【摘要】隨著科技的飛速發(fā)展，5G通信技術(shù)與超高清視頻技術(shù)的融合已成為媒體行業(yè)的重要趨勢(shì)。在這一背景下，5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，它不僅代表了當(dāng)前媒體技術(shù)的最前沿，更是未來(lái)媒體行業(yè)發(fā)展的重要方向。本文概述了平臺(tái)的背景、建設(shè)目標(biāo)及主要內(nèi)容，詳細(xì)探討了演播室SDN系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)、實(shí)施策略以及該平臺(tái)在IP化4K無(wú)壓縮信號(hào)管理、超高清視頻內(nèi)容制作與分發(fā)等方面的應(yīng)用，希望為媒體行業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】5G；4K/8K；超高清制播示范平臺(tái)；演播室SDN系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN929" " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.23.013

5G技術(shù)以高速度、低延遲和大連接數(shù)的特性，為超高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸提供了可能，而4K/8K超高清技術(shù)則以細(xì)膩的畫(huà)面表現(xiàn)和豐富的色彩層次，為觀眾帶來(lái)了前所未有的視覺(jué)盛宴。當(dāng)這兩者結(jié)合時(shí)，便催生了“5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)”這一創(chuàng)新項(xiàng)目，該項(xiàng)目通過(guò)構(gòu)建先進(jìn)的超高清制播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目從制作到播出的全程超高清化，極大地提升了觀眾的收視體驗(yàn)。本文圍繞5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)演播室SDN系統(tǒng)及應(yīng)用展開(kāi)了深入探討，希望能夠推動(dòng)超高清視頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用與媒體制播效率的提升。

1. 5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)概述

1.1 平臺(tái)背景與建設(shè)目標(biāo)

為了積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用推廣的戰(zhàn)略部署，同時(shí)推動(dòng)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，中央廣播電視總臺(tái)牽頭承擔(dān)了“5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)”項(xiàng)目，其目標(biāo)在于打造一個(gè)集5G通信技術(shù)與超高清視頻技術(shù)于一體的先進(jìn)制播平臺(tái)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用示范，引領(lǐng)我國(guó)5G媒體行業(yè)應(yīng)用和超高清產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。具體而言，平臺(tái)旨在實(shí)現(xiàn)基于5G技術(shù)的“云管端”全新業(yè)務(wù)模式，形成年產(chǎn)10000小時(shí)的超高清節(jié)目制作能力，并全面對(duì)接總臺(tái)電視、新媒體、電影平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)4K/8K超高清電視節(jié)目在各平臺(tái)的直播、點(diǎn)播，從而滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的高質(zhì)量收視體驗(yàn)需求，而且該平臺(tái)還將依托總臺(tái)超高清視音頻制播呈現(xiàn)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科技創(chuàng)新，參與單位將聚焦項(xiàng)目應(yīng)用需求，完成5G+4K/8K相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的研制，并制定國(guó)家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為超高清視頻產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展貢獻(xiàn)力量[1]。

1.2 平臺(tái)主要建設(shè)內(nèi)容

1.2.1 5G+4K/8K超高清制播系統(tǒng)

5G+4K/8K超高清制播系統(tǒng)是整個(gè)示范平臺(tái)的核心，集成了先進(jìn)的超高清視頻采集設(shè)備、高性能編輯制作工作站以及智能化的內(nèi)容管理系統(tǒng)。通過(guò)采用高分辨率的4K/8K攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝，結(jié)合高效的視頻處理算法和編輯軟件，實(shí)現(xiàn)超高清視頻內(nèi)容的快速制作與包裝，同時(shí)系統(tǒng)支持5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠(yuǎn)程協(xié)作與云制作，提高了制作效率與靈活性，確保了超高清視頻內(nèi)容的高質(zhì)量輸出。

1.2.2 5G超高清業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)

依托5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬特性，構(gòu)建專用于超高清視頻傳輸?shù)母咚偻ǖ?，該網(wǎng)絡(luò)不僅支持大容量的超高清視頻數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳輸，還具備低時(shí)延、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，確保了超高清視頻在直播、點(diǎn)播等場(chǎng)景下的流暢播放體驗(yàn)。

