2018央视春晚主会场视频系统方案及制作

李中

【摘要】介绍央视一号演播厅视频系统基于2018年央视春晚制播及发展超高清技术需求的改造方案，并阐述制作中摄像机调节、信号传输、虚拟植入等技术问题。

【关键词】央视春晚；4K摄像机；高动态范围；信号传输；虚拟植入

2018年中央电视台春节联欢晚会（以下简称央视春晚）直播连续第三年采用1个主会场4个分会场的格局，以一号演播厅现场节目信号为主，穿插贵州黔东南、广东珠海、山东曲阜泰安、海南三亚四地的外来信号共同直播。

一号演播厅已经伴随央视春晚20年，随着技术的进步、欣赏要求的提高、观看媒介的多样化，2018年央视春晚不仅在节目内容上积极创新，在表现形式上也“让观众耳目一新”，同时在视频系统的解决方案及设备配置上更是注重更新升级，以满足制作和播出的要求。1基于高清系统升级的4K（超高清）制作解决方案

为了能更好地适配今后频道发展的需要，积累更多、更丰富的4K素材，2018年央视春晚在4K节目制作流程上有所创新。此次一号演播厅升级改造力求以最短的改造周期，对系统的最小改动，完成4K节目的生成工作。

1.1 4K系统初步的尝试

央视春晚对于4K的尝试早在几年前就已开始。2014年央视春晚使用了4K摄录一体机，对春晚彩排进行了拍摄。在201 5年央视春晚，彩排现场采用了一套六信道4KEFP（ Electronic Field Production，电子现场制作）系统，6台4K摄像机配合多台4K摄录一体机接受高清系统导播的调配，提供下变换的彩排高清信号供高清系统使用，并同步收录完成后期精编版的制作。由于4K摄像师受高清导演调配构图兼顾4K版本创作，使4K摄像机拍摄的画而难免有所遗憾。当时的4K摄像机都是采用单片35 mm CMOS感光器件，颜色和画而感觉与高清摄像机存在较大差异，为保证春晚直播效果，在春晚当天又替换成高清摄像机完成直播工作。2016年央视春晚采用了数台4K摄像机单机完成了一场4K专场彩排录像。由于是专场录像，摄像机之间的设置更匹配，弥补了与高清同场拍摄会在高清画而里穿帮的问题，以及不同种类机型画质不统一的问题。

2017年央视春晚，在彩排过程中陆续将12台高清摄像机中不涉及虚拟包装及特殊用途的6个机位替换为HDC-4300 4K摄像机，同时配合大量的4K ENG（Electronic News Gathering，电子新闻采集）单机补充拍摄其他角度，插漏补全。需要说明的是，为r防止当时镜头协议、机身传感器安装带来不必要的问题，故只更换了不涉及这些功能的摄像机。由于HDC-4300 4K摄像机与系统内原有的HDC-2580高清摄像机品牌一致并具有相同尺寸的CCD成像器件，所拍摄的画而风格基本一致，可以接入演播室现有的高清系统，与其他高清摄像机进行颜色一致性匹配后，共同完成央视春晚直播内容的制作。4K摄像机的基站可同时输出4K信号和高清信号，4K信号输出给PWS-4500收录服务器，完成4K视频信号的录制；高清信号直接接入到原高清演播室系统，完成演播室直播工作。由于HDC-4300 4K摄像机与HDC-2580高清摄像机基站接口一致性好，进行替换时也极为方便：同时4K摄像机替换高清摄像机，避免了演播厅现场同一位置同时架设两台摄像机工作时相互干扰的情况，实现了从彩排到直播的全过程使用。

1.2 在2017年央视春晚制作基础上的4K食品系统升级方案

尽管目前业内对于4K系统的构成不像高清、标清时期有一个明确的方向，同时由于信息量数据量爆炸式的增加，以及IT技术被大量引入传统广电行业，对于整体方案还没有一个普遍的共识。一个完整4K系统架构是采用4线3G DI、12G SDI方案还是IP方案；4线3G SDI方案是采用SQD方式还是2SI方式，IP到底使用通用交换机还是专用交换机，系统内信号编码压缩是使用TICO协议还是NMI的协议等一系列问题还都未确定。

在2017年央视春晚制作的基础上，对于现存的高清直播制作系统的升级，探索高清兼容4K的制作模式，在不改变现有高清系统制作流程的同时，完成4K节目素材的同步生产。在信号的拾取和记录上，将一号演播厅及第六演播室群中的部分高清摄像机HDC-2580升级为超高清摄像机HDC-4300，采用全4K HDR（High-Dynamic Range高动态范围）记录。4K摄像机的高清信号提供给现有高清直播制作系统，用于高清直播、录播和后期制作；4K摄像机的4K信号用于4K PGM合成制作。在播出制作方而，为了适配现有的播出设备，依然采用高清SDR （Standard-Dynamic Range标准动态范围）方式，配置4K上下变换器、4K示波器、4K监视器等适配信号变换和图像质量监看的设备。通过改造，使系统具备r超高清信号的生产能力，可提供4K素材，为实现4K节目素材的快速积累提供了基础保障。

