超高清视频在广播电视工程中的应用

■许昌广播电视台：符江涛

从模拟到数字，从单声道到立体声，广播电视工程随着时间的推移，在多个方面已经实现了质的飞跃。超高清视频是当前以及未来广播电视工程发展的主要方向之一，超高清视频具有更加细腻清晰的图像质量，色彩丰富度进一步提升，能够满足人们愈发多元化的观赏需求。但当前超高清视频技术还未得到全面普及，在推广应用中还存在着信号采集制作、信源压缩编码与传输信道编码等方面的技术壁垒，对此广播电视行业要加强协同，合力攻关，与多个领域展开合作，合力解决广播电视超高清视频全面普及应用中遇到的各种问题，为我国视听产业的发展提供技术支持。

1. 超高清视频在广播电视工程中应用的特点

1.1 超高清播出系统架构

（1）整体思路

4K超高清播出系统由七个子系统组成，包括播出控制系统、总控系统、整备系统、编单系统、传输系统、监控系统和辅助系统，分别负责上载、传输、调取和播出监控等功能需求，提高播出系统的安全性、可靠性和便捷性。播出控制系统负责完成台内外各类信号的交换、调度及监控工作，并与其他六个子系统之间进行业务交互，因此在广播电视工程中，播出控制系统是核心组成部分。播出控制子系统负责节目在各个分场中的分配，包括节目分配情况、节目切换时间等内容，并根据需要完成相关指令的下达。整备子系统提供了多种业务功能，包括素材交互和处理、台标、挂角、跑马、动画、倒计时与图文处理，对素材进行编码命名，生成素材节目单，并将其提前迁移到主备和二备播出视频服务器，构成整个备播过程。编单子系统作为各子系统的中间环节，主要的功能是衔接，并作为信息枢纽，能够高效地编排、校验和审核节目单、广告信息等素材。在节目制作时，可以利用此系统对节目制作情况实施实时监控，并能及时发现问题及时反馈至播出控制系统，确保电视节目安全优质地播出。传输子系统在与编单系统的信号交互中发挥着关键性的作用，它是确保外部联系顺畅的关键节点。信号经由播控系统传输至传输系统，随后被传输系统传递至下游单元。监控子系统具备实时监测设备运行、信号交换、播出状态等功能，通过视音频监控系统图呈现各信号检测点的实时4K图像画面。此外，系统还设定了各种信号异常情况的阈值，以便及时发现异常运行并将报警数据写入数据库，同时发出提示指令。辅助子系统的功能在于进行日志交互，记录系统的运行状态和故障、日志信息，以便及时发现异常情况并向监控系统汇报。

（2）视音频链路

超高清视频播出系统的视音频架构采用3G-SDI基带系统架构，该架构支持4路传输。通过串联单控制All in One视频服务器和末端4×1倒换器，播出控制系统可完成硬盘按规定顺序播出、线路直播、图文混合叠加以及应急切换等多种操作。

1.2 超高清视频制作技术

目前，我国已经掌握了将超高清视频制作技术应用于电视节目播出与传输中的能力，利用该技术，可压缩并编码普通的视频信号，基于视频压缩技术，视频码率可被压缩至一半以上，从而保持视频信号的高饱和度状态，确保其呈现出高清晰度的特征。为了满足超高清视频的播放要求，必须要有相应的技术手段来保证其质量和稳定性。通过对高清视频编码进行压缩，可以实现对普通型视频编码H.246编码的高饱和度码率压缩，达到高清视频信号传输要求，最终呈现完成清晰的超高清视频内容。

1.3 超高清音频制作技术

视频制作离不开音频制作技术模块。随着传统模拟信号向数字化信号的转型，超高清电视音频信号的识别能力得到了显著提升，数字化技术为音频信号的高精度传输和接收提供了强有力的支持。为了保证超高清全媒体平台中音视频内容的清晰度，需要采用数字信号处理方法进行视频音频制作。基于数字信号转置技术，广播电视信号系统能够将原本分散的超高清电视音频信号转化为模块化分布的音频信号，使超高清电视音频信号的信息承载密度得到提升，合成超高清的音频信号。

