高清兼容4K制作方案的技术要点

目前来看，高清进入4K时代仍需要一段时间，中国中央电视台新址建设了4K高端制作岛1和超高清制作岛两个系统，用于4K相关技术的预研和功能验证。4K高端制作岛1是为解决前期拍摄与后期制作流程的衔接，解决高低码率自动化套片与素材自动挑选上载、RAW编辑和压缩编码编辑。超高清制作岛用于实现节目的快速制作。

1 设计思路和技术要点

1.1 设计思路

4K电视节目采集方面包括演播室直播/录播、转播车直播/录播和前期ENG（Electronic News Gathering电子新闻拍摄）为主的三种形态，特别是演播室和转播车直播/录播形态，是为4K频道积累节目的重要手段，建设的两个制作岛前期主要应对ENG素材与后期制作流程，随着新址演播室的4K改造，制作岛将加入演播室录制节目的制作流程（见图1）。

图1 制作岛与录制节目制作系统的衔接

1.2 技术要点

为了实现高清兼容4K的生产模式，演播室系统原有的高清系统完全保留，通过有限的改造与技术开发，确保高清兼容4K的可行性。目前主要解决的技术问题（见图2）如下。

（1）高性价比的4K收录服务器；

（2）高清/4K环境统一的授时系统或各自域内统一的授时系统；

（3）基于高清PGM切点产生4K PGM Clean版；

（4）“快编立出”与带切点的4K时间线精编；

（5）基于高清PGM的字幕对位。

图2 主要解决的技术问题

2 技术功能点验证

2.1 高性价比的4K收录服务器

4K收录服务器的状况与高清类似，目前少量国外厂商可以提供专有硬件，设备成本高达上百万，支持双通道收录。央视联合国内厂商，总结高清多通道收录服务器的开发经验，提前着手4K多通道收录服务器的开发，实现单台PCServer 2路4K信号的收录能力，并实现4K SDR与HDR的支持，极大地降低了每通道的收录成本，使4K多通道收录成为可能，确保了高清融合4K生产模式下技术方案的可行性。

2.2 高清/4K环境或各自域内的统一授时系统

现阶段演播室的高清信号处理系统提供了统一授时，确保切换台可以正常工作，有效保障各收录服务器记录的视频时间码的一致性。国产的4K收录服务器虽然采用PC Server平台，但作为一个专业视频设备，可以使用演播室授时信号。

由于中国采用的高清格式与4K帧速率不同，现有授时系统按时:分:秒:帧授时，因此，需要对4K收录服务器自动进行帧速率的倍频，提高系统的适配能力。

高清演播室系统设计时，通常剩余端口数量有限，国产4K收录服务器同时考虑到了演播室不能提供授时情况，系统同样具备内部授时功能，确保各服务器记录的素材时间码的同步。国产4K收录服务器利用IT技术的NTP服务，确保各服务器本地时间的一致性，即服务器记录素材时，取服务器的本时时间码即可获得收录群组内的时码，实现更高精度的时间同步。这也是针对高清融合4K过渡阶段采用PC Server国产4K视频服务器的解决方案一。

2.3 基于高清PGM切点产生4K PGM Clean版

4K PGM合成服务器在演播室录制或直播过程中，记录当前时间下演播室切换台选用的通道信息，并记录不同通道切换的推子延时信息，达到镜头切换及转场的解析。在收录完成后，根据通道信息读取各收录服务器素材，按照高清切换台的切换，拼接出4K PGM Clean版本的PGM，从而解决演播室现实存在的4K PGM产生的问题。传统AV设备采用RS232/422通信，而多通道收录解决方案通过IT技术，有效解决了AV方案存在的难题。4K PGM合成服务器与收录服务器相同，可采用多种授时方案，收录服务器与合成服务器采用内部授时方案。PGM成品节目合成通过相对时间码即可实现拼接，与演播室原有授时完全无关。4K摄像机信号下变换、切换台切换延时、音频信号加嵌、信号上变换都会产生延时，测试过程中进行了高清PGM与4K PGM的对比，产生了4/50帧的延时，通过服务器解析及后续拼接处理，画面延时得以精确调整。同时也方便地使用首个4K通道进行音频加嵌，PGM合成时自动铺放首个通道的音轨作为PGM音频轨道，产生带声音的4K PGM Clean版。

2.4 “快编立出”与带切点的4K时间线

高清融合4K方案下，可沿用原有主备PGM和单挂的录播节目“快编立出”方案，对部分切换有问题的镜头进行简单替换，即可将高清PGM 90%以上内容实现一致性的4K成品用于融合媒体的播出，可以快速积累4K内容。

各通道收录素材是完整的，是后续实现精编方式的必要条件。4K PGM合成服务器解析Tally切换点，具备PGM生成功能，同时也具备不产生PGM而提供时间线交换格式（见图3）的能力，由非编引入交换格式，自动套用各轨道信息，产生带剪辑点的4K PGM，用于节目的精细编辑。

图3 4K时间线

2.5 基于高清PGM的字幕对位

合成服务器生成的4K PGM Clean版成片，不包含字幕。4K多通道收录系统配备的高清PGM收录通道，在内部形成闭环。“快编立出”或精细编辑模式，以系统内部的高清成品为参照，不依赖原有的演播室网关传输高清PGM。

引入高清PGM主要用于虚拟、外来高清信号的替换，可以在非编直接上变换，画质与演播室硬件上变换质量相同（见图4），减少了演播室AV设备的配备，降低成本。

图4 非编与硬件上变换质量比较

高清PGM同时用于字幕在4K PGM的对位，在中央电视台系统已完成了字幕工程文件交换规范的制定。演播室高清PGM的字幕工程文件提供给制作岛，岛内继承字幕内容与时间点，并适应到4K时间线，参照高清PGM的字幕上屏的首句时间点进行对准，全部字幕位置即可在4K版对位成功（见图5）。

图5 在4K版上对位字幕

3结束语

高清融合4K的生产方式适配电视台现阶段的制作需求，是高性价比的解决方案，为向4K生产方式过渡奠定了基础。

节选自《演艺科技》2017年第11期 罗新艳《高清兼容4K制作方案的技术要点及应用》，转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

延展阅读