5G赋能4K/8K超高清电视制播

王 晶

（中央广播电视总台，北京 100789）

0 引 言

在媒体产业的高速成长过程中，无论是广播网络或者互联网传播，均出现明显的变化。5G出现后，也投入到媒体视频领域，给广电行业的现代化成长创造了更多的机会。从广电行业角度来讲，如何运用5G技术制作出4K/8K的节目，优化大众的体验感，会是今后“智慧广电”的主要方向。

1 电视媒体发展状态

现如今，国内电视媒体的建设正在由高清（High Definition，HD）往 超 高 清（Ultra High Definition，UHD）的级别发展，要充分借助5G网络及其他信息手段，打造4K/8K的超高清形式，促使制播程序持续改进，推进电视媒体及整个媒体行业的现代化成长。现如今，超高清视频话题属于5G技术方面比较关注的问题，而且是5G技术商业应用的亮点。5G提供的低延时、边缘计算、高速率等，均给超高清视频的落实提供了优质的技术条件。

从广电总局的统计资料来看，单就2019年，智慧化广电是行业的重点建设项目，主动促进媒体融合，开拓新型的业态格局。国内电视媒体的节目制作时间超过345万小时，而播出时间接近1 951万小时。常规的电视广告创造的收益高到998亿元，虽然同比有所下降，但其基数依旧不容忽略。同时，新媒体广告收益也在194亿元以上，涨幅超过25%。国内有线电视的安装用户规模有超过两亿户，且高清用户占比在50%左右，使用智能终端的用户也达到数千万户。对比以往有线电视的情况来看，用户规模确实在缩小中，而高清及超高清、智能终端的使用者在不断扩张，相应的付费用户也在增多。有线电视的网络项目收益有减少迹象，IPTV及OTT的收益规模在扩大，网络视听高收益稳步上升，成为当代广电领域成长的重点[1]。

2 4K/8K超高清的实现

清晰度提升是电视媒体比较重要的发展目标，实现4K/8K超高清视频是必然道路。鉴于常规电视广告获益规模不断缩小，且传统用户一般还处于高清级别，若想在短期内实现全面的超高清制播，显然是不具备可行性的。因而，目前应当从改进制播模式入手。

2.1 虚拟切换

在网络愈发成熟、不断普及过程中，IP手段的运用范围持续扩大，而且其交换方式在可靠性、可控性、鲁棒性等方面都表现出特殊的优势。运用IP技术，可以将计算、通信、存储集约化处理，构成统一的数据服务平台。4K/8K系统的建设需运用到IP框架，从信号源形成到最终的数据输出，均基于4K/8K进行制作。利用COTS交换机，改变其叶脊框架，能提升信号处理水平。同时，搭配控制系统，支持全过程管控，方便迅速切换画面场景。另外，音频系统同样要满足IP化的管控与数据传输，要能输出环绕声与三维声。

现阶段，国内大多数电视媒体已完成高清转变，但相应的演播室使用年限较短，基于经济性的考虑，无法直接拆掉以支持超高清建设。面对此困境，通过IP手段与多通道收录技术，能为当前的HD演播室创造实现4K的机会。4K的虚拟切换是在高清级别的节目制作过程中，HD切换台借助Tally把切换时刻与特技形式、信号源数据传送到4K合成服务装置中，由其按照接收的资料，制作4K PGM。整个过程的运行机理是：用4K摄像机替代HD设备，可以一同发送HD SDI与4K IP的内容，HD SDI直接连接到HD切换台，4K IP则经过多通道收录服务器，由此支持画面切换与叠画设置。利用类似的原理，基于4K的虚拟切换开发8K级别的技术。从实际检测结果来看，4K与HD之间有6 s左右的延时，而8K则对应25 s左右的延时，展现出显著的可靠性。2017年和2018年，中央广播电视总台在春晚运用4K虚拟切换；而在2019年和2020年的春晚中，总台使该项技术的运用更为丰富。在4K与HD同时运用的方案下进行制播，仅增设4K摄像机与相应的收录系统、切换系统即可，能让HD同步制播超高清的电视视频。该过程要求摄影人员可以灵活应用新装备，实际的造价投入量只有一千万元左右。

2.2 IMR运用

电视媒体需要完成节目策划与技术落实，超高清技术实现后，对电视节目的画面输出在诸多方面都提出新的标准。

（1）内容制作。受众接收到大量的影视作品，风格及各类要求逐渐多元化。

（2）技术制作。作品输出的画面在光效、仿真度等方面的标准有所提高，加上媒体行业运行节奏不断加快，留给前期制作的时间不多，需要从业者能在短时间内制作出高品质的节目。

（3）技术标准。按照电影与电视的相关技术要求，4K/8K级别下，在色彩及帧率等方面，电视节目均要超过电影的品质，这给电视制作程序中的视觉画面优化带来新的难题。

为保证超高清画面的节目品质，可借鉴电影创作方式，应用IMR技术。此制作思路是前后期一体化，综合计算机视觉、三维声、人工智能等技术，打造出沉浸式的节目效果，支持动态特效制作，强调视频与音频的处理。IMR模式的突出特征为：基于MR技术和动态场景设计，添加画面效果，提高节目视觉的独特性，形成在原创模式下的制作格局；改进工艺程序，把后期渲染制作转移至演播现场，直接进行现场特效处理，促使制播效率提高；集约化管理，通过不同技术手段的有效结合，支持4K高品质的特效处理。

