广播电视台中的4K超高清播出系统应用摘要:本文结合某市广播电视台4K超高清播出系统的建设经验,对4K超高清播出系统的总体设计方案与关键技术点进行分析,以期为其他地区的建设与发展提供参考｡关键词:广播电视台;4K超高清;播出系统14K超高清音视频的技术要求1.1更高清晰度和帧频4K超高清视音频要求3840×2160的分辨率,要求显示点数是高清视频的4倍｡同时,4K要求50帧以上的逐行扫描,最高帧频保持为100~120帧｡超高帧频能形成更流畅细腻的画面,但对宽带和存储也提出了更高的要求｡1.2宽色域从色域范围来看,标准清晰度(StandardDefinition,SD)和高清晰度(HighDefinition,HD)相同,均为Rec.709以内,但4K要求的色域范围为Rec.2020｡与高清电视相比,4K超高清电视具有更宽广的色域和更丰富的颜色种类,能实现更为真实的图像还原｡1.3高动态范围高清电视的动态范围遵循标准尺寸比(StandardDimensionRatio,SDR)相关标准,可以实现1000∶1的对比度,最高亮度为100nit｡高动态范围(High-DynamicRange,HDR)电视的主要目标是对瞳孔保持原有状态时相应动态范围具备的特性进行再现｡与SDR电视相比,HDR电视的峰值亮度发生了较大改变,要高于100nit,能再现大部分高亮度范围区域相应的彩色层次和灰度｡1.4三维音频4K超高清电视节目播出应支持立体声或5.1环绕声,有条件的可支持三维声｡三维音频制作播出格式采用5.1.4声道的扬声器布局,包含10个声道信号､4个对象信号以及2个用于自由使用或者元数据传输的声道｡2广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用2.1时码控制技术在广播电视台建设4K超高清播出系统时,遵循GY/T307-2017标准,选择50Hz 频率对播出系统开展帧频扫描工作｡而在传统标清或高清播控系统中,常用的帧频扫描选择基于25P的播出控制逻辑及相关技术,并不能满足4K超高清播出系统的帧频扫描需求｡因此,技术人员在设计工作中,根据50P的适配要求,对系统的播出控制逻辑开展技术改造,确保播控软件可准确识别播出单中50P文件,从而给出正确的帧精度播控操作指令,如50P素材的Cue和Play等,再利用VDCP协议将生成的指令传输到服务器,保障播出控制逻辑的有效性｡在服务器接收到指令后,会将播控操作指令中帧的具体位置用于映射转换,通过LCT+VITC格式呈现｡同时,系统可根据文件时码轨对应的LTC和VITC数据,准确定位帧精度,落实4K超高清播出系统的高帧率特征｡2.24K净切换技术在4K超高清播出系统的视音频链路中,共有三个服务器负责4路4K信号的输出,传输方式为Qua-link,传播渠道为4路3G-SDI信号｡就此,技术人员在开展视音频链路设计时,需在视音频的末级配置4台双路二选一倒换器｡基于上述设计,视音频链路可提供16个3G-SDI信号的输入端口及8个输出端口,为4路4K信号的传输提供支持,满足其四选一的要求｡同时,为避免4K超高清播出系统在频道切换时出现黑屏､花屏或卡顿等问题,技术人员在倒换器中应用帧同步技术,利用GPI 控制传输切换指令,实现3G-SDI信号的净切换｡同时,在设备实施GPI发送的净切换指令后,会在播放视频的切换部位应用切换指令,确保信号切换前后具备同步帧精度,保障视音频的流畅性与高帧率｡2.34K画面一致性比对技术在以往的视音频监控中,仅通过KPI开展画面问题的分析,KPI的报警时间阈值易出现延长现象,引发报警延迟问题｡针对该现象,技术人员在设计时引入4K画面一致性比对技术,弥补KPI报警的不足,实现4K信号的有效质量监控,保障4K超高清播出系统的优势｡首先,需全面采集4路4K信号,明确质量监控KPI,结合真值逻辑实现4K信号的精准监控与判断｡其中,4K信号的视频监控内容如下:视频丢失,画面出现黑场､蓝场､绿场､彩场等任意纯色铺满画面的现象｡4K信号的音频检测内容如下:视频静音､音频反相､视频音量偏大或偏小等｡