4K使画而解析力进一步增强，HDR带来了高宽容度、宽色域和高对比度，可极大地提升人眼的主观感受。由于分辨率的增加、隔行变成逐行，导致数据量扩大8倍，虽然信号的传输距离大打折扣但是随着IP技术被大规模引入广电行业，给传统广电行业找到了新的解决办法，甚至为今后的8K、16K的实现都提供了解决方法。目前，央视开始着手8K的拍摄研究。

2 摄像机机位及参数调整

2.1 主会场摄像机设备配置及机位

主会场的视频系统在现场布置了12台摄像机，其中包括11台超高清摄像机HDC-4300和台高清摄像机P1，其机位分布见图1，各机位的配置情况见表1。配合HDC-4300使用了2只UHD-DIGISL-PER86（UJ86×9.3）箱式长焦镜头、8只CJ12×4.3B和1只CJ20×7.8B镜头。相关的承载设备有：1台二维索道高清摄像机系统、1套弧形轨道的ROSS RC电动轨道机器人、1套15 m直轨的ROSS ROBO电动轨道机器人、1套遥控云台Egripment 120VR，1套含有Z轴旋轉功能的5m摇臂、1套提供虚拟功能5m的TK53LVR虚拟摇臂和2套固定虚拟机位。

2.2参数调整

在布置好摄像机机位后，通过DSC（Datacolor SpyderCheckr）调色卡进行色彩调校，精准地还原色彩。首先，使用11灰阶功能，进行R、G、B三路信号的一致性基准调整，包括黑平衡、白平衡、GAMMA曲线调整、底电平调整等。其次，使用24彩色及4肤色色块功能进行色彩及肤色校正。具体流程如下。

（1）黑平衡调整。黑平衡对于摄像机的色彩还原起着很重要的作用，摄像机拍摄纯黑物体时，即景物对光的反射率少于3%或者关闭光圈时，红、绿、篮三路输出的电平为黑色电平。当三路黑色电平相等时，图像呈现的黑色为纯黑色；如果三路黑色电平不相等，则图像的黑色部分就会出现偏色，造成色彩还原的失真，要减少这种失真，则需要进行黑平衡调整。黑平衡调整的方法有自动和手动两种，按下ABB或者相应功能键，摄像机就会自动关闭光圈执行黑平衡调整。

（2）白平衡调整。白平衡是摄像机色彩还原的基础，只有当白色还原正确了，其他颜色才有可能正常还原。当摄像机拍摄理论上纯白色的物体时，其红、绿、篮三路的输出电平是一致的，则重现的图像为基准白色。然而色温受到镜头内分光镜等光学特性及各通道增益不同的影响，会使红、绿、篮三色的输出的电平不一定相同，重现的白色就会出现偏色，则需要进行调整，使三个通道增益电平相等。白平衡调整的方法很简单，在拍摄场景的标准面光灯光条件下，拍摄灰度卡或白平衡卡，必要时还需要将摄像机设定为与光源色温相近的色温片，调整光圈让信号幅度在全信号幅度的80% - 100%，按AWB，执行自动白平衡调整。

（3）彩色校正。需要在实际拍摄的场景内，用场景的而光均匀的照射在测试卡上，把对摄像系统组合特性有影响的因素全都考虑进去，再进行调整。如果在进行过色彩校正后又对主而光色温进行较大改变，可能会影响到色彩还原。为直观衡量和便于彩色校正，采用了DSC Labs色彩校正卡，按照ITL Rec.709标准色域设置，符合中国高清晰度电视标准。该测试p有24个标准色块以及4个肤色色块，上卜^两行彩色块分别为黄、红、紫、绿、青、蓝六个基本色块，相邻基本色块有三个过渡色框，24个标准色块对应的矢量，构成了一个规则的六边形图案，如图2所示。

调整方法如：镜头中线尽可能直对测试卡（见图3），通过变焦使测试卡充满画面，聚焦清晰，调节光圈，令白电平为100%，黑电平设在0 - 50 mV，观察图像信号的矢量模型，为便于精确设置，设置示波器矢量图增益调整到2倍；打开色彩矩阵，校正并选定了ITL 709色域标准，通过反复调整（R-G）、 （R-B）、（G-R）、（G-B）、（B-R）、（B-G），使6个基本色块填入矢量图对应的矢量色块中，达到标准的六边形矢量波形（见图4）。需要注意的是，对于一个色块系数的调整会对周围色块产生影响，需要反复微调。然后再通过划像对比所有设备的一致性（见图5），待调整完毕后即可储存成为该光线条件下的场景文件。