2. 超高清视频在广播电视工程中应用的意义

2.1 优化超高清视频编码结构

在广播电视工程中的超高清视频制作时，必须特别关注视频编码结构的优化调整，以确保其发挥最佳性能。超高清视频的压缩率会受到超高清电视编码不同组合方式的直接影响，因此为了提升超高清全媒体播放系统的整体性能，必须要保证超高清电视编码技术的灵活性。此外，视频编码结构也会对超高清电视视频信号的切割组合产生独特的影响。基于此，在目前的超高清视频制作中，提出了一种四叉树结构编码方法，基于四叉树的编码结构原理进行视频编码的压缩和递归计算，可以有效地保障超高清电视视频信号单元块的结构完整性和稳定性。在构建HEVC电视视频编码结构时，要对视频信号的失真率做到精准控制。做好信号捕捉，实现对视频编码单元信息的高精度定位。为了保证超高清电视系统中各个帧之间保持良好的连续性和一致性，需要对每个高清视频信号进行准确高效的分析与计算并把握其对应的数据特征。同时还要将各个单元结构块进行合理划分与组合。确保这些单元结构块保持相对稳定性。

2.2 核对超高清视频帧内预测编码

视频信号帧内预测编码技术包含高效率视频编码与传统的H.264编码技术，这两种编码方式都采用了运动矢量块匹配算法进行图像分割处理，并根据像素之间的相关性来确定下一宏块位置信息。相较于H.264编码技术，HEVC即高效率编码技术在帧内预测编码方面呈现出更为突出的优越性。HEVC能够预测35种帧内编码，而H.264编码技术仅有27种帧内预测编码。帧内预测可以减少视频数据块之间冗余信息的干扰，提高视频图像质量。随着帧内预测编码的增加，高清视频信号的稳定性和输出的平滑度也随之提高，从而有效降低视频信号断帧的风险，使用户获得更清晰的图像画面和更好的观看体验。H.264编码技术在普通电视机视频信号传输中的应用存在编码处理不够平滑的问题，导致信号的清晰度相对较低。为了保证超高清电视节目播放过程中的流畅度，就需要对帧内预测编码方式进一步优化，以实现对帧内预测编码的精确计算和详细比对。同时要保证超高清码流视频数据的质量，以提高其整体图像显示效果。

2.3 调整适应超高清视频的环路滤波

利用环路滤波器进行滤波处理，能够有效地消除输出电压信号中的“噪声”干扰，从而保证整个环路系统的清晰度和稳定性得到进一步提升。在开发超高清视频技术时，应采用平滑的动态型环路滤波调整策略，以最大化高清视频编码容量为目标，计算高清视频信号的压缩率。唯有如此，才能使超高清电视视频信号中的“噪声”彻底消除，不受其他杂乱信号的干扰影响。HEVC环路滤波是一种常用的信号过滤技术，它采用了自适应环路滤波器来实现信号的高效过滤和处理。这类环路滤波器的技术基础模式可归纳为两类，一种滤波器模式以像素为中心，另一种则以区域为中心。无论是哪种滑动滤波器，均可高质量完成超高清视频的解压处理，保证HEVC编码的平滑与稳定。

2.4 整合超高清电视平台服务架构

在推进超高清电视技术的研发和应用中，应特别注重构建和整合超高清电视平台的服务架构，提高服务质量和用户体验。建立以IP城域网为核心的高清电视平台以及基于云计算平台的超高清电视节目制作与播出系统，实现超高清电视信号传输到用户端的功能。在此平台上，超高清电视信号得以实现多元组合，有效分类内容分发、媒体资源重整和运营服务等，拓展出不同的业务层次和技术应用场景，使得超高清电视信号得以及时接收、转播、制作、调整和整合。此外，还需要对节目素材、设备设施和系统环境以及用户终端等进行相应的配置，并通过各种技术手段来实现与超高清电视相关的功能开发和应用。

