4K 超高清演播室的設(shè)計與應(yīng)用

4K超高清演播室的設(shè)計與應(yīng)用吳挺毅

（溫州市廣播電視傳媒集團(tuán)，浙江溫州325000）

0引言

伴隨著技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，4K超高清節(jié)目制播逐漸成為廣播電視媒體發(fā)展的趨勢。《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃》提到，截至2022年底，全國廣播、電視綜合人口覆蓋率達(dá)到99.38%和99.59%，全國直播衛(wèi)星戶戶通用戶1.47億戶，全國有線電視實際用戶2.07億戶，全國已有高清（HighDefinition，HD）電視頻道750個，4K超高清頻道6個，全國有線電視高清用戶超過1億戶[1]。這組數(shù)據(jù)表明，我國在4K超高清節(jié)目制播方面尚處于初級階段，在數(shù)量和范圍等方面都存在一定的局限性。鑒于4K超高清節(jié)目制播技術(shù)的逐步成熟，廣播電視媒體尤其是地方廣播電視媒體開展4K超高清節(jié)目直播實踐，已然成為趨勢和要求。正因如此，規(guī)劃中明確了到“十四五”末，全國地市級以上廣播電視臺基本實現(xiàn)高清播出，省級以上廣播電視臺基本具備超高清制播能力的目標(biāo)。對于地方廣播電視媒體而言，4K超高清節(jié)目制播的重點和難點在于4K超高清演播室的設(shè)計與應(yīng)用。解決了超高清演播室建設(shè)的問題，就相當(dāng)于完成了節(jié)目制播的關(guān)鍵性任務(wù)。

14K超高清演播室的設(shè)計方案

4K超高清演播室是在通盤考慮電視節(jié)目制作流程的基礎(chǔ)上，將各個環(huán)節(jié)流程劃分為若干個有機(jī)組成單元，并在各單元系統(tǒng)的核心設(shè)備切換臺設(shè)置足夠多的輸入輸出路數(shù)，預(yù)留功能完備的接口板，便于后期的升級、擴(kuò)展和級聯(lián)使用。在演播室系統(tǒng)的整體設(shè)計上，遵循簡單易懂、方便靈活、易于操作的原則?？傮w來看，4K超高清演播室主要由視頻制作系統(tǒng)、視頻制作支持系統(tǒng)以及其他周邊系統(tǒng)三個單元構(gòu)成[2]。

1.1視頻制作系統(tǒng)

視頻制作系統(tǒng)是4K超高清電視節(jié)目制作的關(guān)鍵系統(tǒng)，主要由攝像系統(tǒng)、信號切換與調(diào)度系統(tǒng)、大屏互動展示系統(tǒng)、超高清非編系統(tǒng)以及收錄系統(tǒng)等五個部分組成。

1.1.1攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)包括攝像機(jī)及控制單元、鏡頭、支撐系統(tǒng)等攝像類部件和系統(tǒng)，是電視節(jié)目要素獲取的主要依托。在攝像機(jī)選擇方面，可重點考慮選擇諸如松下生產(chǎn)的AK-UC4000MS4KHDR等專門用于演播室節(jié)目錄制的攝像機(jī)產(chǎn)品。該類攝像機(jī)一般有4個訊道，搭載有大型4K圖像傳感器。為了保證攝像機(jī)使用的靈敏度，演播室設(shè)計還加入了攝像機(jī)控制單元與基帶處理器單元。其中，基帶處理器單元通過光纖接收攝像機(jī)發(fā)射的信號，并與攝像機(jī)控制單元連接。這種設(shè)計方式可以保證攝像機(jī)同時輸出4K高動態(tài)范圍（HighDynamicRange，HDR）與高清標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍（StandardDynamicRange，SDR）信號，使4K與高清制作實現(xiàn)兼容。攝像系統(tǒng)中的鏡頭系統(tǒng)主要配備若干臺4K超高清鏡頭，以滿足多角度攝像的需要。支撐系統(tǒng)則主要是為保證攝像機(jī)穩(wěn)固性而選擇的三腳架和搖臂等設(shè)備，主要用于對攝像機(jī)進(jìn)行靈活的控制和操作[3]。

