超高清电视播出技术探究

陈明培

虽然电视出现到现在还不足百年，但是电视技术却迅猛发展，电视的画质更是快速提升，让观众可以享受到更好的视觉体验[1]。现阶段，电视技术仍旧处于高速发展时期，高清技术还未能得以全面应用与普及，超高清技术便已出现，同时其发展态势更为猛烈。依照电视行业的自身发展规律，结合人们的观赏需求得出结论，超高清技术必将会取代高清技术，成为电视台未来发展的方向。

超高清电视出现并得到快速发展，这也展示出了我国电视领域快速发展的态势，出现这一现象根本原因还是由于电视发展最为核心的要素依旧是画质，观众最需要的还是更加清晰的画面质量[2]。超高清电视并非是一项独立的技术，而是涉及到方方面面，它需要应用到各种技术手段，例如，需要应用到超高清信号的处理、传输及显示等相关技术，这也使超高清电视播出系统如何规划变成了一个无法回避的重要问题。

1 超高清技术应用于电视播出中的优势

1.1 超清晰的分辨率

4K超清可以达到的分辨率为3 840×2 160，其中一共包含有超过80多万个像素点，而8K超清电视所达到的分辨率更高，其中包含有超过3 000多万个像素点。分辨率高就表示电视可以呈现出更为清晰的画面，同时也可以更好地把细节部分表现出来。

1.2 观赏距离

电视的观看距离和电视屏幕大小以及画面清晰度存在直接联系，和高清电视对比而言，超高清技术的应用能够确保各个像素点之间距离进一步减小，可以让观众产生一种满视野的视觉感受[3]。观看超高清电视时，观众的中心视觉大约是50°左右，此角度范围是最优化的观看角度，观众观看电视的最佳距离约为3 m左右。目前4K超高清技术所能呈现的分辨率可以满足观众对于120英寸（1英寸=2.54 cm）电视分辨率要求。

1.3 色彩提升

若仅仅是分辨率有所提升，其实对于观众来说其视觉体验无法得到非常显著的改善。所以，在发展超高清技术的同时还应将重点放在色域以及色彩的提升方面。通过显著地提升色彩，以确保观众能够获得更好的视觉体验。

2 超高清技术应用于电视播出中存在的问题

现阶段，能够支持4K超高清的相关设备相对较少，很多设备都是刚开始生产，还未能商用化，设备的稳定性也需要进一步检验，此外，由于开发新的产品资金投入较多，所以新产品的价格也会相对更高，这对于才完成高清改造的大部分电视台而言，想要在电视播出之中应用超高清技术，无论在技术方面还是在资金方面等都会面对非常大的压力。

2.1 传输方面

目前，很多电视台均是采用电缆传输的方式。以百通生产的型号为1 694的电缆来看，标清SDI信号的传输比特率仅仅为270 MB/s，信号的传输距离为超过300 m，而高清的信号传输比特率是1.485 Gb/s，信号的传输距离还不足80 m。若是想要传输超高清信号，所要达到的比特率要超过6 Gb/s。由此可知，超高清信号对于电缆具有非常高的要求。所以现阶段绝大多数地方电视台都不能达到传输超高清信号的相关要求，仅仅针对目前一些播出设备进行升级是无法实现播出超高清节目的目标的。

在现有的技术条件之下，要想有效的处理超高清信号输送问题，可以采用下列方法。 把超高清信号拆分为多路高清SDI信号，在系统之内进行信号的传输，在输出端位置把这些拆分后的信号加以合并处理，使之转变为超高清信号。这种解决方法会导致大量的资源被占用，需要对系统进一步的扩容处理，这也需要非常多的资金投入才能实现；采用SDI Over IP方式进行信号传输，现阶段交换机设备信号传输的速率高达10 Gb/s，能够达到超高清信号传输稳定需求。

在未来技术不断发展的过程中，IP流传输技术所拥有的稳定性将逐渐增大，其也是今后超高清信号传输的发展方向，不过，对于大多数电视台而言，依旧要构建整套的系统，这也要投入较多的资金。

2.2 数字化播出方面

现阶段，电视台播出方式还是以视频服务器文件化播出为主。通常，标清文件码率是12 MB/s，对于单频道来说，其一天的节目容量变为126.5 Gb，高清文件码率是50 MB/s，对于单频道来说，其一天的节目容量变为527.3 Gb，而超高清文件的码率要远远高于高标清的，其文件所占用的存储容量将会大大增加，此外，为了保证高码率的节目文件能及时迁移到各级存储，超高清播出对存储的读写带宽也提出了更高的要求。