1.2.3 便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸系統(tǒng)

為滿足戶外直播、移動(dòng)報(bào)道等靈活需求，開(kāi)發(fā)了便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸設(shè)備，該系統(tǒng)集成了超高清編碼器、5G通信模塊與電池供電系統(tǒng)，能夠在各種環(huán)境下實(shí)現(xiàn)超高清視頻的實(shí)時(shí)編碼與傳輸，為新聞采集、體育賽事、文藝演出等提供了便捷的直播解決方案。

1.2.4 AVS2/AVS3標(biāo)準(zhǔn)超高清電視影院直播系統(tǒng)

基于我國(guó)自主研發(fā)的AVS2/AVS3超高清視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了兼容性強(qiáng)、效率高的超高清電視影院直播系統(tǒng)，它不僅支持高清到超高清的平滑過(guò)渡，還優(yōu)化了編碼效率與圖像質(zhì)量，為用戶帶來(lái)更加細(xì)膩、逼真的視覺(jué)享受，同時(shí)通過(guò)推廣AVS標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，促進(jìn)了我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展[2]。

1.2.5 5G和超高清相關(guān)測(cè)試體系

為了保障平臺(tái)各系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，建立了全面的5G和超高清視頻測(cè)試體系，其中涵蓋了網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試、視頻質(zhì)量評(píng)估、編解碼效率對(duì)比、系統(tǒng)兼容性驗(yàn)證等多個(gè)方面，通過(guò)科學(xué)的測(cè)試方法和嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，為平臺(tái)的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品迭代及行業(yè)應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐，推動(dòng)了超高清視頻技術(shù)與5G融合創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展。

2. 演播室SDN系統(tǒng)基礎(chǔ)與架構(gòu)

2.1 SDN技術(shù)簡(jiǎn)介

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking，SDN） 是一種革命性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和管理方法，它通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理和靈活調(diào)度，其核心思想在于將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制邏輯提取出來(lái)，集中到一個(gè)中心控制器中，從而使得網(wǎng)絡(luò)管理變得更加高效、靈活和可編程[3]。在5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)中，SDN技術(shù)的應(yīng)用為超高清視頻內(nèi)容的制作、傳輸和播放提供了強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)支撐。

2.2 演播室SDN系統(tǒng)硬件架構(gòu)

演播室SDN系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括SDN控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相關(guān)的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備。SDN控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理和調(diào)度，它通?；诟咝阅艿姆?wù)器平臺(tái)，運(yùn)行專門(mén)的SDN控制軟件，通過(guò)開(kāi)放的接口（如OpenFlow）與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、路由器等，它們負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)平面的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)SDN控制器下發(fā)的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由。為了支持超高清視頻內(nèi)容的制作和播放，演播室SDN系統(tǒng)還需要配備高性能的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)和處理超高清視頻數(shù)據(jù)。

2.3 SDN管控監(jiān)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

SDN管控監(jiān)系統(tǒng)軟件架構(gòu)是演播室SDN系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理、監(jiān)控和調(diào)度，該軟件架構(gòu)通常包括以下幾大模塊：①網(wǎng)絡(luò)管理模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、狀態(tài)監(jiān)控和故障處理；②資源調(diào)度模塊根據(jù)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)分配和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，監(jiān)控與分析模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量、性能指標(biāo)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和故障排查提供依據(jù)；③安全策略模塊則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)和策略配置，確保網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這些模塊通過(guò)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了演播室SDN系統(tǒng)的高效管理和運(yùn)維。

2.4 SDN與IP演播室系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)中，SDN與IP演播室系統(tǒng)之間存在著緊密的邏輯關(guān)系。SDN為IP演播室系統(tǒng)提供了靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)支撐，通過(guò)SDN的集中管理和調(diào)度，IP演播室系統(tǒng)可以更加便捷地獲取和傳輸超高清視頻內(nèi)容，提高了制作效率和播放質(zhì)量。

IP演播室系統(tǒng)作為超高清視頻內(nèi)容的制作和播放平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求日益增加，而SDN的引入正好滿足了這一需求，為IP演播室系統(tǒng)提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)資源和靈活的網(wǎng)絡(luò)配置選項(xiàng)。

