■許昌廣播電視臺：符江濤

從模擬到數(shù)字，從單聲道到立體聲，廣播電視工程隨著時間的推移，在多個方面已經(jīng)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。超高清視頻是當(dāng)前以及未來廣播電視工程發(fā)展的主要方向之一，超高清視頻具有更加細(xì)膩清晰的圖像質(zhì)量，色彩豐富度進(jìn)一步提升，能夠滿足人們愈發(fā)多元化的觀賞需求。但當(dāng)前超高清視頻技術(shù)還未得到全面普及，在推廣應(yīng)用中還存在著信號采集制作、信源壓縮編碼與傳輸信道編碼等方面的技術(shù)壁壘，對此廣播電視行業(yè)要加強(qiáng)協(xié)同，合力攻關(guān)，與多個領(lǐng)域展開合作，合力解決廣播電視超高清視頻全面普及應(yīng)用中遇到的各種問題，為我國視聽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1. 超高清視頻在廣播電視工程中應(yīng)用的特點(diǎn)

1.1 超高清播出系統(tǒng)架構(gòu)

（1）整體思路

4K超高清播出系統(tǒng)由七個子系統(tǒng)組成，包括播出控制系統(tǒng)、總控系統(tǒng)、整備系統(tǒng)、編單系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)上載、傳輸、調(diào)取和播出監(jiān)控等功能需求，提高播出系統(tǒng)的安全性、可靠性和便捷性。播出控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成臺內(nèi)外各類信號的交換、調(diào)度及監(jiān)控工作，并與其他六個子系統(tǒng)之間進(jìn)行業(yè)務(wù)交互，因此在廣播電視工程中，播出控制系統(tǒng)是核心組成部分。播出控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)節(jié)目在各個分場中的分配，包括節(jié)目分配情況、節(jié)目切換時間等內(nèi)容，并根據(jù)需要完成相關(guān)指令的下達(dá)。整備子系統(tǒng)提供了多種業(yè)務(wù)功能，包括素材交互和處理、臺標(biāo)、掛角、跑馬、動畫、倒計時與圖文處理，對素材進(jìn)行編碼命名，生成素材節(jié)目單，并將其提前遷移到主備和二備播出視頻服務(wù)器，構(gòu)成整個備播過程。編單子系統(tǒng)作為各子系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，主要的功能是銜接，并作為信息樞紐，能夠高效地編排、校驗和審核節(jié)目單、廣告信息等素材。在節(jié)目制作時，可以利用此系統(tǒng)對節(jié)目制作情況實施實時監(jiān)控，并能及時發(fā)現(xiàn)問題及時反饋至播出控制系統(tǒng)，確保電視節(jié)目安全優(yōu)質(zhì)地播出。傳輸子系統(tǒng)在與編單系統(tǒng)的信號交互中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，它是確保外部聯(lián)系順暢的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。信號經(jīng)由播控系統(tǒng)傳輸至傳輸系統(tǒng)，隨后被傳輸系統(tǒng)傳遞至下游單元。監(jiān)控子系統(tǒng)具備實時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行、信號交換、播出狀態(tài)等功能，通過視音頻監(jiān)控系統(tǒng)圖呈現(xiàn)各信號檢測點(diǎn)的實時4K圖像畫面。此外，系統(tǒng)還設(shè)定了各種信號異常情況的閾值，以便及時發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行并將報警數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，同時發(fā)出提示指令。輔助子系統(tǒng)的功能在于進(jìn)行日志交互，記錄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障、日志信息，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況并向監(jiān)控系統(tǒng)匯報。

（2）視音頻鏈路

超高清視頻播出系統(tǒng)的視音頻架構(gòu)采用3G-SDI基帶系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)支持4路傳輸。通過串聯(lián)單控制All in One視頻服務(wù)器和末端4×1倒換器，播出控制系統(tǒng)可完成硬盤按規(guī)定順序播出、線路直播、圖文混合疊加以及應(yīng)急切換等多種操作。

1.2 超高清視頻制作技術(shù)

