4K轉播的系統技術與應用

李昕祎

現階段，我國已經嘗試利用4K現場轉播系統技術錄制綜藝節目。和高清標準相比，4K的分辨率明顯有所提升，可以讓畫面細節得到良好展現，讓畫面具有更為鮮艷的色彩空間，進而滿足人們對大尺寸銀幕清晰度的要求。

1 4K技術特點

除分辨率明顯提升外，4K技術特點主要包含兩個方面。第一，高寬容度展現。4K攝像機可以對14檔光圈和以上動態范圍敏感層次進行記錄，同時，民用電視與高端4K監視器具有HDR規格，可以對高光與暗部予以還原，讓色彩更為鮮艷。第二，色域空間更廣。在4K轉播系統技術中，對人眼進行覆蓋的色彩范圍更為廣泛，對于綠色高飽和區域來說，和高清ITU-RBT.709標準相比，ITU-RBT.2020標準的展現效果更好[1]。

2 4K轉播系統技術與應用

2.1 4K現場制作系統

在4K轉播系統技術與應用中，4K現場制作系統占重要地位。和高清系統相比，其實際操作方法并無較大差異，但是在系統設計、技術設備中則較為不同。在4K現場轉播中，采用了3840×2160/50P制作格式，和高清制作格式標準相比具有一定差異；基帶信號帶寬也從過去的1.5Gbps變為12Gbps，數據量得到較大提升。在系統設備中，現階段成熟的視頻BNC接口標準主要為3G-SDI與1.5G-SDI，前者負責傳輸1920×1080/50P高清視頻，后者負責傳輸1920×1080/50i高清視頻，利用3G-SDI，需要使用4根線纜來傳輸一路4K50P信號，這會讓系統線纜負載增大，而利用4根線纜捆綁方式傳輸信號，有可能使信號調度產生安全風險，進而造成信號同步隱患，也就是說，這種方法并不是一種成熟的技術[2]。

4K系統架構發展主要包含兩個主要方向，一是一些廠家所支持的12G-SDI標準，二是很多廠家都推行的系統IP化。系統IP化作為大部分廠家的首要選擇，主要原因是電視臺廣電制作網絡化的普及及后端IP化的完成，轉播系統前后端系統的一致可以讓整體流程效率得到提升，同時，逐漸提升的信號標準、量化比特率與分辨率也會讓傳輸數據量得到提升。在未來發展中，SDI系統將難以滿足IP信號傳輸距離與負載的相關要求。一些廠家之所以支持12G-SDI標準，主要是因為當前IP并沒有達到較高的成熟度。但是，向著IP轉化是必然趨勢，現階段，在世界范圍內已經出現成熟4KIP轉播系統的應用案例，如在里約奧運會，就曾應用此4KIP轉播系統，我國也有用戶開始對4K現場制作系統作出相關規劃。

2.2 4KHDR現場制作技術

在歐洲杯比賽與里約奧運會開幕式、閉幕式中都曾使用4K轉播技術，并開展了HDR高動態范圍直播流程測試，這一測試是央視重點研究的內容。我國一些消費者也購買了可以對HDR功能予以支持的4K電視。為讓HDR信號在4K現場轉播中得到制作、讓用戶電視得到HDR信號傳輸，就需要明確4KHDR現場制作技術與傳輸技術主要特點及相關問題。