SDN與IP演播室系統(tǒng)的結(jié)合還促進(jìn)了超高清視頻技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度融合，推動(dòng)了媒體行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，SDN的可編程性和靈活性使得IP演播室系統(tǒng)能夠更加輕松地實(shí)現(xiàn)超高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸、遠(yuǎn)程協(xié)作和云制作等功能，從而提升了整個(gè)制播流程的效率和質(zhì)量。

3. 演播室SDN系統(tǒng)實(shí)施策略

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)演播室SDN系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃階段，需要根據(jù)演播室的實(shí)際布局和業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保超高清視頻信號(hào)能夠高效、穩(wěn)定地傳輸，并結(jié)合SDN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，規(guī)劃出控制平面與數(shù)據(jù)平面分離的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理和靈活調(diào)度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性，可以采取模塊化設(shè)計(jì)，使各功能模塊相互獨(dú)立，并預(yù)留足夠的資源冗余，以容納未來(lái)更多的設(shè)備和功能。

3.2 系統(tǒng)集成與部署

系統(tǒng)集成與部署是演播室SDN系統(tǒng)實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一階段需要將SDN控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件設(shè)備進(jìn)行集成，并安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)和應(yīng)用程序。這一過(guò)程中不僅要確保各硬件設(shè)備之間的物理連接正確無(wú)誤，更要注重軟件層面的集成，即安裝與配置相應(yīng)的軟件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠協(xié)同工作，同時(shí)要采用統(tǒng)一的接口和通信協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)順暢的數(shù)據(jù)交換和通信[4]。在部署環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格遵循前期的系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃，將各設(shè)備精準(zhǔn)地安置在預(yù)定位置，并逐一進(jìn)行必要的配置與調(diào)試工作，確保系統(tǒng)能夠按照既定要求穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化

在測(cè)試階段，需要制定詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試用例，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和性能進(jìn)行全面的驗(yàn)證，測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括網(wǎng)絡(luò)連通性、帶寬利用率、時(shí)延、抖動(dòng)等關(guān)鍵指標(biāo)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性等方面，從而可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題和不足之處，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和優(yōu)化。在優(yōu)化過(guò)程中，需要根據(jù)測(cè)試結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用需求，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置、優(yōu)化資源分配、改進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)等，有效提高系統(tǒng)的性能和效率，同時(shí)還需要持續(xù)關(guān)注系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 安全管理措施

由于超高清視頻內(nèi)容的制作和傳輸涉及大量的敏感信息和數(shù)據(jù)，因此必須采取嚴(yán)格的安全管理措施來(lái)保護(hù)系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的完整性。首要任務(wù)是構(gòu)建一套健全的安全策略和管理體系，明確劃分不同級(jí)別用戶的權(quán)限與職責(zé)，嚴(yán)格限制未授權(quán)訪問(wèn)及操作，充分維護(hù)系統(tǒng)的安全性，同時(shí)還需要采用前沿的加密技術(shù)和安全防護(hù)手段，確保超高清視頻數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)及傳輸環(huán)節(jié)均得到加密保護(hù)，有效防止數(shù)據(jù)在傳輸途中被非法竊取或篡改。

4. 5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)演播室SDN系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 IP化4K無(wú)壓縮信號(hào)管理

傳統(tǒng)演播室系統(tǒng)往往采用基于串行數(shù)字接口（serial digital interface，SDI）的信號(hào)傳輸方式，這種方式在傳輸4K/8K超高清視頻信號(hào)時(shí)存在帶寬限制和信號(hào)衰減等問(wèn)題，而IP化信號(hào)傳輸則通過(guò)將視頻信號(hào)封裝成IP數(shù)據(jù)包，在以太網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，從而突破了傳統(tǒng)SDI接口的帶寬限制，實(shí)現(xiàn)了更高質(zhì)量的視頻信號(hào)傳輸。

SDN系統(tǒng)在這一過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，通過(guò)SDN控制器的集中管理和動(dòng)態(tài)配置，IP化4K無(wú)壓縮信號(hào)可以在演播室內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定地傳輸。SDN控制器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源的分配，確保超高清視頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中的低延遲、無(wú)壓縮和高質(zhì)量，同時(shí)SDN系統(tǒng)還支持多路徑傳輸和負(fù)載均衡等功能，進(jìn)一步提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性[5]。