1.1.2信號切換與調(diào)度系統(tǒng)

信號切換與調(diào)度系統(tǒng)，是4K超高清視頻制作系統(tǒng)的核心所在，其主要承擔(dān)的功能是各類信號的介入和切換。在系統(tǒng)中，主要配置有MULTIFORMATVIDEOSWITCHERHDS-8D多格式超高清切換臺和功能強(qiáng)大的切換面板。其中，多格式超高清切換臺可以支持12GB-SD信號和IP信號的接入，為4K與HD兩種不同節(jié)目制作模式的應(yīng)用提供信號接入支持。同時，調(diào)度系統(tǒng)中使用了全功能一體機(jī)。這種具有觸屏控制功能的一體機(jī)，實現(xiàn)了全媒體雙屏導(dǎo)播臺的集成化設(shè)計，使原來分散的演播室功能設(shè)備得到了集成化的配置，達(dá)到了一機(jī)多能的效果。在一體機(jī)的支持下，不僅可以實現(xiàn)信號靈活切換的目的，同時也滿足了演播室進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)直播、云媒體交互、嘉賓連線、多通道錄制等功能需求，同時還具備部分后期節(jié)目編輯處理的功能，為大型超高清全場景節(jié)目的制作提供了支持。在演播室的整體調(diào)度方面，信號切換與調(diào)度系統(tǒng)采用矩陣的方式對信號進(jìn)行調(diào)度，并對信號情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和備份，從而保證信號調(diào)度的高效性、安全性。除此之外，系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備還在電源、基準(zhǔn)信號輸入等方面進(jìn)行了冗余配置，提升了4K超高清演播室運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.1.3大屏互動展示系統(tǒng)

大屏互動展示系統(tǒng)主要用于滿足演播室內(nèi)的超高清畫質(zhì)展現(xiàn)。該系統(tǒng)配備新奧特Graphite-U石墨大屏互動展示系統(tǒng)，具有超高分辨率輸出的特點，可以實現(xiàn)4K、8K甚至更高的自定義分辨率要求[4]。在不同分辨率下，系統(tǒng)提供了超高的視頻處理能力，能夠支持本地視頻文件的導(dǎo)入和實時播放。同時，系統(tǒng)還可以支持諸如AVI、MOV、MP4、MPG、YUV等多種壓縮或者無壓縮的視頻格式文件。

1.1.4超高清非編系統(tǒng)

超高清非編系統(tǒng)是用于4K超高清內(nèi)容后期非線性編輯的系統(tǒng)類型，其除了具有先進(jìn)的編解碼技術(shù)和渲染引擎以外，還可以實現(xiàn)超高清音視頻內(nèi)容的全流程制作。同時，非編系統(tǒng)在交互設(shè)計和用戶體驗設(shè)計等方面進(jìn)行了更好的提升，不僅可以滿足4K超高清電視節(jié)目的后期剪輯，同時還可以為頻道欄目的包裝以及專題片、紀(jì)錄片、廣告片的制作與編輯提供諸多的方案參考。

1.1.5收錄系統(tǒng)

收錄系統(tǒng)為每臺錄像機(jī)進(jìn)行單獨(dú)的錄制，并為每個錄制通道配備足夠大的存儲空間，用于超高清音視頻素材的存儲和記錄。

1.2視頻制作支持系統(tǒng)

視頻制作支持系統(tǒng)，是為4K超高清演播室提供視頻制作支持的系統(tǒng)，其主要配合視頻制作系統(tǒng)的運(yùn)行。該系統(tǒng)除了保持有原來系統(tǒng)所有的通話系統(tǒng)、畫面分割系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)等外，還增加了監(jiān)測系統(tǒng)、同步系統(tǒng)等新的系統(tǒng)構(gòu)建。其中，監(jiān)測系統(tǒng)主要是對4K超高清演播室的整體運(yùn)行情況進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)視與監(jiān)測。該系統(tǒng)通常由幾組安裝在墻體上的監(jiān)視器組成。通過這些監(jiān)視器可以監(jiān)看PGM、PVW信號，并對采用高動態(tài)范圍HDR節(jié)目制作時的圖像質(zhì)量進(jìn)行評價。同步系統(tǒng)用于提供同步信號，主要采用主、備加自動切換的同步模式運(yùn)行，由若干臺同步信號發(fā)生器和同步倒換器組成[5]。