在广播电视台设计的4K 超高清播出系统中,技术人员选择的信号一致性比对仪需与3G-SDIBNC输入端口连接,配置的端口数量为十二个,实现4K信号音视频指纹的全面采集与提取,开展有效的画面一致性比对工作,确保4K信号符合三个服务器对Qua-Link4K画面的输入需求｡其中,4K超高清播出系统的第四路信号是垫片,和其他信号有较大差异,无须进行一致性比对｡在信号一致性比对仪连接中,与12个3G-SDI输入端口同时连接,并标记相应的4路SDI信号,保障信号传输逻辑的完整性｡在实际对比过程中,设备会对2路信号中同样位置的四分之一画面开展两两比对,一旦比对中发现存在不同的四分之一画面,则可判断其所在的两路4K信号存在差异｡对于3路信号来说,分别开展两两比对,完成画面一致性比对工作｡同时,在广播电视台设计的4K超高清播出系统中,技术人员选用的画面一致性比对仪可分析不同4K信号的声音､插帧及信号延时等参数,为操作人员分析画面是否存在问题提供参考｡基于画面一致性比对数,4K超高清播出系统可精准监控4K信号与视音频链路,根据比对结果进行自动切换,及时发现系统设备是否存在故障,保障播出系统的安全性｡但由于4K超高清播出系统涵盖的视音频及画面较多,数据量相对较大,对画面一致性比对算法及承载算法的服务器提出较高的要求｡且目前4K超高清电视仍处于起步阶段,并未形成成熟可靠的建设方案与技术算法,缺乏播出系统故障的数据参考｡因此,在未来的4K超高清播出系统建设中,技术人员需全面收集系统故障数据,开展多次测试与分析,建设更为完善全面的监控系统,实现智能应急切换｡34K超高清频道播出业务流程4K超高清频道播出业务流程部分主要包括5大模块,分别是节目单编排模块､节目文件整备模块､图文包装模块､总控信号调度模块以及播出控制模块｡节目单编排系统不仅能编辑节目单,还能对其进行审核､发送｡以节目单编排系统发送的节目单作为依据,结合图文字幕单,整合形成最终的播出节目单｡播出控制系统将此节目单作为依据,叠加台标､图文,并自动切换外来信号｡从实践出发,4K超高清播出业务整体流程中,最重要的两个工作项目为“节目单编排模块”以及“播出控制模块”｡4K超高清电视节目在进行采编工作时,所涉及到的编码格式以及码率能够统一,可以降低信息丢失的概率,也可以避免图像质量下降｡同时,为了保障4K超高清节目全部素材能够安全输入播控系统,还需要对素材文件进行全面的导入､转码､审编等各项处理,首先采用自动技审的方式将文件由服务器迁出,再存储至近线之中,之后进行人工复审,对近线中进行存储的文件进行读取,解码后即可由技监设备观看素材,接着由编播人员负责针对节目端进行编辑,将使已经准备完成的节目材料能够完全符合频道版面,需要将字幕单､广告单以及节目单进行整合,呈现出“串联单”的模式,再进行复核,确认无误即可将其输入到编单系统并进行备播｡在播出控制模块中,需要首先确认串联单已于备播状态,之后再一次检查节目所需的各项素材是否完整存在,确认无误之后,播控系统能够以串联单中已经设置完成的节目视源为基础,合理切换信号以及进行图文挂角､台标叠加､字幕走马等自动控制工作,且在节目播放过程中,全部视频服务器均受播出系统控制,可以保障各个节目能够对应的时间准时播出,且其中的台标字幕､图文内容等可以进行全面有效的配合,也就可以为电视节目的播出质量提供良好保障｡4结语4K超高清音视频的技术要求体现在更高清晰度和帧频､宽色域､高动态范围以及三维音频等方面,对于广播电视台而言,其4K超高清播出系统的关键技术主要包括时码控制技术与4K画面一致性比对技术｡对此,广播电视台要通过视音频链路设计､播出业务流程设计加强4K超高清播出系统的实践应用｡参考文献:[1]李硕.北京广播电视台8K超高清播出系统应用设计[J].广播电视信息,2022,29(2):44-48.[2]金强,董秀琴,张潇丹,等.4K超高清播出技术应用:北京广播电视台冬奥纪实4K超高清频道视音频系统设计[J].现代电视技术,2021(6):46-52.[3]曹文馨.广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用[J].西部广播电视,2019(24):194-195.。
