5G+4K/8K超高清制播示范平台演播室SDN系统及应用

【摘要】随着科技的飞速发展，5G通信技术与超高清视频技术的融合已成为媒体行业的重要趋势。在这一背景下，5G+4K/8K超高清制播示范平台应运而生，它不仅代表了当前媒体技术的最前沿，更是未来媒体行业发展的重要方向。本文概述了平台的背景、建设目标及主要内容，详细探讨了演播室SDN系统的基础架构、实施策略以及该平台在IP化4K无压缩信号管理、超高清视频内容制作与分发等方面的应用，希望为媒体行业的未来发展提供参考。

【关键词】5G；4K/8K；超高清制播示范平台；演播室SDN系统

中图分类号：TN929" " " " " " " " " " " " " "文献标识码：A" " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.23.013

5G技术以高速度、低延迟和大连接数的特性，为超高清视频的实时传输提供了可能，而4K/8K超高清技术则以细腻的画面表现和丰富的色彩层次，为观众带来了前所未有的视觉盛宴。当这两者结合时，便催生了“5G+4K/8K超高清制播示范平台”这一创新项目，该项目通过构建先进的超高清制播系统，实现了电视节目从制作到播出的全程超高清化，极大地提升了观众的收视体验。本文围绕5G+4K/8K超高清制播示范平台演播室SDN系统及应用展开了深入探讨，希望能够推动超高清视频技术的广泛应用与媒体制播效率的提升。

1. 5G+4K/8K超高清制播示范平台概述

1.1 平台背景与建设目标

为了积极响应国家关于加快5G网络建设和应用推广的战略部署，同时推动超高清视频产业的高质量发展，中央广播电视总台牵头承担了“5G+4K/8K超高清制播示范平台”项目，其目标在于打造一个集5G通信技术与超高清视频技术于一体的先进制播平台，通过技术创新和应用示范，引领我国5G媒体行业应用和超高清产业快速发展。具体而言，平台旨在实现基于5G技术的“云管端”全新业务模式，形成年产10000小时的超高清节目制作能力，并全面对接总台电视、新媒体、电影平台，实现4K/8K超高清电视节目在各平台的直播、点播，从而满足人民群众日益增长的高质量收视体验需求，而且该平台还将依托总台超高清视音频制播呈现国家重点实验室开展科技创新，参与单位将聚焦项目应用需求，完成5G+4K/8K相关系统设备的研制，并制定国家或行业技术标准，为超高清视频产业的标准化、规范化发展贡献力量[1]。

1.2 平台主要建设内容

1.2.1 5G+4K/8K超高清制播系统

5G+4K/8K超高清制播系统是整个示范平台的核心，集成了先进的超高清视频采集设备、高性能编辑制作工作站以及智能化的内容管理系统。通过采用高分辨率的4K/8K摄像机进行现场拍摄，结合高效的视频处理算法和编辑软件，实现超高清视频内容的快速制作与包装，同时系统支持5G网络环境下的远程协作与云制作，提高了制作效率与灵活性，确保了超高清视频内容的高质量输出。

1.2.2 5G超高清业务传输网络

依托5G网络的高带宽特性，构建专用于超高清视频传输的高速通道，该网络不仅支持大容量的超高清视频数据流实时传输，还具备低时延、高稳定性的特点，确保了超高清视频在直播、点播等场景下的流畅播放体验。

1.2.3 便携式5G+4K/8K直播编码传输系统

为满足户外直播、移动报道等灵活需求，开发了便携式5G+4K/8K直播编码传输设备，该系统集成了超高清编码器、5G通信模块与电池供电系统，能够在各种环境下实现超高清视频的实时编码与传输，为新闻采集、体育赛事、文艺演出等提供了便捷的直播解决方案。

1.2.4 AVS2/AVS3标准超高清电视影院直播系统

基于我国自主研发的AVS2/AVS3超高清视频编码标准，构建了兼容性强、效率高的超高清电视影院直播系统，它不仅支持高清到超高清的平滑过渡，还优化了编码效率与图像质量，为用户带来更加细腻、逼真的视觉享受，同时通过推广AVS标准的应用，促进了我国超高清视频产业的自主可控发展[2]。

1.2.5 5G和超高清相关测试体系

为了保障平台各系统的性能与稳定性，建立了全面的5G和超高清视频测试体系，其中涵盖了网络性能测试、视频质量评估、编解码效率对比、系统兼容性验证等多个方面，通过科学的测试方法和严格的测试标准，为平台的技术研发、产品迭代及行业应用提供了有力的技术支撑，推动了超高清视频技术与5G融合创新的持续发展。

