4K技術(shù)的概念

4K技術(shù)也被稱為是4K信號(hào)，是一種超高清的顯示技術(shù)。對(duì)于4K技術(shù)來(lái)說，它的每一幀都超過了800萬(wàn)像素，也就是超出了傳統(tǒng)的高清范疇，所以說它是一種超高清技術(shù)，能夠給廣大觀眾帶來(lái)更好的視覺體驗(yàn)感受。在我們?nèi)粘Ｉ钪校覀兘?jīng)常聽說的4K電視也是這一原理。而高清到超高清4K，主要是來(lái)自于以下幾個(gè)方面的轉(zhuǎn)化：①分辨率的發(fā)展。高清時(shí)期的2K時(shí)代，視頻分辨率是在1920×1080，而超高清4K的視頻分辨率是在3840×2160；②顏色領(lǐng)域范圍比較寬泛。高清時(shí)期下的色域?qū)挾仍赗.709，而超高清4K的色域?qū)挾仍贐T.2020，很明顯4K技術(shù)會(huì)更有優(yōu)勢(shì)；③幀率高。高清的幀率在50i/25P，超高清4K的幀率在50P/60P；④量化高。高清的量化在8bit，4K技術(shù)量化在10bit/12bit，進(jìn)一步擴(kuò)大了顏色空間范圍。也就是說4K的量化，顏色會(huì)更加飽滿；⑤音頻效果更加保真。⑥寬帶。高清時(shí)期的寬帶是3Gb，而4K超高清技術(shù)下，寬帶流速擴(kuò)大到了12Gb，直接影響到高清視頻的效果。

1.2 4K技術(shù)的發(fā)展

在20世紀(jì)90年代的時(shí)候，就已經(jīng)出現(xiàn)了16:9的屏幕寬高比，16:9的寬高比與傳統(tǒng)時(shí)期下的電影寬銀幕的比例是一樣的。隨著進(jìn)一步電視相關(guān)技術(shù)的研究，在21世紀(jì)的時(shí)候，電視的清晰度已經(jīng)越來(lái)越明顯了，也就是說在16:9的寬高比下，更好的保證了電視的清晰度和分辨率。1920×1080是非常清晰的分辨率。要知道電影畫面的視覺清晰度和電視清晰度是存在一定差異性的，雖然說清晰度存在競(jìng)爭(zhēng)，但是彼此之間也有各自的優(yōu)勢(shì)，也正是因?yàn)檫@種優(yōu)勢(shì)的存在，所以促進(jìn)了二者之間的共同發(fā)展。直到廣播電視領(lǐng)域引進(jìn)了2K技術(shù)之后，給電影帶來(lái)了很大的沖擊，而電影也為了維持自身的優(yōu)勢(shì)，加大了對(duì)電視技術(shù)的應(yīng)用研究，而這也促進(jìn)了4K信號(hào)技術(shù)的制作要求。

2.4K技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)和現(xiàn)狀

就目前4K應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，僅僅通過分辨率的提高來(lái)達(dá)到圖像超高清的視頻體驗(yàn)還是不夠的，對(duì)于4K視頻畫面來(lái)說，無(wú)論是從色彩方面來(lái)看，還是從對(duì)比度角度分析，都比傳統(tǒng)時(shí)期的高清效果更好。為了給后期的電視制作留出空間，可以利用高動(dòng)態(tài)范圍圖像（HDR）在4K技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行記錄，亮度的曲線可以利用S-LOG3，此曲線對(duì)畫面的高亮或者是灰暗的細(xì)節(jié)之處表現(xiàn)得非常好，能夠給整個(gè)畫面帶來(lái)通透和層次感。在高動(dòng)態(tài)范圍圖像和寬色域的制作能力下，4K高清制作的效果能夠得到更好的保障。在利用4K技術(shù)制作過程中，需要考慮設(shè)備和現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性特點(diǎn)，由于4K技術(shù)與高清技術(shù)相比，所需數(shù)據(jù)量會(huì)更多，節(jié)目制作的層次也多，所以對(duì)性能的要求非常高。為此，可以利用無(wú)線電廣播通信技術(shù)對(duì)4K高動(dòng)態(tài)范圍圖像和高清SDR同時(shí)制作和開展，為各大晚會(huì)或者直播賽事的傳輸提供很好的平臺(tái)。