2.3 网络播出方面

现阶段，大部分电视台节目都采取了网络送播的方式，节目均会在主干平台之中传输。通常情况下高清素材在不同节点上的直接传输速率是15 MB/s～40 MB/s。若是传输超高清素材，则其内存比高清素材大得多，若传输速率也要随之提升，便会导致系统负担进一步增加，系统就有可能出现崩溃问题。而若不改变传输速率，则会导致传输素材所需时间大幅增加，传输时间的增加严重时将会导致电视节目不能正常进行播出。因此，想要达到超高清节目网络的送播，要求应当加大资金投入，对目前主干系统进行进一步的升级与扩容处理。

3 超高清技术在电视播出中的规划

超高清播出智能运行架构如图1所示。

图1 超高清播出智能运行架构

在超高清播出系统之中，包含有统一的技审平台，这一平台的作用是汇聚电视台中所有素材进行审核，审核完成后放入IP播出系统之中，利用IP播出系统发送至全媒体分发系统中。在超高清播出过程中，支持独立4K频道、高清频道、手机频道以及网络频道等。利用全媒体分发平台，能够把播出系统所提供的信号转变为各种码流，发送至各平台中。

3.1 超高清播出

采用超高清播出技术能够让观众感受到更好的视觉体验，不过，这也会对超高清信号的传输带宽等指标提出更高要求。对于整个电视而言，应当全面考虑电视节目制作储存、播出分发及终端接收等不同的过程，现阶段，超高清播出分发是重点工作，同时也是难点所在。要想确保超高清播出分发，最为重要的是解决好信号传输问题。因为超高清文件的分辨率非常高，未经过压缩处理的4K原始码流要求的传输比特率为12 Gb/s，而目前我国一般高清节目的传输比特率为1.5 Gb/s，绝大多数电视台的电缆和系统能够支持最高传输比特率为3 Gb/s。目前，在超高清播出方面，可以考虑用IP技术实现SDI信号传播。

3.2 IP化播出

要想达到IP化播出的目标，首要工作是应当确立统一规范的标准，现已制定发布的SMPTE 2022标准，其中所涉及的内容包含了压缩、无压缩的视频传输和无中断保护机制，为超高清信号利用IP技术进行传输提供了重要的基础保障。在IP系统中，还需要有一套精密时钟系统，确保网络上的任何节点间能保持同步。SMPTE 2059 PTP采用最优主时钟算法实现同步，时间同步后，任意两个子时钟设备间的时间误差小于1 μs，能恢复性能良好的频率和相位基准，使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的范围。目前，越来越多的视频供应商不断地尝试利用IP化技术完成信号传输，IP矩阵、IP多画面各种设备开始出现。随着统一开放标准SMPTE 2110的发布，经过视频供应商持续的探索，SDI over IP同样可以和SDI信号一样得以广泛的普及和应用，不同厂家设备可以互联互通，共同构建全新的播出系统。

目前，纯IP化播出还有一定难度，将来一段时间IP与SDI混播模式还会存在，但未来发展的趋势必然是IP化播出。在采用IP化播出后，系统拥有的架构会更加精简，如果利用40 G光纤网络，可以同时传输25路高清信号或3路12 G超高清信号，这样便可以节省大量线缆。IP化播出还能够通过网络进行资源共享，借助软件提升系统的生产效率。

3.3 全媒体发布

通过全媒体发布平台，可以把不同的节目一起发布到有线网络、卫星、各个网站和移动软件等平台之中。由于不同平台用户具体的习惯有所差异，所以，在节目发布时间及发布内容方面同样也要差异化对待，要进一步地进行细化调节。不管是对于电视而言，还是对于PC而言，均应当采取自定义观看模式，确保用户能够依照自身的需求与喜好点播不同频道，系统还要依照用户具体行为完成大数据的收集处理及节目推送工作。

4 结语

现阶段，高清信号在一定程度上可满足人们观看的需求，电视画面清晰度已有极大的改善，不过，像之前由模拟信号逐渐转变为数字信号一样，随着科学技术不断发展，人们对超高清信号需求也在不断增加，超高清播出必定会发展成为将来电视播出的主要形式。

[1]孙苏川,常健,刘晨鸣,等.超高清电视发展对策研究[J].广播与电视技术,2017(9):28-32.

[2]但京.国际超高清电视技术动态——日本InterBEE国际广播设备展观感及韩国KBS超高清电视计划[J].现代电视技术,2016(3):44-48,71.

[3]裘钰.4K超高清电视节目声音制作技术标准的选择[J].现代电视技术,2015(10):142-145.