2. 演播室SDN系统基础与架构

2.1 SDN技术简介

软件定义网络（Software Defined Networking，SDN） 是一种革命性的网络架构和管理方法，它通过将网络控制平面与数据转发平面分离，实现了网络资源的集中管理和灵活调度，其核心思想在于将传统网络设备中的控制逻辑提取出来，集中到一个中心控制器中，从而使得网络管理变得更加高效、灵活和可编程[3]。在5G+4K/8K超高清制播示范平台中，SDN技术的应用为超高清视频内容的制作、传输和播放提供了强有力的网络支撑。

2.2 演播室SDN系统硬件架构

演播室SDN系统的硬件架构主要包括SDN控制器、网络设备以及相关的服务器和存储设备。SDN控制器是整个系统的核心，负责网络资源的集中管理和调度，它通常基于高性能的服务器平台，运行专门的SDN控制软件，通过开放的接口（如OpenFlow）与网络设备进行通信。网络设备包括交换机、路由器等，它们负责数据平面的处理和转发，根据SDN控制器下发的指令进行数据包的转发和路由。为了支持超高清视频内容的制作和播放，演播室SDN系统还需要配备高性能的服务器和存储设备，用于存储和处理超高清视频数据。

2.3 SDN管控监系统软件架构

SDN管控监系统软件架构是演播室SDN系统的关键组成部分，它实现了网络资源的集中管理、监控和调度，该软件架构通常包括以下几大模块：①网络管理模块负责网络设备的配置、状态监控和故障处理；②资源调度模块根据业务需求和网络状态，动态分配和调整网络资源，监控与分析模块对网络流量、性能指标等进行实时监控和分析，为网络优化和故障排查提供依据；③安全策略模块则负责网络的安全防护和策略配置，确保网络的安全稳定运行。这些模块通过协同工作，实现了演播室SDN系统的高效管理和运维。

2.4 SDN与IP演播室系统的逻辑关系

在5G+4K/8K超高清制播示范平台中，SDN与IP演播室系统之间存在着紧密的逻辑关系。SDN为IP演播室系统提供了灵活、高效的网络支撑，通过SDN的集中管理和调度，IP演播室系统可以更加便捷地获取和传输超高清视频内容，提高了制作效率和播放质量。

IP演播室系统作为超高清视频内容的制作和播放平台，对网络资源的需求日益增加，而SDN的引入正好满足了这一需求，为IP演播室系统提供了丰富的网络资源和灵活的网络配置选项。

SDN与IP演播室系统的结合还促进了超高清视频技术与网络技术的深度融合，推动了媒体行业的创新与发展。具体来说，SDN的可编程性和灵活性使得IP演播室系统能够更加轻松地实现超高清视频的实时传输、远程协作和云制作等功能，从而提升了整个制播流程的效率和质量。

3. 演播室SDN系统实施策略

3.1 系统设计与规划

在5G+4K/8K超高清制播示范平台演播室SDN系统的设计与规划阶段，需要根据演播室的实际布局和业务流程，设计合理的网络拓扑结构，确保超高清视频信号能够高效、稳定地传输，并结合SDN技术的优势，规划出控制平面与数据平面分离的网络架构，实现网络资源的集中管理和灵活调度。在设计过程中，还需充分考虑系统的可扩展性和兼容性，可以采取模块化设计，使各功能模块相互独立，并预留足够的资源冗余，以容纳未来更多的设备和功能。

3.2 系统集成与部署

系统集成与部署是演播室SDN系统实施的关键环节，在这一阶段需要将SDN控制器、网络设备、服务器、存储设备等硬件设备进行集成，并安装相应的软件系统和应用程序。这一过程中不仅要确保各硬件设备之间的物理连接正确无误，更要注重软件层面的集成，即安装与配置相应的软件系统和应用程序，使得整个系统能够协同工作，同时要采用统一的接口和通信协议，从而实现顺畅的数据交换和通信[4]。在部署环节，需严格遵循前期的系统设计规划，将各设备精准地安置在预定位置，并逐一进行必要的配置与调试工作，确保系统能够按照既定要求稳定运行。

3.3 系统测试与优化

在测试阶段，需要制定详细的测试计划和测试用例，对系统的各项功能和性能进行全面的验证，测试内容应包括网络连通性、带宽利用率、时延、抖动等关键指标以及系统的稳定性、可靠性和安全性等方面，从而可以发现系统存在的问题和不足之处，并及时进行修复和优化。在优化过程中，需要根据测试结果和实际应用需求，调整网络配置、优化资源分配、改进系统架构等，有效提高系统的性能和效率，同时还需要持续关注系统的运行状态和性能指标，及时发现并解决潜在问题，确保系统的持续稳定运行。

3.4 安全管理措施

由于超高清视频内容的制作和传输涉及大量的敏感信息和数据，因此必须采取严格的安全管理措施来保护系统的安全性和数据的完整性。首要任务是构建一套健全的安全策略和管理体系，明确划分不同级别用户的权限与职责，严格限制未授权访问及操作，充分维护系统的安全性，同时还需要采用前沿的加密技术和安全防护手段，确保超高清视频数据在存储及传输环节均得到加密保护，有效防止数据在传输途中被非法窃取或篡改。

