北京广播电视台超高清转播车项目可行性研究.pdf

关键词超高清 转播车系统可行性 技术方案北京广播电视台超高清转播车项目可行性研究 作者 北京广播电视台许沛然本文是在北京广播电视台超高清转播车项目团队前期调研基础上，做出的项目建设可行性研究。着重讨论了北京广播电视台超高清转播系统项目建设的必要性与可行性，并从项目实施层面对技术方案做出进一步阐述与探讨。摘要 一 项目基本情况 1.产业发展情况2017 年中国 4K 超高清电视机产量已经达到 33亿台，占全球 4K 超高清电视机总量的 42%。2018 年，我国超高清电视国内销量占比达到 67%，三大电信运营商 4K 机顶盒用户数达到 1.5 亿。2020 年中国成为全球最大的 4K 电视消费市场。据测算，2022 年我国超高清视频产业总体规模超过 4 万亿元。由此可见，我国超高清视频产业将进入高速发展期。2017 年 11 月，当时的国家新闻出版广电总局发布了关于规范和促进 4K 超高清电视发展的通知。2019 年 2 月 28 日，工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台联合印发超高清视频产业发展行动计划（20192022 年）。这两份 4K 产业发展的指导性文件，充分说明国家把超高清电视的发展提升到了战略高度，是继高清电视之后我国广电产业发展的又一项跨越式工程。2.项目建设总体目标北京广播电视台超高清技术系统建设超高清转播车项目，旨在加快提升北京广播电视台超高清现场制作能力和制作水平，丰富超高清节目内容，为开播的超高清 4K 频道提供相应的技术支撑和人才培养。系统设计上，按照 4K 先行兼顾 8K 的原则，充分考虑融合媒体制播能力，扩展业务领域，对接台内业务，服务新型融合媒体业务。按北京广播电视台技术发展规划要求，北京广播电视台将建设相对完整的超高清制播体系，具备一定的超高清节目生产能力，为超高清频道提供技术支撑和保障。3.项目主要内容按照北京广播电视台节目需求即实际使用场景，包括大型季播类综艺节目、大型赛事转播、奥运会转播技术参考等为系统设计基础框架。系统采用 IP 架构，4K 超高清内容制作的同时兼容 HD 高清业务，满足环绕立体声的声音制作能力，采用文件化记录方式，与台内后期制作相适应，适配融合媒体发展。二 项目建设的必要性与可行性 1.项目实施必要性北京广播电视台一直以来在首都文化建设、传播时代声音的任务中扮演着重要角色，在中国改革开放的每一个重要时刻，在首都建设的每一个瞬间都留下了足记。2019 年新中国成立 70 周年国庆、2021 年中国共产党成立 100 周年以及 2022 年北京冬奥会等一系列重大活动和时间点，不但是国家政治经济的重要里程碑，也是广播影视发展和新技术应用的重要节点，北京广播电视台应把握机遇，为进一步推动北京地区超高清业务发展做出努力。Advanced Television Engineering107超高清与 IP 化是近年来广播电视行业的技术热点，同时也基本代表广电技术今后数年的发展方向。北京广播电视台在前期进行一系列相关学习，并通过对设备、系统方面的了解及试用，积累了经验。目前，随着设备与技术的不断丰富与成熟，技术标准日趋完善，设备选型范围增大，超高清 IP 化电视转播车系统已经进入实用阶段，中央广播电视总台及部分省市台已先后搭建各自的超高清 IP 化电视转播车和演播室，开始相关节目制作。鉴于以上情况，北京广播电视台建设超高清IP化电视转播车系统时机已经成熟，既可以通过实际系统的建设和使用进一步掌握相关技术、锻炼技术队伍，又可以满足现阶段多媒体、多类型节目录制需求。综上所述，开展“北京广播电视台超高清技术系统建设超高清转播车项目”是上级领导的要求，是首都人民文化需求和北京广播电视台业务发展的需要，也是技术发展的必然，是推动北京超高清产业链发展的一个重要组成环节。2.项目实施可行性据不完全统计，截至 2019 年全国已有超高清制作系统近60个。例如，上海文广新闻传媒集团（SMG）的 16 讯道超高清转播车（2016 年交付使用）、湖南广播电视台24讯道超高清转播车（2016年交付使用）、浙江广播电视总台 32 讯道超高清转播车（2018 年交付使用）、体奥动力控股子公司 TVLB 锐驰转播的两辆 28 讯道超高清转播车、腾讯公司 32 讯道超高清车（2019 年交付使用）等。北京广播电视台超高清技术系统的建设，既是满足新时期技术发展规划的重要步骤，更是北京广播电视台自身发展的迫切要求。同时，近年来北京广播电视台密切跟踪国内外电视行业发展态势，对超高清电视内容采集、制作、播出、分发等各个环节都有了全新的认识。