1.3其他周邊系統(tǒng)

其他周邊系統(tǒng)主要是圍繞4K超高清演播室運(yùn)行和質(zhì)量保證而配置的相關(guān)硬件、軟件內(nèi)容。其中，比較典型的是音頻系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)。演播室的音頻系統(tǒng)主要以專業(yè)的數(shù)字調(diào)音臺為核心進(jìn)行布置，配置有高質(zhì)量訪談話筒、擴(kuò)聲通話系統(tǒng)等。燈光系統(tǒng)主要根據(jù)4K超高清演播室的場景布置情況進(jìn)行設(shè)計，主要使用LED平板燈、聚光燈等，打造集成化的專業(yè)演播室燈光系統(tǒng)[6]。同時，演播室采用LED新型光源進(jìn)行布光，以提高演播室燈光配置的合理性。

24K超高清演播室的主要技術(shù)特點

相較于傳統(tǒng)的演播室而言，4K超高清演播室在功能、技術(shù)性能等方面都有明顯的特點和優(yōu)勢。結(jié)合當(dāng)前4K超高清演播室的設(shè)計與應(yīng)用情況來看，超高清演播室主要有如下幾方面的技術(shù)特點。

2.1電視節(jié)目制作IP化

在設(shè)計與應(yīng)用過程中，4K超高清演播室的系統(tǒng)主要采用了高標(biāo)準(zhǔn)、高科技含量的4K設(shè)備，這些最新的設(shè)備為電視節(jié)目IP化制作提供了基本的技術(shù)支持。同時，4K超高清演播室在設(shè)計過程中，充分遵循了ST2110標(biāo)準(zhǔn)，以IP為制作核心，以電視節(jié)目IP化制作為主要落腳點，確保電視節(jié)目制作的能力和效果[7]。

2.2電視節(jié)目制播較高的安全性

4K超高清演播室采用了信號切換與調(diào)度一體化系統(tǒng)。在一體機(jī)的支持下，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)切換臺與4K全媒體導(dǎo)播切換一體機(jī)的科學(xué)搭配與組合，由此具備了較高的安全性能和靈活的信號調(diào)度能力。并且，在系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)中，可以使用4K2M/E切換臺和4K全功能一體機(jī)的物理備份功能，實現(xiàn)雙備份，確保演播室電視節(jié)目制播的安全性和穩(wěn)定性[8]。

34K超高清演播室的應(yīng)用情況分析

如前文所述，目前，我國在4K超高清演播室設(shè)計與建設(shè)方面雖然有一定的成效，但演播室的數(shù)量和類型還比較有限。伴隨著演播室設(shè)計方案的不斷完善和技術(shù)的不斷成熟，4K超高清演播室的應(yīng)用會得到普遍的改善。

就當(dāng)前的4K超高清演播室應(yīng)用情況來看，廣播電視媒體主要利用演播室制作虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）、混合現(xiàn)實（MixedReality，MR）及拓展現(xiàn)實（ExtendedReality，XR）方面的超高清內(nèi)容。同時，還利用演播室系統(tǒng)進(jìn)行融媒體內(nèi)容的制作與播出。也有一些廣播電視媒體結(jié)合4K超高清演播室的功能和技術(shù)優(yōu)勢，打造了超高清演播室IP平臺，使4K超高清視頻的IP化現(xiàn)場制作有了現(xiàn)實的技術(shù)支持。例如，中央廣播電視總臺就借助4K超高清演播室，打造了面向4K超高清的IP化現(xiàn)場制作平臺，為4K超高清電視節(jié)目的IP制作