中央广播电视总台4K超高清、 高清电视节目同播技术研究
潘波| 中央广播电视总台 | 2020-07-03
【流媒体网】摘要:中央广播电视总台制定了具有前瞻性、可操作性、一致性的4K超高清、高清电视节目同播技术规范。本文对规范进行了介绍。

  中央广播电视总台围绕“5G+4K/8K+AI”战略部署,以高质量发展为核心,大力推进4K超高清制播体系建设。在全力发展4K超高清视频产业的同时,也要兼顾高清电视节目的播出。尤其是4K超高清电视节目和高清电视节目同时制作播出时,既要保证4K超高清电视节目技术质量,也要保证高清电视节目技术质量。

  一、4K超高清、高清电视节目同播技术难点

  4K超高清、高清电视节目同播的技术难点在于4K超高清(4K HDR)电视相对于高清(HD SDR)电视,分辨率提高了4倍,亮度指标增强了10倍,色彩丰富度增加了1.5倍。

  在面向4K超高清、高清同步播出时,通常由转换器进行4K HDR和HD SDR之间的相互转换,转换过程涉及到动态范围HDR和SDR、色域BT.2020和BT.709之间的映射关系。在转换过程中既要保证4K超高清、高清节目的画面视觉效果,还要避免由于上、下转换带来的亮度过高或过低、彩色失真等安全播出隐患。这里面的难度,使4K超高清和高清节目同播远高于高清和标清节目同播。

  二、4K超高清、高清电视节目同播成功经验

  在2019年国庆70周年庆典活动直播中,总台采用4K超高清、高清电视节目同播的方式,即4K HDR信号和下转换的高清SDR信号同时直播。这次是国际上首例在大型庆典活动中采用4K超高清、高清同时直播的成功案例。

  为确保百余个机位拍摄的4K图像在亮度及色彩等方面呈现良好的一致性,技术局进行了长达几个月的HDR、SDR同播的视觉质量控制测试,制订视频前后期制作的操作规程及关键参数设置等,并首次在重大宣传报道活动中设置了VC视觉质量控制岗位与环节,在长达十几个小时的直播过程中,节目画面明暗部细节丰富,充分体现了HDR高动态范围特点。同时下转换的高清画面符合总台高清节目录制技术质量要求,体现了总台高水准的节目制作水平。

  三、4K超高清、高清电视节目同播主要技术要求

  本规范以《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范(暂行)》为依据,在掌握技术、积累经验和数据、反复试验的基础上,全面梳理了4K超高清、高清电视节目同播的录播流程和直播流程,并确定相关制播环节的技术要求以及转换器的关键设置参数集。

  1、4K超高清、高清电视节目同播制定原则和同播流程

  4K超高清、高清电视节目同播所遵守的三项原则包括:

  ◆ 就高原则:当外来信号既有4K超高清也有高清时,节目中心应申请预约使用4K超高清信号;

  ◆ 所审即所播原则:录播节目播前及直播即时,由技术制作人员配合节目中心编辑人员对4K超高清节目下转换高清后的视觉效果进行查验;

  ◆ 一致性原则:使用台内制作系统、委托台外制作以及租用台外技术资源制作节目,均须遵照此规范要求执行统一技术标准。

  4K超高清、高清电视节目的录播流程和直播流程如图1所示。

  2、4K超高清、高清电视节目同播播出系统技术规范

  4K超高清电视节目播出应遵循《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范(暂行)》中的技术要求,4K超高清视音频基本参数要求如表1所示。

  高清频道的播出信号由4K超高清播出系统采用转换器,以固定参数下转换的方式产生高清播出信号转换器的下转换参数遵照本规范附件中规定的固定下转换参数值。

  3、4K超高清、高清电视节目同播总控系统技术规范

  4K超高清信号处理应遵循《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范(暂行)》中的技术要求。除此之外,总控系统接收4K超高清外来信号后,需采用归一化方式进行信号转换处理,将其转换为符合台内规范的4K HDR信号后送总台4K超高清制播单元。

  总控接收需在4K超高清频道播出的高清外来信号后,进行上转换处理。视频上转换参数设置参照本规范附件一中规定的固定上转换参数值;音频部分参照《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范(暂行)》执行。上转换后的4K HDR外来信号送4K超高清演播室直播。

  总控系统接收全台节目生产管理系统技术资源管理子系统(以下简称:TRM)发送的传输线路申请单,并以此为依据安排演播室送4K超高清频道的直播线路;总控系统与节目生产管理系统实时同步4K超高清频道的频道名称、频道代码等信息,并在总控系统中创建相应的节点ID和节点名称;TRM系统需配置与总控系统对应的节点ID及节点名称信息,以便节目部门在TRM系统填报送4K超高清频道线路申请时,准确勾选目标节点。

