4K播出字幕實現(xiàn)方式探討

周佳 莫鑫

摘 要：伴隨著總局的政策引導，央視和各大省級衛(wèi)視的發(fā)力，電視行業(yè)相關廠商也都早已開始著手4K產(chǎn)品的研究與發(fā)布。字幕作為電視行業(yè)除視頻外一個不可或缺的環(huán)節(jié)，也成為了各大廠商競相爭奪的一塊陣地。本篇針對目前4K播出字幕行業(yè)現(xiàn)狀，對4K播出字幕實現(xiàn)方式進行探討。

關鍵詞：4K播出；4K字幕；SMPTE IP NDI

中圖分類號：TB857.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0205-02

超高清電視（UHDTV）具有高分辨率、高幀率、高比特率、寬色域、高動態(tài)范圍等多項技術特征，伴隨著屏幕尺寸的增大，4K電視作為超高清電視發(fā)展的第一階段，近兩年開始進入飛速發(fā)展和實現(xiàn)落地時期。2018年5月，廣東省正式印發(fā)落實國家廣播電視總局和廣東省政府《推動廣東省4K超高清電視應用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作備忘錄》工作方案。方案提出了3大目標：

2018年底前，廣東廣播電視臺正式開通1個4K超高清頻道，全省4K節(jié)目提供總量達8000小時，其中符合高動態(tài)范圍（HDR）、50幀技術標準的4K節(jié)目提供量達1000小時。4K機頂盒用戶達1000萬戶，其中支持HDR、50幀以上的機頂盒用戶達60萬戶，支持視頻編碼壓縮標準（AVS2）的機頂盒用戶達3萬戶。

2019年底前，全省4K超高清節(jié)目儲備超過10000小時，其中符合HDR、50幀技術標準的4K節(jié)目提供量達2000小時。4K電視用戶超1500萬戶，其中支持HDR、50幀以上的機頂盒用戶達300萬戶，支持AVS2的機頂盒用戶達30萬戶。

2020年底前，4K超高清節(jié)目儲備超過12000小時，其中符合HDR、50幀技術標準的4K節(jié)目提供量達3000小時。全省4K電視用戶超2000萬戶，其中支持HDR、50幀以上的機頂盒用戶達600萬戶，支持AVS2的機頂盒用戶達500萬戶，實現(xiàn)全省70%以上用戶可接收收看4K電視節(jié)目。探索提供8K節(jié)目服務。

伴隨著總局的政策引導，央視和各大省級衛(wèi)視的發(fā)力，電視行業(yè)相關廠商也都早已開始著手4K產(chǎn)品的研究與發(fā)布。字幕作為電視行業(yè)除視頻外一個不可或缺的環(huán)節(jié)，也成為了各大廠商競相爭奪的一塊陣地。

1 4K字幕實現(xiàn)方式探討

部分國際視頻服務器廠商提出沿用高清時代ALL-IN-ONE的方式，即在視頻服務器上解決外來信號切換，硬盤素材播出、臺標和字幕疊加等問題。但是該方式同樣也繼承了在高清系統(tǒng)中存在的外來信號路數(shù)不足，臺標和字幕制作、控制方式不夠靈活，不符合國內(nèi)電視臺使用習慣的問題，因此在現(xiàn)有的4K字幕解決方案實際案例中并未得到采用，也許隨著廠商軟件的人性化更新，SDI OVER IP技術、虛擬化技術的推進，該方式后續(xù)可能會有更大的發(fā)展空間。

目前國內(nèi)各大字幕機廠家均已發(fā)布成熟的4K字幕機產(chǎn)品，基本都是采用品牌工作站或者專業(yè)工控機安裝4K字幕板卡的形式，暫未發(fā)布采用虛擬化方式實現(xiàn)的字幕機或者說字幕服務，現(xiàn)有4K字幕機的輸出基本采用SDI和IP兩種實現(xiàn)方式，其中SDI實現(xiàn)方式又分為四線3G SDI模式和單線12G SDI模式，IP實現(xiàn)方式又分為SMPTE IP模式和NDI IP模式。

1.1 四線3G SDI方式

四線3G SDI方式又稱為Quad SDI模式，采用字幕板卡輸出8路3G-SDI信號，其中4路為3G-SDI-FILL信號另外4路3G-SDI-KEY信號。板卡物理接口一般采用4入4出，其中4路輸入可配置為輸出模式。如圖1所示。

1.2 單線12G SDI方式

單線12G SDI方式采用1路12G-SDI FILL信號輸出和1路12G-SDI KEY信號輸出。FILL和KEY信號通常在下游通過切換臺進行混合。如圖2所示：

1.3 SMPTE模式的IP輸出

具了解邁創(chuàng)最新發(fā)布的Matrox X.mio5 Q25板卡，可支持SMPTE ST 2110標準，采用25GbE SFP，最多支持4路UHDp60/50信號輸出或輸入。設計思路上SMPTE方式同樣是采用FILL和KEY信號分離的方式，在下游通過切換臺進行混合。如圖3所示：

1.4 NDI模式的IP輸出

NDI的全稱是網(wǎng)絡設備接口（Netwo -rk Device Interface），該協(xié)議由NewTek開發(fā)，發(fā)布于2015年，2016年初開始公開使用，2017年發(fā)布了第三個版本，增加了多播支持。該協(xié)議不僅僅可以用來傳輸字幕流，也可以傳輸視音頻流。它將視頻壓縮到原來的十五分之一，壓縮延時不到1幀，約為16行。NDI傳輸一路12G-SDI 2160p60信號，帶寬約為0.35Gb/s，1根千兆網(wǎng)線推薦傳輸2路12G-SDI 2160p60信號。如表1所示。

4K字幕機可接收來自上一級NDI設備的信號作為DVE，加上自身的字幕內(nèi)容后傳輸?shù)较乱患塏DI設備，與PGM視頻信號進行混合，混合設備可以是實體IT服務器，也可是虛擬化服務器。由于IP網(wǎng)絡的雙向性，使用起來非常方便，組網(wǎng)也比較簡單，缺點是壓縮之后的效果相對于原基帶信號還是有一定的差別。

2 結語

4K播出是一個系統(tǒng)性的工程，高分辨率、高幀率伴隨而來的高帶寬要求，給播出信號和字幕信號的處理和傳輸帶來了許多選擇性的問題，還有許多問題待整個行業(yè)共同完善解決。無論是采用ALL-IN-ONE的服務器解決方案，還是采用獨立字幕輸出設備的方案，整個技術體系是在朝簡潔化，便捷化，通用化的方向發(fā)展，廣電行業(yè)的開放程度會越來越高。但隨著總局政策的推動，廣東廣播電視臺4K頻道的開播，中央電視臺4K頻道的規(guī)劃和各家省級衛(wèi)視的嘗試性介入，相信我們廣電行業(yè)可以探索出一條切實可行的超高清之路。

參考文獻

[1]吉秋霞，寧金輝，王惠明，孫巖.4K超高清標準和測試實踐[J].廣播與電視技術，2018，（5）：30-35.

[2]廣東省人民政府辦公廳.廣東省人民政府辦公廳關于印發(fā)落實國家廣播電視總局 廣東省人民政府《推動廣東省4K超高清電視應用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作備忘錄》工作方案的通知[Z].2018-04-25.

[3]《現(xiàn)代電視技術》編輯部，中央電視臺4K超高清電視的發(fā)展——訪中央電視臺分黨組成員姜文波，2018，（3）：26-28.