目前，我國已經(jīng)掌握了將超高清視頻制作技術(shù)應(yīng)用于電視節(jié)目播出與傳輸中的能力，利用該技術(shù)，可壓縮并編碼普通的視頻信號，基于視頻壓縮技術(shù)，視頻碼率可被壓縮至一半以上，從而保持視頻信號的高飽和度狀態(tài)，確保其呈現(xiàn)出高清晰度的特征。為了滿足超高清視頻的播放要求，必須要有相應(yīng)的技術(shù)手段來保證其質(zhì)量和穩(wěn)定性。通過對高清視頻編碼進(jìn)行壓縮，可以實現(xiàn)對普通型視頻編碼H.246編碼的高飽和度碼率壓縮，達(dá)到高清視頻信號傳輸要求，最終呈現(xiàn)完成清晰的超高清視頻內(nèi)容。

1.3 超高清音頻制作技術(shù)

視頻制作離不開音頻制作技術(shù)模塊。隨著傳統(tǒng)模擬信號向數(shù)字化信號的轉(zhuǎn)型，超高清電視音頻信號的識別能力得到了顯著提升，數(shù)字化技術(shù)為音頻信號的高精度傳輸和接收提供了強(qiáng)有力的支持。為了保證超高清全媒體平臺中音視頻內(nèi)容的清晰度，需要采用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行視頻音頻制作。基于數(shù)字信號轉(zhuǎn)置技術(shù)，廣播電視信號系統(tǒng)能夠?qū)⒃痉稚⒌某咔咫娨曇纛l信號轉(zhuǎn)化為模塊化分布的音頻信號，使超高清電視音頻信號的信息承載密度得到提升，合成超高清的音頻信號。

2. 超高清視頻在廣播電視工程中應(yīng)用的意義

2.1 優(yōu)化超高清視頻編碼結(jié)構(gòu)

在廣播電視工程中的超高清視頻制作時，必須特別關(guān)注視頻編碼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，以確保其發(fā)揮最佳性能。超高清視頻的壓縮率會受到超高清電視編碼不同組合方式的直接影響，因此為了提升超高清全媒體播放系統(tǒng)的整體性能，必須要保證超高清電視編碼技術(shù)的靈活性。此外，視頻編碼結(jié)構(gòu)也會對超高清電視視頻信號的切割組合產(chǎn)生獨(dú)特的影響?；诖?，在目前的超高清視頻制作中，提出了一種四叉樹結(jié)構(gòu)編碼方法，基于四叉樹的編碼結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行視頻編碼的壓縮和遞歸計算，可以有效地保障超高清電視視頻信號單元塊的結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。在構(gòu)建HEVC電視視頻編碼結(jié)構(gòu)時，要對視頻信號的失真率做到精準(zhǔn)控制。做好信號捕捉，實現(xiàn)對視頻編碼單元信息的高精度定位。為了保證超高清電視系統(tǒng)中各個幀之間保持良好的連續(xù)性和一致性，需要對每個高清視頻信號進(jìn)行準(zhǔn)確高效的分析與計算并把握其對應(yīng)的數(shù)據(jù)特征。同時還要將各個單元結(jié)構(gòu)塊進(jìn)行合理劃分與組合。確保這些單元結(jié)構(gòu)塊保持相對穩(wěn)定性。

2.2 核對超高清視頻幀內(nèi)預(yù)測編碼

視頻信號幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)包含高效率視頻編碼與傳統(tǒng)的H.264編碼技術(shù)，這兩種編碼方式都采用了運(yùn)動矢量塊匹配算法進(jìn)行圖像分割處理，并根據(jù)像素之間的相關(guān)性來確定下一宏塊位置信息。相較于H.264編碼技術(shù)，HEVC即高效率編碼技術(shù)在幀內(nèi)預(yù)測編碼方面呈現(xiàn)出更為突出的優(yōu)越性。HEVC能夠預(yù)測35種幀內(nèi)編碼，而H.264編碼技術(shù)僅有27種幀內(nèi)預(yù)測編碼。幀內(nèi)預(yù)測可以減少視頻數(shù)據(jù)塊之間冗余信息的干擾，提高視頻圖像質(zhì)量。隨著幀內(nèi)預(yù)測編碼的增加，高清視頻信號的穩(wěn)定性和輸出的平滑度也隨之提高，從而有效降低視頻信號斷幀的風(fēng)險，使用戶獲得更清晰的圖像畫面和更好的觀看體驗。H.264編碼技術(shù)在普通電視機(jī)視頻信號傳輸中的應(yīng)用存在編碼處理不夠平滑的問題，導(dǎo)致信號的清晰度相對較低。為了保證超高清電視節(jié)目播放過程中的流暢度，就需要對幀內(nèi)預(yù)測編碼方式進(jìn)一步優(yōu)化，以實現(xiàn)對幀內(nèi)預(yù)測編碼的精確計算和詳細(xì)比對。同時要保證超高清碼流視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量，以提高其整體圖像顯示效果。