就目前來看，我國終端HDR電視主要利用HDR10標準，杜比公司曾提出Dolby Vision技術，在此基礎上可以設計PO（Purchase Order，訂單）曲線，結合我國HDR電視技術能力，可以對其進行調整，進而得到HDR10標準，此種標準可以讓HDR屏幕顯示需求得到滿足。除此之外，4KHDR藍光盤內容的制作也可以得到此標準的支持。里約奧運會開幕式4KHDR轉播主要是利用索尼4K攝像機HDC-4300對BT.2020色域空間、S-LOG3曲線標準4K信號予以輸出，然后利用HDR信號轉換器，可以將其轉化為HDR10標準，實現信號播出。4KHDR電視主要選擇為HDR10，可對于高清SDR標準來說，PO曲線并不能對其予以兼容，需要利用后期相關軟件對其進行再次加工，這有可能對現場轉播效果造成影響,因為這需要制作4KSDR、4KHDR與高清SDR不同的輸出信號源，且需要保證后端可以對相應信號元數據予以準確識別，這種方法固然能讓顯示效果得到保證，但也會讓此過程負擔增加。對此，制作可以對SDR屏幕、HDR屏幕予以兼容的單一信號源是絕佳的解決方法。在實踐中，英國BBC與日本NHK聯合推出HLG標準,可以對SDR屏幕顯示正確亮度得到還原，但在SDR屏幕上，并不能利用HLG標準來對BT.2020色域轉換問題予以有效解決，也就是說，如果是普通電視屏幕ITU-R709標準，就不能讓色彩得到準確重現。

2.3 4K攝像機和鏡頭

4K迅道攝像機的發展是4K轉播系統技術發展中的重要內容。在過去，主要是在高端電視劇作品與電影中會使用4K攝像機，產品的設計思路和數字攝影機發展思路相符。在相關規格上，主要是利用單片成像器件，該器件設計規格主要是在35mm電影膠片基礎上，采用電影鏡頭PL標準作為攝像機鏡頭接口，除此之外，電影級變焦鏡頭與定焦鏡頭也是常見選擇。

在電視轉播過程中，為讓4K攝像機得到合理應用，世界各相關公司均采取了一定的措施，比如，在鏡頭方面，佳能公司與富士公司就利用了電影變焦鏡頭，此變焦鏡頭裝置有電視鏡頭標準伺服器，利用數字伺服手柄，可以讓攝像師推拉變聚焦控制電影鏡頭；在攝像機方面，索尼公司就做出了將光纜轉接模塊加裝在4K數字攝影機PMW-F55之上的設計，進而讓遠距離的4K信號傳輸得以實現。此種技術可以讓4K電影機的使用要求降低，在使用方式上，其和傳統迅道攝像機的使用大致相同。在4K轉播系統技術的實際應用中，如在2015年央視春晚的4K拍攝過程中，就采用了6臺F55訊道攝像機，拍攝效果相對較好。

35mm極淺鏡頭景深可能會讓畫面出現聚焦，電影鏡頭為滿足便攜要求，其往往具有較小的變焦范圍，這可能會讓4K轉播的系統技術的應用出現問題，很難將其應用在體育賽事轉播、綜藝轉播之中。對此，相關廠家設計了4K訊道攝像機，該攝像機符合2/3英寸標準，如草谷LDX86、索尼HDC-4300，在這些攝像機中，均利用了B4鏡頭接口。為讓4K分辨率效果得到發揮，如富士公司、佳能公司就推出了B4接口電視鏡頭，該鏡頭符合4K標準，如便攜鏡頭、大倍率箱式鏡頭等，此種4K訊道攝像機可以讓傳統電視節目制作需求得到完全滿足。如在里約奧運會賽事、歐洲杯賽事中，就曾在4K轉播中應用了2/3英寸4K攝像機，讓4K制作拍攝、制作工作得以完成。

3 結語

和高清標準相比，4K轉播技術具有明顯優勢，4K現場制作系統、4KHDR現場制作技術、4K攝像機和鏡頭是4K轉播系統中的關鍵技術，在技術發展中，一些問題已經得到了有效解決，但是，也有一些技術需要得到進一步改進，對此，需要進一步加大4K轉播技術科研力度，解決當前4K轉播技術的應用問題，推動4K的普及，以提升觀眾視覺體驗。

[1]楊言.4K轉播系統技術與應用探討[J].現代電視技術,2017(2):76-78.

[2]李世萍.4K超高清節目制播探索和實踐——江蘇廣電總臺4K新技術研究和應用[J].現代電視技術,2015(3):50-55.

[3]李衛祖,施劍平.淺談4K轉播系統設計[J].現代電視技術,2014(11):63-65,105.