当前环境下4K播出系统建设思路探讨

唐广言 东台市广播电视台

1. 4K的参数选择及不同环节的格式问题

随着“中央广播电视总台 4K 超高清电视节目制播技术规范（暂行）”的发布和实践，目前各电视台大部分都将4K节目的基本参数定义为4K分辨率，50帧帧率，BT.2020色域, 10bit量化，高动态范围（HDR）采用HLG标准。

在台内信号环节，主流采用无压缩模式，随着12G产品的逐渐成熟和ST2110标准的发布，同轴电缆和光纤成为4K信号在台内传输的主流介质。

在台外信号环节，卫星传输必须采用 AVS2，但该技术在延迟上的问题较大。所以在非卫星场景，光纤直播回传、播出编码送下游有线公司等环节，普遍选择H.265（HEVC）压缩技术。

对录播节目，已经全面文件化。XAVC CLASS 300成为主要的送播交换格式，该压缩格式的码率为500Mbps，是目前高清MXF的10倍。所以对于部分电视台，也可以考虑采用H.265作为交换格式。

2.4K播出系统建设架构的选择

随着 SMPTE 2022-6、SMPTE 2110 等标准的不断完善，使得在全IP环境上建设4K系统成为可能。所以在当前环境下，面对4K播出系统的建设模式，有多种不同的选择，可以采用同轴电缆（4×3G-SDI、12G-SDI），也可以采用 SDI Over IP，那么，这几种建设模式目前的发展现状到底如何？各有什么优点和不足之处？这些是接下来我们需要重点探讨的问题。

2.1 4×3G-SDI的建设模式

目前，国内两个已经落地的 4K 播出系统均采用这种模式。顾名思义，这种方式是采用四条3G-SDI链路来传输一路12G的4K/UHD信号，每根同轴电缆当中跑的都是一路1080P信号，所用的视音频周边产品也是高清时代既有的产品，技术成熟、可靠。

但是这种模式下建设的系统结构比较复杂，设备太多，部署成本高昂，而且4根线传输一路信号，长期运行会遇到同步漂移的问题。需要回到模拟分量时代的管理方式，即每过一段时间，逐个环节检查同步，因此，维护管理会变得更加复杂。

总的来说，4×3G-SDI的建设模式是目前产品最完善、技术最成熟、最容易落地的一种解决方案，但是它的缺点也是比较明显的，特别是在总控环节，这种模式基本上不被接受，因此，随着基带IP技术和12G-SDI技术的发展，4×3G-SDI的建设模式必将被淘汰。

2.2 12G-SDI的建设模式

鉴 于 4×3G-SDI 技 术 上 的 缺 陷， 近 年 来，12G-SDI技术飞速发展。12G-SDI技术的热点在演播室、转播车等现场制作环节，尤其是在轻量化4K现场制作场景中，发展很快。因此，某一些视音频厂商的产品在这个领域成熟较快。

在 12G-SDI技术架构下，信号架构可以完全回到目前大家熟悉的单线同轴模式，而且已经具备了完善的产品线，包括切换开关、切换台、键控器、4x1、多画面，矩阵也可以到144×144以上规模，且性价比较好。

但是 12G-SDI也有一个致命的弱点，那就是传输距离受限，经测试加奈美的L-5.5CUHD同轴视频电缆测试最多只能传输80米，更远距离需要采用光端机，而且跳线环节会引入较大的衰减。

综上所述，在频道规模不大的情况下，又不想太多改变管理模式时，建议采用12G-SDI模式搭建4K播出系统，可以快速上线、架构成熟，性价比较高，而且管理模式可以几乎不变，人员适应成本最低。

2.3 SDI Over IP 的建设模式

由于 IT 技术的飞速发展，IP 的带宽以及传输覆盖的优势已经逐渐进入广电人的视野，随着一系列协议的颁布，基于SDI Over IP架构的播出产品已经慢慢成为各大设备生产商关注的焦点，下面，首先介绍一下基带IP协议的现状。

ST2022-6 ：成熟的协议，解决了嵌入式 SDI信号和IP的封装问题。不需要PTP同步即可工作。但传输4K信号的话，需要＞12G的带宽。4K系统中采用，对带宽和端口会造成压力，不建议使用。

ST2110 ：正在完善协议，已经解决了视频、音频、元数据等数据通过IP进行封装的问题。必须要PTP同步才能工作。传输一路4K信号只需要＜9G的带宽，大量节省带宽。

ST2059 ：定义了视音频 IP 设备如何采用 PTP时钟进行同步。协议本身已成熟。

IS04/05/06：定义了视音频 IP 设备在网络内如何自发现、注册等工作方式，最终服务于统一网络管理的需求。目前只发布了IS04，05、06尚未正式发布。

ST2022-7：实现一个流传输的链路冗余，成熟协议。各厂商基本都支持。

IP 在 4K 系统的建设中具备天然的优势，带宽高，目前可以达到25G、40G、100G。对4K系统来说，25G/40G/100G接口可以很好容纳在ST2110下9Gbps带宽，而且一根光纤复用多个信号，可双向传输，布线更少，物理部署简单，设备占用空间小，而且大量设备可以软件化，系统更灵活，可以做到资源共享。

另外，IP 协议与格式无关 ,基带的 4K、HD、SD，压缩域的TICO、TS等可以在一个交换机内调度，能够很好的适应融媒体时代。

但是，从 SDI向 IP 的转变也是一个艰难的过程。在IP环境下，技术均为IT技术，相对FPGA等硬件，可控性较差。而且SDI时代的所有维护管理习惯、应急操作模式基本全部作废，台内管理人员必须适应全新的工作模式，从SDI时代的信号路由转变为IP时代的信号路由，无法所见即所得，必须依赖软件才能工作。

3.结语

随着广电技术的发展，超高清播出系统的建设将会成为未来几年内播出系统建设的重点。本文介绍了几种主流4K 播出系统建设的优缺点， 4×3G是最成熟方案，但一定会被淘汰，维护难度大，不建议采用；12G-SDI方案，产品进展上有些缺陷，但可以接受，性价比较高，管理维护几乎不变，是目前比较好的一个选择； IP是未来的发展趋势，如果考虑目前开始为未来几年内的IP化做技术积累，就要考虑一定程度降低该频道的安全标准，目前不建议大规模使用。