2.3 調(diào)整適應(yīng)超高清視頻的環(huán)路濾波

利用環(huán)路濾波器進(jìn)行濾波處理，能夠有效地消除輸出電壓信號中的“噪聲”干擾，從而保證整個環(huán)路系統(tǒng)的清晰度和穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升。在開發(fā)超高清視頻技術(shù)時，應(yīng)采用平滑的動態(tài)型環(huán)路濾波調(diào)整策略，以最大化高清視頻編碼容量為目標(biāo)，計算高清視頻信號的壓縮率。唯有如此，才能使超高清電視視頻信號中的“噪聲”徹底消除，不受其他雜亂信號的干擾影響。HEVC環(huán)路濾波是一種常用的信號過濾技術(shù)，它采用了自適應(yīng)環(huán)路濾波器來實現(xiàn)信號的高效過濾和處理。這類環(huán)路濾波器的技術(shù)基礎(chǔ)模式可歸納為兩類，一種濾波器模式以像素為中心，另一種則以區(qū)域為中心。無論是哪種滑動濾波器，均可高質(zhì)量完成超高清視頻的解壓處理，保證HEVC編碼的平滑與穩(wěn)定。

2.4 整合超高清電視平臺服務(wù)架構(gòu)

在推進(jìn)超高清電視技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用中，應(yīng)特別注重構(gòu)建和整合超高清電視平臺的服務(wù)架構(gòu)，提高服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。建立以IP城域網(wǎng)為核心的高清電視平臺以及基于云計算平臺的超高清電視節(jié)目制作與播出系統(tǒng)，實現(xiàn)超高清電視信號傳輸?shù)接脩舳说墓δ?。在此平臺上，超高清電視信號得以實現(xiàn)多元組合，有效分類內(nèi)容分發(fā)、媒體資源重整和運(yùn)營服務(wù)等，拓展出不同的業(yè)務(wù)層次和技術(shù)應(yīng)用場景，使得超高清電視信號得以及時接收、轉(zhuǎn)播、制作、調(diào)整和整合。此外，還需要對節(jié)目素材、設(shè)備設(shè)施和系統(tǒng)環(huán)境以及用戶終端等進(jìn)行相應(yīng)的配置，并通過各種技術(shù)手段來實現(xiàn)與超高清電視相關(guān)的功能開發(fā)和應(yīng)用。

3. 超高清視頻在廣播電視工程中的應(yīng)用實踐

3.1 打造超高清電視直播體系

隨著廣播電視工程技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，超高清電視直播體系正在逐步完善，利用技術(shù)有優(yōu)勢推動傳統(tǒng)技術(shù)模式的轉(zhuǎn)型，為建立完善的超高清電視直播體系奠定了堅實的基礎(chǔ)。利用5G技術(shù)、4K/8K等技術(shù)，可優(yōu)化超高清視頻的視覺呈現(xiàn)效果，逐步減少影響因素。我國超高清電視直播體系的進(jìn)一步完善，得益于中央廣播電視臺打造的5G+4K/8K超高清直播示范平臺，在該平臺的建設(shè)中，應(yīng)用了大量先進(jìn)技術(shù)，并為各項先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)設(shè)施支持?；贏VS2/AVS3標(biāo)準(zhǔn)的超高清電視影院直播系統(tǒng)和便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸系統(tǒng)等技術(shù)優(yōu)勢，全面推進(jìn)超高清視頻技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。在節(jié)目制作方面要加強(qiáng)與新媒體的融合，充分利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的作用，促進(jìn)傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)向數(shù)字時代轉(zhuǎn)型升級，從而更好地服務(wù)于人民群眾的日常生活需求。