经过精心准备、反复推敲、数易其稿，充分考虑各种因素，形成北京广播电视台超高清技术系统建设超高清转播车项目设计方案。方案从设计理念、技术发展、设备选型、实施施工等各环节入手，吸收以往项目建设经验，借鉴近年其他电视台类似项目的成功案例，有充足的把握可以掌控项目实施，可以保证项目顺利实现各项既定目标。三 项目建设方案 本项目拟建设的 4K 超高清 IP 架构转播车，满足奥林匹克转播公司（以下简称 OBS）对于 4K 超高清A 类制作系统的技术要求，同时符合北京广播电视台实际需求和未来可能的使用场景。系统核心设备采用各厂家最先进的主流产品，从拍摄、切换制作、录制、监看、分发等各环节提供全面超高清（4K）HDR 制作流程并兼容现有 HD SDR。音频系统要求支持 5.1制作，同时充分考虑 IP 与传统制作相结合，能提供音视频完整解决方案。1.系统建设目标超高清制作系统发展迅速，从早期的 43G 模式向 IP 化发展。建设 IP 架构的超高清、兼容高清的4K 超高清转播车系统，在推进制播业务全面高清化基础上，为超高清节目的现场制作业务提供支撑，加强超高清节目素材储备，规范超高清节目现场制作流程，熟悉超高清节目制作特点并制定相应技术规范。该系统将支持超高清与高清节目的混合现场制作。（1）业务目标通过建设超高清 IP 电视转播车系统，可以完成超高清节目的现场制作，满足台内迫切的超高清节目录制需求。目前台内大型转播车承担北京广播电视台春节联欢晚会、北京电影节开闭幕式等大型节目和活动的现场转播及一些大型季播节目的录制，未来超高清节目制作会不断向大型化、复杂化（4K HDR/HD SDR 同播）进行发展。此转播车设计需满足 OBS 对于参与奥运电视公共信号制作的 A 类电视转播车的配置要求，同时作为融合媒体现场制作核心，支持融合媒体业务，服务更多媒体介质。该系统同时向下兼容现有高清资源，也能够完成高清节目的现场制作1。（2）技术目标此次建造的超高清转播车系统将采用全新 ST 2110 的 IP 化基础架构，支持 12G SDI 基带处理，主要包括 24 讯道现场制作系统和音频制作系统。系统具备超高清制播能力，并兼容高清制作和融合媒体处理与分发。支持高动态范围 HDR 和宽色域 BT.2020等技术标准，满足环绕立体声的声音制作能力，可接入全景声,实现高质量 4K 超高清节目制作。中心技术SYSTEM TECHNOLOGY1082.设计方案此次建造的超高清 IP 化电视转播车系统，既考虑技术先进性，实现超高清节目的现场制作，又兼顾现有高清设备兼容性，可利用原有高清资源实现现场制作，还可以两者兼顾进行超高清和高清节目的混合现场制作，并适配融合媒体处理与分发。（1）系统框架4K超高清转播车系统由摄制、切换、录制、音频、收录等部分组成。摄像机采集的视频信号经现场制作系统切换、处理后，以IP或12G信号格式输出或回传，用以满足直播需求；多通道数字录像机收录的各讯道信号以及音频收录设备录制的多轨音频数据，以文件化的格式记录。系统核心为多格式切换台和媒体控制数据交换单元，所有视频信号在进出切换台和交换单元时均进行IP 化传输和处理，没有 IP 接口的设备通过转换板卡进行基带信号与 IP 信号的转换。这样，新的 IP 化设备与旧有基带信号设备和其他多媒体设备可在统一的IP 化环境中共同使用。该系统可实现超高清、高清以及两者混用条件下的节目现场制作2。音频系统满足环绕声/立体声的声音制作能力，具备音频全系统的 IP 监控方式，并可与视频系统进行 IP 信号和传统基带信号的对接。（2）主要设备构成此次建设的超高清 IP 化电视转播车系统,包括超高清摄像机讯道、IP 化制作核心系统、高动态范围和宽色域校正、超高清录制服务器、慢动作视频服务器、通话系统、同步和时钟系统、监看及周边设备等模块、融合媒体设备、音频调音台及其周边。超高清摄像机：20 个完整功能的超高清 EFP摄像机，带 IP 和 12G 基带接口；2 个高速超高清EFP 摄像机和 2 个无线超高清 EFP 摄像机。讯道数量和类型设定，符合 OBS 对于 A 类转播车的定义，即不少于 18 讯道的转播系统；满足北京广播电视台新闻、体育、文艺类大中型节目转播与制作，符合相关节目制作的技术要求；超高清摄像机镜头：为满足各类电视节目对于特殊镜头的需求，本系统拟采用 12 套 2/3 英寸 4K 广播级中焦标准镜头、6套2/3英寸4K广播级广角镜头、4 套 2/3 英寸 4K 广播级长焦镜头、4 套 2/3 英寸 4K广播级超大倍率箱式镜头。