IP系統(tǒng)的形成和傳統(tǒng)的基帶系統(tǒng)之間也是有很大差異性存在的，在具體的應(yīng)用過程中，需要保證每一個(gè)信號(hào)接入設(shè)備的IP地址不會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致信號(hào)中斷的情況發(fā)生。就目前來(lái)看，所使用的基帶IP播出系統(tǒng)，都是采用無(wú)壓縮信號(hào)的傳輸方式，這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是不用重新編碼，也能夠有效保證信號(hào)處理的及時(shí)性；但是此方式也有很大的缺點(diǎn)，就是對(duì)寬帶的要求是非常高的，所以為了充分發(fā)揮出此系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用的過程中最好是采用全流程光線鏈路在系統(tǒng)的末端進(jìn)行編碼，用TS流系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。除此之外，在壓縮IP的播出系統(tǒng)中，還需要提起將基帶信號(hào)和即將要播出的素材編碼成TS流，這樣做的目的是能夠在后續(xù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖文的疊加、調(diào)度和傳輸工作，有效降低交換寬帶使用的情況，實(shí)現(xiàn)4K信號(hào)技術(shù)的傳輸在千兆網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行。但是在此信號(hào)處理工作中，需要重新編解碼，這樣就會(huì)導(dǎo)致延時(shí)情況出現(xiàn)，所以在面對(duì)這一問題的時(shí)候，要仔細(xì)分析并解決。

3.4K標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用

4K技術(shù)與傳統(tǒng)標(biāo)清、高清相比，無(wú)論是分辨率還是格式種類等都是有新興標(biāo)準(zhǔn)的，4K的名稱是標(biāo)識(shí)其橫向解析度為4000像素（3840×2160或者是4096×2160）。關(guān)于4K分辨率的格式也是有很多種的，我們比較熟悉和常見的有16:9、1.85:1、4:3等等，不僅被電影行業(yè)重視和應(yīng)用，廣播電視行業(yè)也非常青睞。但是就目前來(lái)說，我國(guó)并沒有制定4K電視標(biāo)準(zhǔn)，主要是因?yàn)槟壳安痪邆?K電視節(jié)目播出和交換的條件。目前，4K技術(shù)正在快速發(fā)展中，并逐步發(fā)展為行業(yè)錄制的標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的電視、影視、紀(jì)錄片等也都在嘗試采用4K格式來(lái)錄制和制作，由于4K視頻的內(nèi)容越來(lái)越豐富，所以它終將會(huì)成為廣播電視行業(yè)的最新標(biāo)準(zhǔn)。

從不同角度來(lái)分析，4K可以說是鏡頭的改革，在4K技術(shù)的應(yīng)用下，傳統(tǒng)時(shí)期下鏡頭焦點(diǎn)的概念已經(jīng)完全被拋棄掉了，換來(lái)的是全新超清晰全距離對(duì)焦，它可以將整個(gè)畫面的細(xì)節(jié)全部體現(xiàn)出來(lái)，也正因?yàn)槿绱耍拍軌蚪o觀眾帶來(lái)非常清晰的畫面感受，改變傳統(tǒng)的觀賞模式，當(dāng)然，觀眾也可以結(jié)合自己的需求去欣賞和觀看視頻畫面的細(xì)節(jié)，這也為日后進(jìn)一步提高和延伸6K乃至8K時(shí)代的發(fā)展帶來(lái)了很大的推動(dòng)力。

在4K技術(shù)的拍攝視角下，會(huì)給攝像機(jī)帶來(lái)很高的分辨率，在cut-out功能模式應(yīng)用下，可以截取其中一部分作為的單獨(dú)的輸出信號(hào)；在控制器的應(yīng)用下，所截取的圖像通過位置和大小的合理調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能，并將圖像進(jìn)行還原，有效降低扭曲視頻畫面的出現(xiàn)。在這樣的情況下，一部4K攝像機(jī)就可以同時(shí)輸出不同的信號(hào)，而且還能保證信號(hào)的實(shí)時(shí)性。此項(xiàng)技術(shù)在演播室的制作和應(yīng)用過程中，也會(huì)更加便捷。在傳統(tǒng)時(shí)期下，電視演播室都是有男女兩名主持人來(lái)主持，而4K的Cutout的功能就能很好的滿足這一要求，不但有效規(guī)避了大多臺(tái)機(jī)位尷尬的問題，也無(wú)需專門的攝像人員。這一理念的有效應(yīng)用，不但改變了傳統(tǒng)時(shí)期下電視制作工藝技術(shù)，攝像人員也從幕后轉(zhuǎn)到了臺(tái)前，有效降低了攝像人員的工作負(fù)荷，簡(jiǎn)化了電視畫面的取景工作。

