4K超高清频道后期非编制作及播出系统探析

徐晶晶

（上海文化广播影视集团有限公司，上海 200041）

现阶段，高清技术不断发展，在节目制作中已经逐渐利用高清节目替代了原有的标清节目制作。随着人们对于节目画质清晰度要求的提升，4K超高清频道的构建受到了更多的关注，4K超高清直播与节目播放在广电行业内迅速升温。在未来的发展中，4K设备及系统将得到更好的发展以及更为广泛的应用。目前，相关工作人员对4K超高清频道后期非编制作系统以及播出系统的开发经验尚未成熟，4K超高清频道依旧处于建设阶段。所以，对4K超高清频道后期非编制作系统以及播出系统进行设计与分析有着较高的价值，为4K的上线与推广打下更好的基础。

一、4K超高清频道后期非编制作系统的分析

（一）4K超高清频道后期非编制作系统的功能需求

4K超高清频道后期非编制作系统的建设需要满足以下功能需求：

第一，节目的高清化制作。目前，高清节目的制作已经成为了电视台发展的主流。站在观众的角度上来说，相比于720x576标清视频图像分辨率来说，1920x1080的高清视频图像分辨率能够带来更好的观赏体验。

第二，数据传输安全的保障。对于后期非编制作系统来说，其网络环境的安全程度直接影响着节目制作与播出的正常性。一般情况下，后期非编制作系统的交互需求相对较高，包括引入外来素材、节目保存等等，增加了系统的安全隐患。所以，在设计4K超高清频道后期非编制作系统时，必须要对数据传输的安全程度进行保障。

第三，较高的兼容性。为了确保相关工作人员能够更快地使用4K超高清频道后期非编制作系统，就必须要确保设计的系统与原有的标清非编系统能够兼容。在这样的条件下，确保了节目制作质量不影响的基础上，实现了节目像素的提升。同时，在4K超高清频道后期非编制作系统的设计中，还要保证登录名称、权限以及操作流程都不发生改变，确保系统的完全兼容。

（二）4K超高清频道后期非编制作系统的总体设计

在4K超高清频道后期非编制作系统中，需要实现支持素材上传与下载、音频视频的制作、安全隔离等基本功能。相关工作人员需要结合上述的实际需求完成4K超高清频道后期非编制作系统的设计。在4K超高清频道后期非编制作系统中，包含的主要功能模块包括：后台服务与存储模块、编辑模块、网络管理模块、高安全区模块。

其中，在后台服务与存储模块中，主要利用了以太交换机为整体系统的数据交换功能，提供了更好的物理通路。同时，系统的数据与业务主持主要由存储、数据库服务器、应用服务器、业务中间器等结构提供。可以说，后台服务与存储模块是整个非编制作系统的支撑模块；在编辑模块中，相关工作人员能够完成素材的挑选与上传、多种节目编辑制作、配音配乐、节目下载等工作，属于4K超高清频道后期非编制作系统的主要业务模块。在编辑模块中，包含着无卡精编工作站、有卡精编工作站以及高码率配音工作站等结构；在网络管理模块中，主要实现了相关网络管理的服务，包括权限设置、用户管理、流程设置等等。该模块属于4K超高清频道后期非编制作系统的支撑模块；在高安全区模块中，主要创建了办公网安全互通与物理安全隔离链路之间数据传输的安全环境。其属于4K超高清频道后期非编制作系统的重要安全模块，包括安全传输网关以及千兆防火墙。

在设计4K超高清频道后期非编制作系统时，要确保其具有扩展性与实用性，所以，该系统的整体结构可以使用以太网组网的方式，便于后续的配置与升级。在该系统中，主服务器与工作站的接入方式要更加灵活。其中，防火墙、服务器、配音工作站、安全网关等可以使用千兆以太网的接入方式；无卡工作站、有卡工作站、存储等可以使用万兆以太网的接入方式。

（三）4K超高清频道后期非编制作系统的应用准备

在将4K超高清频道后期非编制作系统投入实际的运行前，相关工作人员要进行一系列的准备工作，方便编辑人员能够更快更好地应用该系统。

第一，要录入用户的账号以及权限。在该系统实际的使用前，技术人员要将所有的用户进行统计，并将不同身份的用户，包括记者、编辑、审片以及管理员等进行标记。同时，将这些身份信息、权限信息等录入该系统中。

第二，非编系统工作场景的设计。为了避免用户（记者、编辑、审片以及管理员）出现移动素材窗口位置、错误隐藏时间线窗口等误操作，相关技术人员要提前对系统的工作场景进行设定。在这样的条件下，即使出现误操作，也能够通过工作场景的重置迅速完成恢复。

第三，文件的导入。为了最大程度保障节目的质量，实现新旧系统的使用过度，相关技术人员要在4K超高清频道后期非编制作系统投入使用的前期，将旧系统中有价值的节目模板等进行导出，并将其导入新系统中。为了避免导入节目模板出现使用故障，相关技术人员要在设计新模板的过程中，结合旧模板的形式完成。

第四，键盘快捷键的设置。为了提升用户对4K超高清频道后期非编制作系统的适应速度，相关技术人员在设置该系统的快捷键时，必须要确保与原有系统快捷键的一致（除了被取消的快捷功能）。

第五，安全盘驱动与安全传输网关。安全盘驱动的安装能够保障外来音视频素材的引入与输出更加安全性。安全传输网关能够对图片、音视频、文档等进行自动的监控、检测与传输，确保系统中多种文件传输的安全性。

