4K時代IP播出系統(tǒng)的實踐應(yīng)用

熊海翔

在2004 年7 月1 日，好萊塢就提出了4K 概念，4K 實際上是一種高清顯示技術(shù)，指的是可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成數(shù)字圖像，可以利用4096×3112 分辨率顯示的圖像文件。就目前來看，電視在各個方面都進(jìn)行了創(chuàng)新，比如從傳統(tǒng)的模擬轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字、由SDR轉(zhuǎn)化為HDR 等。雖然一些電視節(jié)目是以4K 方式播出，但是4K 顯示技術(shù)還未在我國得到廣泛的應(yīng)用，然而隨著時代的不斷進(jìn)步，人們對超高清圖像提出了更高的要求，可見采用4K 播出方式成為我國電視行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。在這個過程中，還需要處理一些問題，比如解碼、信號收集制作等。

1 4K 超高清電視

無論是電視方面還電影方面，在播放過程中主要是將清晰的圖像作為主要關(guān)注的問題，一般情況下都是通過提高顯示分辨率以達(dá)到播放高清圖像的目的。隨著社會的不斷發(fā)展，信息技術(shù)也得到了進(jìn)一步提升，我國電視或電影播放的清晰度也發(fā)生了顯著變化。采用4K 技術(shù)能夠使人們觀賞到更加清晰的圖像，同時可以清楚的看到畫面細(xì)節(jié)，所以在現(xiàn)階段4K 技術(shù)得到了廣大收視者的喜愛。針對4K 分辨率而言，可以分為兩種，即電視分辨率3840×2160，電影分辨率4096×2160?；?K 高清顯示技術(shù)基礎(chǔ)上，可以分為DCI 數(shù)字影院技術(shù)規(guī)范和ITU-RBT.2020 電視顯示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)兩種。

2 4K 時代IP 播出系統(tǒng)獨具的優(yōu)勢特點

2.1 分辨率

4k 播出系統(tǒng)的分辨率與傳統(tǒng)的分辨率相比，更加的細(xì)致和精準(zhǔn)，如3840×2160 像素的電視分辨率。應(yīng)用的顯示技術(shù)為SMPTEST2036-1 以及ITURBT.2020，從而不斷豐富用戶的視覺體驗。

2.2 幀率

120P 是4K 畫面幀率最高臨界值，其在顯示圖像的過程中會采用一種逐行掃描技術(shù)，通過應(yīng)用這種技術(shù)可以讓人們觀賞到更加真實的畫面，使人們可以清晰的看到畫面細(xì)節(jié)，使人們體驗到置身于電視當(dāng)中的感覺。

2.3 色域

4K 高清電視顯示標(biāo)準(zhǔn)使4K 具有更加廣闊的色彩空間。和以前的畫面色彩感相比較而言，由于4K的色域為BT.2020，因此可以融入很多頗有色彩的元素，使收視者可以觀賞到電視畫面顏色呈現(xiàn)出的層次感。

2.4 色深

在4K 高清電視現(xiàn)實標(biāo)準(zhǔn)中，10bit 作為一種視頻編碼技術(shù)可以對4K 超高清色深加以描述。由于10bit 色彩數(shù)量可以顯示高達(dá)10.7 億種顏色，因此色彩在過渡過程中可以展現(xiàn)的非常自然。

2.5 HDR

HDR 是高動態(tài)范圍圖像的簡稱，其亮度范圍比例為200000:1，和普通的圖像相比來說，高動態(tài)范圍圖像可以讓觀眾觀賞到很多動態(tài)范圍和圖像的細(xì)節(jié)，使整個圖像看起來具有較高的質(zhì)感。高動態(tài)范圍圖像技術(shù)可以快速的處理數(shù)據(jù)信息，使畫面看起來更加的真實，讓觀眾有身臨其境的感覺。

2.6 多聲道三維聲

根據(jù)SMPTEST2036-2 的定義可以將4K 音頻定義為22.2 聲道架構(gòu)，可以從上中下3 個方面充分的體現(xiàn)出有包圍感的聲場，使人們可以充分的感受到立體聲音效果，即便人們閉上眼睛也可以身臨其境到三維立體空間當(dāng)中。

2.7 新興的IP 化架構(gòu)

IP 屬于4K 系統(tǒng)中的一部分，IP 化實際上就是通過標(biāo)準(zhǔn)IP 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳送4K/UHD 信號。可以選擇使用無壓縮和壓縮的基帶IP 流播出系統(tǒng)兩種方式構(gòu)建4K 播出系統(tǒng)IP 化。無壓縮對寬帶提出了更高的要求，在建設(shè)過程中，一定要使用TS 流傳送系統(tǒng)。然而在壓縮IP 播出系統(tǒng)中，需要重新編寫解碼，在構(gòu)建4K 播出系統(tǒng)IP 化工程中可使用壓縮IP 的解決計劃。當(dāng)前，通過比較無壓縮和壓縮兩種基帶IP 播出系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)無壓縮基帶IP 播出系統(tǒng)存在很多優(yōu)勢，在之后處理IP 化結(jié)構(gòu)問題時的第一選擇。