IMR以摄、录、编等装置的集约化管控为中心，将实地拍摄与数字化制作、内容切换等实现总体结合，把摄影及音视频等都集中起来，依托于摄影镜头完成整体管控。基于此，现场拍摄期间，通过深度学习的神经网络，全过程跟踪目标对象、识别人物动作，为节目拍摄制作提供统领指导。数字化画面制作是运用数字雕刻与动态生成特效氛围等手段，形成物理仿真的画面内容。此外，内容切换管控需完成所有相关的文件管理及生产，基于分布式架构处理网络及音视频[2]。

2.3 虚拟现实

在当前常规的VR全景中，用户端能够看到虚拟现实的画面。在前期采集素材期间，一般会进行画面拼接，如果现场条件复杂，而且光线角度有明显不同，会导致接缝处不自然。观看此类VR视频画面时，容易引发不适感。该类VR作品的信号品质不高，不能成为4K的数据源。所以，选择把虚拟现实和广播级的制作系统搭配起来，保证该类视频数据的品质。虚拟网络交互制作模式（VNIS）会把通过全景摄像机采集的超高清素材，借助5G网络上传到包装渲染引擎，而后将处理后的全景信号与对应演播室的摄像机信号合成起来，得到虚实结合的信号数据，传送到演播室，使室内人物和外场实景有效交互。利用这种方法，能扩大画面涵盖的内容量，根据节目策划需要进行合成处理，让人物能够在不同场景中切换，提升节目的交互程度，带给受众全景视频的画面。同时，5G技术支持回传大量视频流，后方服务器也会先获取相对高品质的VR资料，借助VNIS切换单元实现同步处理制播。电视节目的音频制作方面，同时运用VR与普通的话筒，采集各方位的声音素材以整合成三维声，让音视频保持同步状态，增强节目的沉浸效果。

2.4 AI技术

2.4.1 AI语音

在原有的电视媒体作品中，视频字幕处理的工作量较大，而且后期要进行人工配音，导致节目前期制作周期偏长。人机耦合字幕与AI配音制作，在节目制作期间能减少人力投入，并保证字幕的正确性与配音品质，可简化此环节的制作程序，将字幕与声音运用到全部画面场景中。

ASR技术可以把人类语言迅速转化为文本信息，而在转化过程中，语言识别是较为关键的部分，要求进行不间断的转化。随着移动网络的发展，数据规模与计算能力也在不断强化，这使ASR技术得以运用到实际中。

TTS技术可把所有文字内容实时转变成语音输出。此合成系统包括前端与后端。其中，前端负责获取录入文本对应的语言学数据，包括词性、多音字及韵律等，传送至后端。前端处理好的数据利用后端输出语言波形，完成合成处理。操作人员把文字稿上传到合成模块，合成后的资料支持预听，可调整音量、语速等，把带有语法层次的数据回传至后端，通过韵律解析，从音库内筛选出最适宜的素材，通过调节与拼接制作出音频。

2.4.2 图像文字的特征处理

电视节目审核一般利用人工筛选其中不合规的信息，此种审核处理方式有较高的错误风险。人工智能技术可以提升分析性能，借助AI筛选出特征内容，完成内容审核及编目，加快两项工作的推行速度。电视节目审片期间，AI能直接筛选出文本稿中的敏感词汇与错别字，并支持基本的浏览操作，可集中输出字幕内容，辅助审片者高效浏览字幕。同时，可借助人脸识别技术筛选出敏感人物形象，减轻审片工作量[3]。

2.4.3 AI优化视频

早期制作影视剧时，受到拍摄装置与其他技术条件的制约，画面大多是标清或者高清的画质。如果直接把这类影视作品投放到超高清电视，会严重影响视觉感受。因此，可以应用机器学习等方式，搭配人工修复，优化视频画质。AI在该方面的应用技术是先将低分辨率及低帧率的素材通过空间及时间的超分辨处理，结合去噪及对比度调节等方法，提升视频的画面品质。

2.4.4 AI结合VR运用

AI结合VR运用的主要作用体现在视觉效果和透视联系上，利用若干异面屏幕打造出3D的效果，将人物合成于大屏空间处，演播室直接输出镜头中的场景。利用光学系统完成机位全程跟踪，可直接获取相应的镜头参数资料并传送至控制端与渲染端，完成画面的虚实合成，提高画面整体的自然感。智能化跟踪目标运动的计划，可减轻节目表演人员的动作压力，不用在身上穿戴设计的装饰便能达到节目策划的画面效果。

3 超高清电视制播平台的建设

中央广播电视总台基于5G建设4K/8K的超高清制播平台，落实创新发展，推进该平台的建设，以此为依托，使技术格局实现智能化调整，带领国内5G媒体与超高清的成长。具体的建设内容有：在北京总部与上海的传媒港布置相关制播系统，落实基于5G的超高清传送网络等方面的基础建设，开发便携的编码传送，按照有关产业标准开发超高清的电视影院系统，针对5G网络及超高清的检测系统等。该建设工程的总投入规模达到4.2亿元，拟建时长两年。在此工程建设期间，总台借助超高清直播发布了相关的重点实验室，推进科技更新。相关参与方围绕项目的运用诉求，严格执行相关技术要求，进行对应装置系统的开发。项目全面落成后，会形成5G手段下“云管端”的业务格局，支持超高清电视节目年产量达到一万小时，同时和总台、新媒体及电影平台之间进行全方位连接，促使4K/8K的电视节目得以在不同平台渠道上进行直播及点播，适应现代化的收视要求[4]。

4 结 语

依托5G技术发展4K/8K电视，应当基于电视媒体的现实技术情况，灵活运用虚拟切换、IMR等技术，将HD与4K/8K结合起来，保障现阶段的产能，同时利用AI技术，进一步实现超高清制播，简化电视节目的制作程序。