在實(shí)際應(yīng)用中，IP化4K無(wú)壓縮信號(hào)管理使得演播室內(nèi)部的信號(hào)傳輸更加靈活和高效。例如，在大型體育賽事或演唱會(huì)等直播活動(dòng)中，需要同時(shí)傳輸多個(gè)超高清視頻信號(hào)，SDN系統(tǒng)可以根據(jù)信號(hào)的重要性和實(shí)時(shí)性要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源的分配，確保關(guān)鍵信號(hào)的優(yōu)先傳輸。

4.2 超高清視頻內(nèi)容的制作與分發(fā)

5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)不僅支持超高清視頻信號(hào)的高效傳輸，還提供了強(qiáng)大的超高清視頻內(nèi)容制作與分發(fā)能力，SDN系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要作用，通過(guò)集中管理和動(dòng)態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)資源，確保了超高清視頻內(nèi)容在制作和分發(fā)過(guò)程中的高質(zhì)量和高效率。

在制作階段，SDN系統(tǒng)可以與視頻編碼器、解碼器等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)視頻質(zhì)量的動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。例如，在錄制超高清視頻時(shí)，SDN系統(tǒng)可以根據(jù)視頻內(nèi)容的特點(diǎn)和傳輸要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼參數(shù)和碼率，確保視頻質(zhì)量的同時(shí)降低傳輸帶寬需求，而且還支持多格式視頻內(nèi)容的制作，包括4K/8K超高清視頻、高清視頻以及多種音頻格式等，能夠滿足不同平臺(tái)和終端的播放需求。

在分發(fā)階段，SDN控制器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和帶寬使用情況，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整分發(fā)策略。例如，在大型體育賽事或演唱會(huì)等直播活動(dòng)中，SDN系統(tǒng)可以優(yōu)先保障關(guān)鍵區(qū)域的視頻分發(fā)質(zhì)量，同時(shí)根據(jù)用戶需求和觀看習(xí)慣進(jìn)行智能分發(fā)和推薦，而且還支持跨平臺(tái)、跨終端的視頻內(nèi)容分發(fā)，使得超高清視頻內(nèi)容可以覆蓋更廣泛的受眾群體。

4.3 基于SDN的演播室資源管理與控制

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)的演播室中，SDN系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)演播室資源的全面管理與控制。通過(guò)引入SDN技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和管理演播室內(nèi)的各種資源，包括視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，它提供了統(tǒng)一的資源管理平臺(tái)，使得制作人員可以方便地查看、調(diào)度和使用演播室內(nèi)的各種資源，提高了資源利用效率和制作效率。

同時(shí)，SDN系統(tǒng)還支持對(duì)資源的靈活配置和動(dòng)態(tài)調(diào)整，能夠根據(jù)實(shí)際的制作和播出需求，快速調(diào)整資源的分配和使用方式。例如，在制作高峰期，系統(tǒng)可以自動(dòng)增加存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬，確保超高清視頻信號(hào)的順暢傳輸和處理。這一應(yīng)用不僅提升了演播室資源的管理水平，還為超高清視頻節(jié)目的制作和播出提供了有力的保障。

5. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)整合5G技術(shù)與超高清視頻技術(shù)，5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)不僅提升了視頻制播的效率與質(zhì)量，更為觀眾帶來(lái)了前所未有的視聽(tīng)盛宴。演播室SDN系統(tǒng)作為平臺(tái)的重要組成部分，通過(guò)其靈活高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與智能化的資源管理，為超高清視頻的制播提供了有力支撐。展望未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用的深入拓展，5G+4K/8K超高清制播示范平臺(tái)及演播室SDN系統(tǒng)將持續(xù)推動(dòng)媒體行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，進(jìn)而引領(lǐng)行業(yè)邁向更加輝煌的未來(lái)。

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作者簡(jiǎn)介： 姜濤（1975—），男，北京人，工程師，研究方向：新聞直播演播室IP化發(fā)展、4K/8K超高清/新聞演播室攝像機(jī)調(diào)整。