3. 超高清视频在广播电视工程中的应用实践

3.1 打造超高清电视直播体系

随着广播电视工程技术的持续创新，超高清电视直播体系正在逐步完善，利用技术有优势推动传统技术模式的转型，为建立完善的超高清电视直播体系奠定了坚实的基础。利用5G技术、4K/8K等技术，可优化超高清视频的视觉呈现效果，逐步减少影响因素。我国超高清电视直播体系的进一步完善，得益于中央广播电视台打造的5G+4K/8K超高清直播示范平台，在该平台的建设中，应用了大量先进技术，并为各项先进技术的应用提供了坚实的基础设施支持。基于AVS2/AVS3标准的超高清电视影院直播系统和便携式5G+4K/8K直播编码传输系统等技术优势，全面推进超高清视频技术的创新与发展。在节目制作方面要加强与新媒体的融合，充分利用互联网和大数据的作用，促进传统广播电视行业向数字时代转型升级，从而更好地服务于人民群众的日常生活需求。

3.2 超高清视频节目制作

借助VR技术、5G技术以及4K/8K技术等前沿技术，提升广播电视制作技术水平，优化整体节目效果，为观众带来更好的视听享受。在湖南卫视制作的一档竞技类相关节目中，采用了8K与VR相结合的节目制作模式，观众可以享受到360°自由视角的云拍体验，同时还能通过技术优势实现虚拟与现实的无缝连接，营造身临其境的感受。此外还能够通过多种方式结合，让观看者感受到更多视觉上的冲击，从而获得更加丰富的感官享受。此外，在制作相关节目时，超高清视频技术也可用于特效制作。河南广播电视台的《洛神水赋》节目巧妙地将AR技术、VR技术、5G技术和超高清视频技术融合，实现了舞蹈元素和古典文化元素完美结合，可为观众带来高清沉浸式的观赏体验，使节目的艺术效果得到大幅提升。

3.3 超高清视频传输

应用网络传输技术，可以对超高清视频产业中的处理环节进行优化，对输出加密、编码输入、纠错以及重传等多个方面进行改善，优化上下行链路带宽、时延抖动、传输时延，提高超高清节目播出效果。在实际运行过程中，需要根据用户需求合理选择不同类型的网络媒介。在5G网络传输应用的过程中，存在两种不同的输出方式，一种是通过空口输出，另一种是通过专线输出。在超高清视频广播电视直播中，运用先进的技术手段，可推动行业融合发展，包括体育赛事直播、两会直播、春节联欢晚会直播等，为观众带来非凡的视觉享受。直播作为超高清视频的主要实践方向，是推动广播电视视听产业链条发展关键途径之一，借助5G和8K全链路技术的优势，强化整体视觉效果，在先进技术的带动下，推动行业全面繁荣发展。利用技术满足需求，整合现有资源，加速广播电视云制播平台功能优化，基于云制播平台录制相关节目，为观众带来源头上的4K纯享版舞台。利用超高清视频广播电视传输技术，对平台的功能性进行优化，实现直播的云端化和服务的远程化，为观众带来更好视觉体验，同时降低整体服务成本。

3.4 超高清视频智能识别

在转播重大体育赛事、节日晚会、重大会议和商用付费节目等方面，超高清视频智能识别技术的应用不会因为某些用户的硬件缺陷而影响用户的收看体验。此外，对于运营人员而言，在原有的频道表和授权规则基础上，即可为用户提供更加全面的技术服务，使用户对广播电视服务的满意度得以提升，增强用户黏性和市场竞争能力，为超高清视频的商业化运营提供技术保障。

4. 结束语

超高清视频具有更加细腻清晰的图像质量，色彩丰富度进一步提升，能够满足用户愈发多元化的观赏需求。在广播电视工程中应用超高清视频开发与制作技术，能够促进传统广播电视行业向数字时代转型升级，为广大人民群众提供更加优质新型的广播电视服务。