4. 5G+4K/8K超高清制播示范平台演播室SDN系统应用

4.1 IP化4K无压缩信号管理

传统演播室系统往往采用基于串行数字接口（serial digital interface，SDI）的信号传输方式，这种方式在传输4K/8K超高清视频信号时存在带宽限制和信号衰减等问题，而IP化信号传输则通过将视频信号封装成IP数据包，在以太网中进行传输，从而突破了传统SDI接口的带宽限制，实现了更高质量的视频信号传输。

SDN系统在这一过程中发挥了重要作用，通过SDN控制器的集中管理和动态配置，IP化4K无压缩信号可以在演播室内部实现高效、稳定地传输。SDN控制器能够实时监控网络状态，并根据业务需求动态调整网络资源的分配，确保超高清视频信号在传输过程中的低延迟、无压缩和高质量，同时SDN系统还支持多路径传输和负载均衡等功能，进一步提高了信号传输的可靠性和稳定性[5]。

在实际应用中，IP化4K无压缩信号管理使得演播室内部的信号传输更加灵活和高效。例如，在大型体育赛事或演唱会等直播活动中，需要同时传输多个超高清视频信号，SDN系统可以根据信号的重要性和实时性要求，动态调整网络资源的分配，确保关键信号的优先传输。

4.2 超高清视频内容的制作与分发

5G+4K/8K超高清制播示范平台不仅支持超高清视频信号的高效传输，还提供了强大的超高清视频内容制作与分发能力，SDN系统在其中发挥了重要作用，通过集中管理和动态配置网络资源，确保了超高清视频内容在制作和分发过程中的高质量和高效率。

在制作阶段，SDN系统可以与视频编码器、解码器等设备进行联动控制，实现视频质量的动态调整和优化。例如，在录制超高清视频时，SDN系统可以根据视频内容的特点和传输要求，动态调整编码参数和码率，确保视频质量的同时降低传输带宽需求，而且还支持多格式视频内容的制作，包括4K/8K超高清视频、高清视频以及多种音频格式等，能够满足不同平台和终端的播放需求。

在分发阶段，SDN控制器可以实时监控网络状态和带宽使用情况，并根据业务需求动态调整分发策略。例如，在大型体育赛事或演唱会等直播活动中，SDN系统可以优先保障关键区域的视频分发质量，同时根据用户需求和观看习惯进行智能分发和推荐，而且还支持跨平台、跨终端的视频内容分发，使得超高清视频内容可以覆盖更广泛的受众群体。

4.3 基于SDN的演播室资源管理与控制

在5G+4K/8K超高清制播示范平台的演播室中，SDN系统还实现了对演播室资源的全面管理与控制。通过引入SDN技术，系统能够实时监测和管理演播室内的各种资源，包括视频信号、音频信号、存储设备、网络设备等，它提供了统一的资源管理平台，使得制作人员可以方便地查看、调度和使用演播室内的各种资源，提高了资源利用效率和制作效率。

同时，SDN系统还支持对资源的灵活配置和动态调整，能够根据实际的制作和播出需求，快速调整资源的分配和使用方式。例如，在制作高峰期，系统可以自动增加存储资源和网络带宽，确保超高清视频信号的顺畅传输和处理。这一应用不仅提升了演播室资源的管理水平，还为超高清视频节目的制作和播出提供了有力的保障。

5. 结束语

通过整合5G技术与超高清视频技术，5G+4K/8K超高清制播示范平台不仅提升了视频制播的效率与质量，更为观众带来了前所未有的视听盛宴。演播室SDN系统作为平台的重要组成部分，通过其灵活高效的网络架构与智能化的资源管理，为超高清视频的制播提供了有力支撑。展望未来，随着技术的不断进步与应用的深入拓展，5G+4K/8K超高清制播示范平台及演播室SDN系统将持续推动媒体行业的创新与发展，进而引领行业迈向更加辉煌的未来。

参考文献：

[1]李晓茜.5G+4K/8K超高清制播示范平台演播室SDN系统及应用[J].现代电视技术，2023（10）：110-113.

[2]赵贵华.中央广播电视总台8K超高清电视制播技术及春晚应用[J].演艺科技，2021（03）：18-22.

[3]中央广播电视总台\"5G+4K/8K超高清制播示范平台\"项目启动[J].现代电视技术，2020（08）：135.

[4]魏佳.4K超高清节目制播质量的控制策略[J].卫星电视与宽带多媒体，2024，21（01）：36-38.

[5]毕江，张宁.北京广播电视台8K超高清制播技术应用实践[J].广播与电视技术，2023，50（05）：44-50.

作者简介： 姜涛（1975—），男，北京人，工程师，研究方向：新闻直播演播室IP化发展、4K/8K超高清/新闻演播室摄像机调整。