3 4K 時代IP 播出系統(tǒng)在設(shè)計中的問題

3.1 傳輸方面

目前，電視臺播出系統(tǒng)可以利用3G-SDI 或者12G-SDI 對信號進(jìn)行傳遞，但是還有一些不足之處。其一，在使用SDI 傳輸時，只能在制定范圍內(nèi)對近距離數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，在傳遞遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)時不能保證其穩(wěn)定性。其二，SDI 傳輸信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行組合傳輸時如果出現(xiàn)問題很難及時解決，所以在對電視臺播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時要結(jié)合實際的情況選擇傳輸方式。

3.2 播出文件編碼格式

4K 高清節(jié)目需要通過文件編碼對信息進(jìn)行傳輸之后才可以播出。就目前來看，播出文件編碼格式存在一系列的問題，如節(jié)目質(zhì)量不高、存儲空間大以及對寬帶要求較高等。

3.3 同步和延時問題

同步和延時問題是使用四路3G-SDI 組合傳遞4K 信號時面臨的首要問題，并且需要及時的對其進(jìn)行處理。當(dāng)前，使用四路3G-SDI 組合對4K 信號傳輸是主要傳輸手段，但是在傳輸過程中存在著很多不足之處，如信號不能完全同步、視頻服務(wù)器不能準(zhǔn)確的分辨4K 信號等。

3.4 控制精度問題

通常情況下，SDI 播出視頻服務(wù)器是基于播出控制機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，在傳統(tǒng)的播控系統(tǒng)中，25P 的技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在人們的要求，因此怎樣準(zhǔn)確的控制50P 素材成為現(xiàn)階段需要高度關(guān)注的問題。

4 4K 時代IP 播出系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃

4.1 4K 文件化節(jié)目的播出

IP 化播出相比與傳統(tǒng)的播出形式，可以建立軟硬件一體化運轉(zhuǎn)計劃，從而最大程度的降低播出現(xiàn)場事故發(fā)生的概率以及誤差的概率，從而使資源能夠迅速部署，業(yè)務(wù)上線的周期得到顯著的提升。從而4K 高清節(jié)目在播出之前將播出文件編碼的格式進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)換，將文件信息迅速的轉(zhuǎn)化為相符的格式之后，通過傳遞采用視頻的方式將節(jié)目播放給觀眾。在此過程中，需要使用攝像機(jī)進(jìn)行錄制，使用視頻服務(wù)器進(jìn)行解碼。并且IP 化播出能夠使系統(tǒng)進(jìn)行自動的擴(kuò)容，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨插隨用的特點，可以依據(jù)用戶規(guī)模以及要求持續(xù)的進(jìn)行擴(kuò)充。

4.2 總控4K 信號的播出

總控4K 信號的播出，主要是利用衛(wèi)星接收，4G 或者今后的5G 傳輸以及本地的光纜獲取4K 信號。之后使用TICO 進(jìn)行視頻的無損淺壓縮、TICO 解碼器初始化以及播出調(diào)度矩陣將4K 信號傳遞到對應(yīng)的視頻服務(wù)器中。

4.3 播出控制系統(tǒng)

IP 化播出相對于傳統(tǒng)的播出方式，有助于完成一體化播出管理，建立起自動運轉(zhuǎn)和維護(hù)方式，從而大大的提升模板使用的效率，可減少20%～40%OPEX 支出，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化整合和優(yōu)化。而對于播出控制系統(tǒng)來說，視頻服務(wù)器是播出控制系統(tǒng)的一部分，它可以有效的將MXF，MKV 等本地視頻文件轉(zhuǎn)換成SDI 或者IP 信號進(jìn)行傳輸。在播出時可以使用介質(zhì)或者是轉(zhuǎn)化到墊片播放器進(jìn)行播出可以有效的保證其安全播出。在控制精度方面，當(dāng)前可以使用VDCP 控制拓展協(xié)議，可以提高對50P 素材、PLAY 等操作的準(zhǔn)確度。

4.4 節(jié)目分發(fā)傳輸系統(tǒng)

在播放節(jié)目過程中使用電視節(jié)目分發(fā)系統(tǒng)，使人們在觀賞高質(zhì)量電視節(jié)目時可以不受時間和空間的限制。在對電視節(jié)目播放是要按照HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)對電視節(jié)目進(jìn)行分發(fā)，以便于可以使超高清電視信號合理的傳輸，HEVC/H.265 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)有利于提高4K 超高清信號的傳遞速度，同時還有效保證了信號傳遞的平穩(wěn)性。當(dāng)前，我國重新研究出AVS2.0 技術(shù)將作為我國4K 超高清電視視頻編碼的使用標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語

在4K 時代，IP 播出系統(tǒng)成為電視行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。由于我國4K 超高清技術(shù)和國外發(fā)達(dá)國家相比還處于發(fā)展萌芽階段，還需要對4K 超高清技術(shù)進(jìn)行長時間的完善。本文將現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)作為入手點，著重分析了在4K 時代IP 播出系統(tǒng)的實踐進(jìn)行了探析。伴隨著國家頒布的SMPTE2110 系列標(biāo)準(zhǔn)，基帶IP 技術(shù)會日益趨向成熟，最終可以在大范圍內(nèi)廣泛的普及和應(yīng)用4K 時代IP 播出系統(tǒng)。