4.4K“IP化”架構(gòu)在演播室系統(tǒng)中的應(yīng)用

上面已經(jīng)說過“4K”屬于一種超高清的顯示技術(shù)，而想要構(gòu)建4K演播室，不但需要很多設(shè)備上的支持，還需要結(jié)合不同環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如拍攝環(huán)節(jié)、錄音環(huán)節(jié)、編輯和播放等環(huán)節(jié)。在相關(guān)信息的拍攝和采集端口，需要通過利用高動(dòng)態(tài)范圍圖像（HDR）和寬色域（WCG）的攝像機(jī)來(lái)對(duì)4K高質(zhì)量的畫面進(jìn)行捕捉；同時(shí)在攝像機(jī)的下端還需要配置高性能的4K字幕機(jī)、4K在線包裝和虛擬系統(tǒng)，通過這些設(shè)備的配置，能夠進(jìn)一步提高視頻、音頻的整體輸出效果。此外，4K技術(shù)在輸出的時(shí)候，是必須要用到切換臺(tái)和矩陣調(diào)度的，并將視頻服務(wù)器、攝像機(jī)以及圖文虛擬系統(tǒng)等輸出的4K信號(hào)等切入到矩陣當(dāng)中，以此來(lái)形成鏡像輸入、生成節(jié)目信號(hào)。

在相應(yīng)的數(shù)據(jù)中顯示，即使單路的4K圖像信號(hào)值已經(jīng)達(dá)到了12Gbps，但是就目前數(shù)字分量串行接口（SDI）最高的單路傳輸容量在3Gpbs，所以需要利用四條3Gpbs同軸線纜在同一個(gè)時(shí)間進(jìn)行信號(hào)的傳送工作，這樣才能保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。但是采用這種方式或多或少都會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一些影響，如增加復(fù)雜性、降低穩(wěn)定性等，尤其是會(huì)給大型的演播室內(nèi)部系統(tǒng)建設(shè)帶來(lái)很多無(wú)法解決的問題。具體主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：由于多個(gè)子系統(tǒng)當(dāng)中線的數(shù)量會(huì)增加，所以會(huì)構(gòu)成四倍高清系統(tǒng)，而在這種情況下，切換臺(tái)和矩陣所使用的直切鍵數(shù)量就會(huì)在4K技術(shù)的應(yīng)用模式下，改為高清模式之一，而確認(rèn)和退出的級(jí)數(shù)也會(huì)隨之減少，當(dāng)然，投入成本也會(huì)上升。在以上這些因素的影響下，就會(huì)催生出4K系統(tǒng)基礎(chǔ)的IP化進(jìn)程。也就是說，在信息的傳輸過程中，會(huì)由原來(lái)模擬信號(hào)的傳輸轉(zhuǎn)化為遵循網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)字傳輸，也就是我們俗稱的網(wǎng)格化。

將4K IP化建設(shè)在演播室系統(tǒng)軟件中，能夠降低很多傳統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用，進(jìn)一步精簡(jiǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而這只局限在軟件基礎(chǔ)上；在硬件方面，通過對(duì)IT設(shè)備的有效應(yīng)用，無(wú)論是在安裝、配置還是調(diào)試中，也都變得非常簡(jiǎn)化，使操作系統(tǒng)也變得非常簡(jiǎn)化、便捷。此外，還可以在一定程度上降低硬件的更新頻率，間接降低了整個(gè)演播室系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然成本也會(huì)降低很多。4K IP化演播室系統(tǒng)的建設(shè)，最好是在模塊化的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)充，使系統(tǒng)日后能夠完成自動(dòng)升級(jí)和增補(bǔ)。此系統(tǒng)的控制命令都是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而傳統(tǒng)時(shí)期下的實(shí)現(xiàn)模式采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線的方式，與傳統(tǒng)的模式相比，更能保證可靠性，因?yàn)樗菍⒖刂凭W(wǎng)和視頻傳輸網(wǎng)進(jìn)行分開組網(wǎng)，滿足可靠性目標(biāo)?？偟膩?lái)說，這些演播室的制播優(yōu)勢(shì)都可以成為4K IP應(yīng)用和發(fā)展的基石。