3.2 超高清視頻節(jié)目制作

借助VR技術(shù)、5G技術(shù)以及4K/8K技術(shù)等前沿技術(shù)，提升廣播電視制作技術(shù)水平，優(yōu)化整體節(jié)目效果，為觀眾帶來更好的視聽享受。在湖南衛(wèi)視制作的一檔競技類相關(guān)節(jié)目中，采用了8K與VR相結(jié)合的節(jié)目制作模式，觀眾可以享受到360°自由視角的云拍體驗，同時還能通過技術(shù)優(yōu)勢實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的無縫連接，營造身臨其境的感受。此外還能夠通過多種方式結(jié)合，讓觀看者感受到更多視覺上的沖擊，從而獲得更加豐富的感官享受。此外，在制作相關(guān)節(jié)目時，超高清視頻技術(shù)也可用于特效制作。河南廣播電視臺的《洛神水賦》節(jié)目巧妙地將AR技術(shù)、VR技術(shù)、5G技術(shù)和超高清視頻技術(shù)融合，實現(xiàn)了舞蹈元素和古典文化元素完美結(jié)合，可為觀眾帶來高清沉浸式的觀賞體驗，使節(jié)目的藝術(shù)效果得到大幅提升。

3.3 超高清視頻傳輸

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以對超高清視頻產(chǎn)業(yè)中的處理環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，對輸出加密、編碼輸入、糾錯以及重傳等多個方面進(jìn)行改善，優(yōu)化上下行鏈路帶寬、時延抖動、傳輸時延，提高超高清節(jié)目播出效果。在實際運(yùn)行過程中，需要根據(jù)用戶需求合理選擇不同類型的網(wǎng)絡(luò)媒介。在5G網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)用的過程中，存在兩種不同的輸出方式，一種是通過空口輸出，另一種是通過專線輸出。在超高清視頻廣播電視直播中，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，可推動行業(yè)融合發(fā)展，包括體育賽事直播、兩會直播、春節(jié)聯(lián)歡晚會直播等，為觀眾帶來非凡的視覺享受。直播作為超高清視頻的主要實踐方向，是推動廣播電視視聽產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展關(guān)鍵途徑之一，借助5G和8K全鏈路技術(shù)的優(yōu)勢，強(qiáng)化整體視覺效果，在先進(jìn)技術(shù)的帶動下，推動行業(yè)全面繁榮發(fā)展。利用技術(shù)滿足需求，整合現(xiàn)有資源，加速廣播電視云制播平臺功能優(yōu)化，基于云制播平臺錄制相關(guān)節(jié)目，為觀眾帶來源頭上的4K純享版舞臺。利用超高清視頻廣播電視傳輸技術(shù)，對平臺的功能性進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)直播的云端化和服務(wù)的遠(yuǎn)程化，為觀眾帶來更好視覺體驗，同時降低整體服務(wù)成本。

3.4 超高清視頻智能識別

在轉(zhuǎn)播重大體育賽事、節(jié)日晚會、重大會議和商用付費(fèi)節(jié)目等方面，超高清視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用不會因為某些用戶的硬件缺陷而影響用戶的收看體驗。此外，對于運(yùn)營人員而言，在原有的頻道表和授權(quán)規(guī)則基礎(chǔ)上，即可為用戶提供更加全面的技術(shù)服務(wù)，使用戶對廣播電視服務(wù)的滿意度得以提升，增強(qiáng)用戶黏性和市場競爭能力，為超高清視頻的商業(yè)化運(yùn)營提供技術(shù)保障。

4. 結(jié)束語

超高清視頻具有更加細(xì)膩清晰的圖像質(zhì)量，色彩豐富度進(jìn)一步提升，能夠滿足用戶愈發(fā)多元化的觀賞需求。在廣播電視工程中應(yīng)用超高清視頻開發(fā)與制作技術(shù)，能夠促進(jìn)傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)向數(shù)字時代轉(zhuǎn)型升級，為廣大人民群眾提供更加優(yōu)質(zhì)新型的廣播電視服務(wù)。