（四）4K超高清频道后期非编制作系统的安全管理

在4K超高清频道后期非编制作系统的实际运行中，对于带宽、数据安全的要求更高，数据量更大，实时性也更强。所以，在实际的工作中，系统中的各个功能模块要形成更加易于管理与部署的结构。通常情况下，SAN结构就能够满足实际的需求。同时，要确保数据库服务器中的主备互为备份，避免由于故障的产生而对非编制作系统产生影响，杜绝数据库报错问题的产生。

二、4K超高清频道播出系统的分析

（一）4K超高清频道播出系统的总体设计

现阶段，电视剧、电影、MV、广告等拍摄中涉及的4K素材普遍是通过降低至2K来完成制作的。在这样的制作方式下，数据量、制作技术难度、制作噪点等都能够得到有效的控制与降低，同时提升了锐度。但是，相关人员必须明确地认识到，将素材降低至2K进行处理实属无奈之举。为了促进4K的发展，提升制作质量，必须要实现在4K拍摄与制作中，结合实际的播出要求，完成分辨率的调整。

在4K拍摄以及演播室环节，可以沿用基带方式。将一路4K信号当作四路3G的1080@50P高清信号，就能够将码率保持在200Mbps。此时，对于播放器的存储卡的要求较高，一般情况下，512G的SRMEMORY存储卡仅能够保存30分钟左右的4K内容。基于这样的情况，相关工作人员可以在播出端使用TS over IP的方式来完成系统的组建。

在4K播出系统中，节目的素材均使用了4K制作，通过HEVC转码系统能够实现统一转码，将4K超高清频道后期非编制作系统中输出的转码为HEVC。结合文件传输效率、技术等层面的分析来说，H.265有着较大的优势，消耗的带宽相对较低，所以相关工作人员可以使用H.265完成转码。在HEVC转码系统的整体架构中，包含着帧间预测、帧内预测、量化、转换、熵编码、去区块滤波器等功能模块，可以将HEVC整体分成三个部分：编码单位、预测单位以及转换单位。相比较来说，HEVC编码的自由度相对较高，不同的宏块大小能够自由地在8×8、64×64像素之间进行选择。通常来说，当宏块的尺寸更大，压缩的效率就越高。在该系统中，与播出网的连接使用了万兆冗余链路，通过节目的单向驱动，能够将4K文件由系统功能转移至存储区域。因为HEVC转码系统更好地压缩了4K节目，所以近线存储中承受高分辨率的压力较小。

在播出端，使用全媒体视频服务器能够支持f4v、HEVC等格式的文件TS流出。在IP包装中加入经过HEVC编码的4K文件以及台标；存在于网络中的复用器能够对UDP形式的数据进行接收，并将其转换为TS数据包，实现对数据流的复用。主备复用器完成二选一切换，并输出主路信号以及备路信号。由于在全媒体视频服务器中，能够利用HTML5以及flash自行完成图文包装，并不需要通过旁路连接加设图文包装系统来实现，所以该4K超高清频道播出系统有着更为全面的功能。

利用4K TS流监看完成监看系统的构建，能够对视频服务器输出的基于TS流的HEVC编码完成直接接收。经过HEVC编码处理后的视频码流大小更小，也可以节省大量的存储空间，减轻后续收录系统的压力。由于HEVC解码在算法上的复杂程度、对于硬件的要求较高，所以相关工作人员需要在选型工作中进行大量的测试。

（二）4K超高清频道播出系统的技术难点与实现方案

对于4K超高清频道播出系统来说，其技术难点主要在4K实况转播环节中。在这一项工作中，摄像机、切换台等演播室的设备都已经达到了4K标准，但是在信号实时传输方面依旧存在一定的难度。现阶段，传输过程普遍使用了四路1920×1080的3G信号来完成，其中，第一路3G信号主要为音频嵌入。这四路3G信号通过相应的光端机完成传输，当进入播出网后展开HEVC编码，最终实现了TS over IP播出。

在上述的过程中，由于需要将一路4K信号拆分为四路3G信号进行传输，所以其系统架构更复杂，成本也相对较高。针对这样的情况，可以通过以下两种架构方案来解决：第一，在演播室切换台中，直接输出一路4K信号展开HEVC编码，并利用光纤网络传输至播出网实现节目播出。第二，利用演播室4K切换台上的NDIM2.0结构进行传输，当信号传递至播出网后展开HEVC编码，最终实现TS over IP播出。

另外，50P帧精度播出控制技术在4K超高清频道播出系统中也能够发挥出较大的作用。在播出端要对使用的播出控制逻辑进行50P适配改造，确保播出系统能够准确地对4K节目播出中有关于50P文件出入点完成识别，并生成正确的播控指令，同时利用VDCP协议将指令发送至服务器。在4K超高清频道播出系统的实现中，50P帧精度播出控制技术是解决系统信靠控制问题的关键技术。

三、总结

综上所述，本文基于实际需求，设计了4K超高清频道后期非编制作系统以及播出系统。在4K超高清频道后期非编制作系统中，实现了节目的高清化制作、数据传输安全的保障以及原有系统的兼容。通过录入用户的账号以及权限、非编系统工作场景的设计等方式，确保了用户能够迅速适应该系统。在4K超高频道播出系统中，主要构建了TS over IP播出模式，降低了相关硬件设备承受的高像素的压力。