  4、4K超高清、高清电视节目同播视频制作技术规范

  对于4K超高清电视节目制作,应遵循《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范(暂行)》中的技术要求,同时参考《中央广播电视总台HDR视频制作白皮书》相关技术要求。对于高清电视节目制作,应遵循《中央电视台节目制播技术规范》(2018版)中的要求。

  (1)演播室系统

  演播室节目制播流程如图2所示,4K超高清、高清电视节目同播采用在同一演播室制作系统播出,依据“就高”原则,即同播演播室采用全4K超高清演播室系统完成节目整体制作,包括摄像机讯道、外来信号、文件化播出、图文包装、精彩编辑等。4K超高清演播室接收节目生产管理系统下发的任务单,以全流程4K超高清方式完成整体节目包装及制作,分别将4K超高清PGM信号送至总控系统和后期编辑制作系统。

  4K超高清演播室,将4K超高清PGM信号下转换为高清信号送高清图像监看设备,下转换参数设置参照本规范附件中规定的固定下转换参数值,由节目部门相关人员对4K超高清信号下转换高清后的图像视觉效果进行查验。

  (2)转播系统

  转播系统制播流程如图3所示,4K超高清制作中,特种设备、字幕系统、包装系统、慢动作系统等如不能提供4K超高清信号的,或是提供的4K超高清信号不符合《中央广播电视总台4K超高清电视节目制作规范(暂行)》中技术参数要求的,需在转播车进行转换,使指标符合4K超高清制作要求。4K超高清制作中,如需进行广告及其他素材插播,转播车只接收格式为XAVC Class300编码的MXF OP-1a超高清文件,原则上不接收其他格式的文件及高清文件。

(3)后期编辑制作系统

  4K超高清后期制作系统通过与各上下游系统间的交互接口,在全台节目生产管理系统统筹安排下管理系统内设备分配和节目制作,在相关制作系统协同下编辑完成4K HDR半成品或成品节目。

  各4K后期制作系统常态节目备播流程相同,如图4所示。对于直播/录播、日播/周播、特别节目/季播节目等不同节目形态,在后期制作系统内,全部按照4K HDR标准进行制作。4K超高清后期制作系统均采用一站式输出配置,即在一个制作系统内即可支持一个节目从任务分配、素材上载、编辑制作、配音、合成、节目内容审片,到成品节目提交入库的全功能制作。

  如节目需要使用历史高清素材文件时,由后期制作系统负责将其上转换为4K超高清文件,可通过时间线实时转换或素材统一转码方式进行。后期制作系统配备转换器,采用固定参数下转换方式将4K超高清节目下转换为高清信号送高清图像监看设备,编导可以在编辑制作中确认同播节目的下转换信号图像视觉质量。

  演播室文稿串联单节目制作流程如图5所示,它是混合制作岛独有的制播流程,以文稿串联单为驱动。在节目制作阶段与送全台播出类节目类似,但此类节目是在混合岛内的审片工作站完成节目审核,不需要提交到综合节目内容审片系统。

  5、4K超高清、高清电视节目同播音频制作技术规范

  4K超高清、高清电视节目同播,直播演播室声音制作采用5.1环绕声格式,应符合《中央广播电视总台高清电视节目录制技术规范》中对于环绕声音频文件的相关技术要求,不在直播窗口内转换节目声音格式属性。录播节目制播,应遵循原格式制播的原则,如果源素材为环绕声格式按环绕声制播,如果源素材是立体声格式则按简单环绕声制播。

  4K超高清、高清电视节目同播,考虑到环绕声节目声道的通用一致性,建议采用8声道,不使用16声道记录方式。考虑到新闻、外宣频道等使用高清信号时还存在对立体声信号的使用需求,建议维持环绕声节目中7/8声道的立体声信号记录。环绕声节目8声道分配如表2所示。

  对于不同的节目类型,并不要求所有环绕声节目声音均具有6声道内容。针对适宜环绕声制作的节目,应确保环绕声制作,对于导视、无观众的简单语言类节目等,可以进行简单环绕声制作。

  除以上各系统的技术要求外,总台的节目生产管理系统群和媒体资产管理系统对4K超高清、高清电视节目同播也进行了相应的适配。本规范还对4K超高清、高清电视节目同播的紧急/应急播出流程做出了相应的技术要求。

  四、总结与展望

  在4K HDR BT.2020和HD SDR BT.709之间的相互转换过程中,目前有“静态参数”和“动态参数”两种方式进行转换。

  “静态参数”这种转换方式较为简单,亮度映射曲线是“固定亮度值”的简单映射,难以适配复杂多样的电视节目类型。而“动态参数”转换与“静态参数”转换不同,其亮度映射采用的是动态方式。在“动态参数”转换中,亮度映射曲线依据每一帧图像的亮度信息计算得出。

  目前通道类的转换器大多只支持“静态参数”转换方式,即使支持“动态参数”转换方式也需要进一步验证其效果。因此,为同时保证4K超高清和高清节目技术质量和主观观看效果,技术局还将会进行大量的相关科研工作。

责任编辑:侯亚丽

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