（4）在以上调整基础上，根据现场环境以及主持人出镜的实际情况，在技术监视器BVM X300上进行主观评价图像微调（微调彩色矩阵参数），达到较好的色彩还原画而效果。对于那些由于机位设置原因实在无法用调色板进行调整的机器，调整其指标参数尽量接近其他摄像机色彩指标。

视频制作系统设置

作为央视春晚的整个视频制作系统的核心，给所有中文频道提供主、备高清节目信号（HD PGM），为外语频道提供主、备无字幕高清信号（ HD CLEANPGM），为四个分会场提供主、备一1高清节目信号（ME4 PGM），为后期提供主、备不带直播标的高清节目信号（ME5 PGM）。2018年在高清电视直播的同时，还同步制作4K超高清版的春晚电视节目，通过后期上传至央视专区供具有4K观赏条件的电视观众欣赏。整个视频系统提供的视频服务见图6。

央视春晚4K电视节目制作过程大致如下：4K记录服务器收录来在摄像机的4K HDR信号以及上变换的包含嵌入音频的高清无字幕版节目信号（ HD CLEANPGM）；4K合成服务器从切换台串行接口读取Pp级切换信息、叠化时间以及时间码，将3种信息合成为内部的XML表。所有设备通过BB同步进行对齐，4K合成服务器通过M络将4K记录服务器记录的内容和自身的XML表进行融合，合成4K版高动态范围的春晚节目信号（4KHDR CLEAN PCJM）；4K播放服务器再读取该文件用于即时重放以及提供给HDRC. 4000殁时F变换成4K版标准动态范围的春晚节目信号（4K SDRCLEAN PGM）。

为J，更好地发挥超高清摄像机的性能，同步完成好高清制作和超高清节目，经过与SONY工程师的学习交流，在制作过程中引入了SONY HDR LIVE的工作方式。由于SLOG3曲线的特性，会使高清信号和4K信号存在1- 1.5挡的光圈差，通过调整光圈控制杆率先保证4K HDR画面得到充分曝光，再对高清信号通过增益进行曝光同步控制，2018年央视春晚设置的增益达到了-9dB。

本次升级改造中新增的两台HDRC-4000格式转换器，采用双通道的设计，具备从4K HDR到HD SDR的各种视频信号的格式实时转换的能力，在此次工作中发挥了巨大作用。2018年央视春晚制作中，使用一台HD RC-4000用于将HD CLEAN PGM上变换成4K HDR CLEANPGM，用于弥补高清虚拟信号、高清插播信号、高清四地信号等在4K PGM编辑中缺失的遗憾，达到4K PGM和高清PGM内容相同的目的。受到目前播出分发平台的限制，无法直接使用4K HDR素材，利用另一台HDRC-4000将制作好的高清4K HDR 2020色域的PGM信号实时转换成4K SDR 709色域供后期分发平台使用，见图7。

虚拟植入技术自2012年开始已经在央视春晚应用多次。2018年央视春晚画而中的空中悬浮立体灯笼、中国结、福字等（见图8），让视觉效果异常出彩。

此次春晚使用了主备6套虚拟包装设备进行节目制作，见图9；现场在观众席三楼的位置架设了一个高俯机位，在一层设置了一个全景机位和一个虚拟摇臂机位，保证制作的场景更加具有立体感。

由于系统资源的限制，系统没有足够多的本机视频信号和BB同步信号同时提供给6台渲染服务器，只能按照功能进行两两分组，视频及BB同步信号都由主渲染机环出（ LOOP OUT）再援入備机，负责传输云台Pan、Tilt、镜头Zoom、Focus以及摇臂的相关参数的422串行数据线则通过一分二同时提供给主备渲染设备。另外，为保汪传感器工作正常，通过机身的模拟接口及时传回一路BB同步供虚拟云台传感器使用。在监看方而，每一台渲染机的输出都接入到播出控制和制作系统的监视器，方便时刻侦测主备路机器的状态。在摄像返送监看方面，探索把本机信号、加载过渲染图像的本机信号以及PGM返送信号都同时送回到摄像师的寻像器里，通过伺服控制器的不同按键分别进行选择。

结语

2018年央视春晚的制作和播出，也是对4K生产模式的一次探索，同时也是春晚第一次全4KHDR的记录，这样的制作模式使中央电视台一号演播厅生产的4K节目资源得到快速积累。这一方法对于大量的高清演播室，以对系统最小的改动代价，实现高清制作的同时进行同步获取4K PCJM提供了借鉴。

4K HDR的引入，对于电视画而处理有了耳目一新的感受，更加真实、更多的细节、更多的内容；对于灯光、音响、美术、服装、化妆、道具都是更大的挑战。

对于广大传统电视工作者，随着技术的进步，IP技术的融合应用，大量专业知识亟待学习，操作理念、操作方法都需要调整。整个技术团队经过了高清时代的摸索和历练，为今后演播室4K系统改造及节目制作积累了丰富的经验。