5.4KIP化建設(shè)在演播室系統(tǒng)中需要考慮的內(nèi)容

將4K IP化建設(shè)在演播室系統(tǒng)中，具體需要考慮以下幾個(gè)方面的問題：首先，需要考慮的是SDI基帶信號(hào)的IP化，也就是說視頻、音頻信號(hào)的IP化。對(duì)于4K信號(hào)技術(shù)傳輸工作來(lái)說，想要使用基帶信號(hào)完成傳輸工作，是不現(xiàn)實(shí)的；其次，需要考慮的是同步問題。在基帶信號(hào)的傳輸工作中，同步信號(hào)是在模擬視頻或者是數(shù)字信號(hào)方式出現(xiàn)的，但是在4K IP化的建設(shè)應(yīng)用中卻不是如此，它是以IP形式進(jìn)入到系統(tǒng)中的。此外，還需要考慮校時(shí)的問題。最后，還要考慮安全問題，并要將其作為重點(diǎn)考慮的問題。演播室系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和建設(shè)的過程中，所遵循最基本的原則就是可靠性和安全性，因此，需要在設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，盡量選擇可靠成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，同時(shí)還要考慮保障能力、自動(dòng)切換性能等多個(gè)方面的問題，最終目的就是要保證系統(tǒng)的安全播出。

4K IP化技術(shù)在演播室中的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面，即IP化視頻架構(gòu)方式和4路3G-SDI同軸線纜應(yīng)用方式。其中對(duì)于IP視頻架構(gòu)方式來(lái)說，就目前國(guó)內(nèi)技術(shù)的水平現(xiàn)狀來(lái)看，還很少有演播室能夠做到，但是很多大型演播室或者是實(shí)力比較強(qiáng)的演播室，也會(huì)嘗試應(yīng)用這種方式，因?yàn)榇朔N方式無(wú)需架設(shè)很復(fù)雜的線纜，從成本角度分析，能夠降低成本投入。對(duì)于IP化技術(shù)來(lái)說，架構(gòu)方面是具有特殊性的，與數(shù)據(jù)包的傳輸方式也不同，需要單獨(dú)完成傳輸工作，并在4K信號(hào)技術(shù)的應(yīng)用完成信號(hào)的處理工作。此外，對(duì)于4路3G-SDI同軸線纜應(yīng)用方式來(lái)說，目前很少有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究和分析，在應(yīng)用過程中，由于它在傳輸方面非常復(fù)雜，也很容易受到線纜的限制，所以如果對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行壓縮的話，將會(huì)給視頻畫面質(zhì)量帶來(lái)影響，這也是4K信號(hào)技術(shù)在演播室應(yīng)用中最大的阻礙因素。近些年來(lái)，隨著人們深入研究，發(fā)現(xiàn)4K信號(hào)所占用的實(shí)際寬帶達(dá)到了高清3G信號(hào)寬帶的4倍左右，所以我們可以在此基礎(chǔ)上制定應(yīng)用方案并落實(shí)。

6.結(jié)束語(yǔ)

在新時(shí)期的媒介融合發(fā)展模式下，將IP化有效應(yīng)用在電視中心直播領(lǐng)域的音頻、視頻傳輸架構(gòu)上，可以將傳統(tǒng)電視臺(tái)的采集和播出的整個(gè)運(yùn)作過程，從硬件轉(zhuǎn)移到軟件中，而且統(tǒng)一的IP化架構(gòu)也改變了傳統(tǒng)的兩層皮架構(gòu)，不但能夠降低運(yùn)營(yíng)成本，傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性也得到了很大的提升，尤其是提高了操作的便捷性，推動(dòng)了全媒體匯集、平臺(tái)化生產(chǎn)以及多種渠道傳播的新電視傳播模式，給廣大用戶群體也帶來(lái)了更加清晰的視頻體驗(yàn)感。當(dāng)然，未來(lái)的我們還需要在4K基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究和優(yōu)化，推動(dòng)電視領(lǐng)域制作技術(shù)朝著更高層次去發(fā)展。