各类镜头均配有相应的拍摄支架；IP 化制作核心系统：核心由切换台、数据交换单元、信号转换设备等构成，所有基带信号统一变换成 IP 信号后参与制作，数据交换单元替代传统的矩阵完成信号调度功能。基于 SDN 技术实现对各功能模块的设置与调试。12G SDI 基带矩阵作为信号调度模块的补充和备份，保障安全播出。系统兼容超高清和高清节目的分别录制和混合录制；超高清录制服务器：2 套超高清节目录制存储服务器，实现文件化存储，支持主流多格式。4 套慢动作视频服务器，兼容超高清和高清格式的输入输出，1系统框图Advanced Television Engineering109参考文献：1 王婕妤.4K 超高清转播车设计与建设思考 J.现代电视技术,2020(07):47-50+56.2 孙培.IP 化视频制作系统构架及实现方式的探索 J.现代电视技术,2020(06):59-65.3 谭阳.4K HDR 制作系统进行 HD SDR 制作流程介绍 J.现代电视技术,2020(03):56-59.2融合媒体分发示意图既可以在节目制作中完成素材编辑与播放，也具备节目收录能力；高动态范围和宽色域校正：配备相关设备实现HDR 与 SDR、2020 与 709 等技术标准的色彩调整与校正；通话系统：配备满足需求的有线和无线通话设备，保障各工位间的相互配合与调度；同步和时钟系统：同步具备主备倒换能力，支持 PTP；时钟除可以 GPS 授时外，还可以通过外部EBU TC 时间码授时；监看及周边设备：配备少量超高清监视器、示波器，大量监看采用高清监视器完成。配备满足功能需求数量的各种信号转换、处理板卡和单机设备；融合媒体设备：配备满足功能需求数量的各种信号转换、处理板卡和单机设备，实现对融合媒体、互联网等业务的支撑；音频系统：满足 4K 节目制作需求，具备环绕声节目制作能力和三维声节目的通过能力，并能实现对直播节目的多轨录制。需具备完善的主、备音频系统，音视频数据交互支持 AoIP 技术。系统要具备灵活的模块化、良好的扩展性、资源的有效利用等特点；配备人机交互性友好的管理监控软件，能够对系统内所有 AoIP 设备进行路由配合及管理。（3）HDR/SDR 现场制作4K HDR 和 HD SDR 同播制作方案：在制作 4K超高清节目的同时，使用 4K 信号下变换获取高清信号，可同时获得 4K 超高清和 HD 高清节目信号。系统支持 HDR/SDR 信号的上下变换：SDR 信号可上变换 HDR 信号，HDR 信号也可下变换 SDR 信号。调光环节，考虑到 HDR 监视器/WFM 的成本和人眼的特性（不能长时间观看高亮度信号），主要在 HD SDR 环境中基于 SR（SCENE REFERRED）模式实施色彩调整。具体方案是：摄像师和调光师在各自工位监看 HD SDR 信号，视频技术主负责和节目总导演在各自工位通过 HDR 监视器可监看 HDR信号。通过色彩校正设备（HDR/SDR 转换器），设置相应的参数，可以单独设置同一台摄像机的 HDR和 SDR 的输出信号增益差以及黑底偏移值，实现同时兼顾 SDR 和 HDR 的画面调整效果。基于同一场景下，所有 HDR 和 SDR 摄像机的主观感受达到一致（接近），实现 HDR/SDR 的平衡显示效果3。（4）融合媒体功能系统具备多种格式外来信号的接入能力，包括HD SDI 信号、通过 4 路 3G SDI 进行传输的 4K 基带信号、单路 12G SDI 基带信号，以及基于 SMPTE ST 2022-6 标准的 HD IP 信号、基于 SMPTE ST 2022-7和 ST 2110 的 4K IP 信号等。在节目信号的输出环节，同样支持 PGM 信号用以上格式进行分发。同时，充分考虑广播电视与融合媒体业务的需求，在节目制作的流程中，适当引入融合媒体转码分发设备，实现节目内容的多渠道拓展。四 结语 北京广播电视台超高清技术系统建设超高清转播车项目建设是贯彻国家广电总局、北京市广电局“十三五”期间广播影视科技发展规划关于规范和促进 4K 超高清电视发展的通知等一系列指导性文件的重要抓手；是落实北京市委领导关于全面推进超高清产业发展相关指示的有效手段；同时也是提升北京广播电视台收视体验，提高电视台影响力、传播力的必然要求。北京广播电视台超高清技术系统建设超高清转播车项目建设技术方案设计合理、技术成熟、实施计划周密，将从根本上提升北京广播电视台乃至北京市新闻宣传工作的技术水平，能够适应新时期党和政府的舆论宣传要求，适配分众化、差异化传播趋势，使北京广播电视台成为具备国内一流水平的内容生产与传播者。4K 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