超高清電視播出技術探究

陳明培

雖然電視出現到現在還不足百年，但是電視技術卻迅猛發展，電視的畫質更是快速提升，讓觀眾可以享受到更好的視覺體驗[1]。現階段，電視技術仍舊處于高速發展時期，高清技術還未能得以全面應用與普及，超高清技術便已出現，同時其發展態勢更為猛烈。依照電視行業的自身發展規律，結合人們的觀賞需求得出結論，超高清技術必將會取代高清技術，成為電視臺未來發展的方向。

超高清電視出現并得到快速發展，這也展示出了我國電視領域快速發展的態勢，出現這一現象根本原因還是由于電視發展最為核心的要素依舊是畫質，觀眾最需要的還是更加清晰的畫面質量[2]。超高清電視并非是一項獨立的技術，而是涉及到方方面面，它需要應用到各種技術手段，例如，需要應用到超高清信號的處理、傳輸及顯示等相關技術，這也使超高清電視播出系統如何規劃變成了一個無法回避的重要問題。

1 超高清技術應用于電視播出中的優勢

1.1 超清晰的分辨率

4K超清可以達到的分辨率為3 840×2 160，其中一共包含有超過80多萬個像素點，而8K超清電視所達到的分辨率更高，其中包含有超過3 000多萬個像素點。分辨率高就表示電視可以呈現出更為清晰的畫面，同時也可以更好地把細節部分表現出來。

1.2 觀賞距離

電視的觀看距離和電視屏幕大小以及畫面清晰度存在直接聯系，和高清電視對比而言，超高清技術的應用能夠確保各個像素點之間距離進一步減小，可以讓觀眾產生一種滿視野的視覺感受[3]。觀看超高清電視時，觀眾的中心視覺大約是50°左右，此角度范圍是最優化的觀看角度，觀眾觀看電視的最佳距離約為3 m左右。目前4K超高清技術所能呈現的分辨率可以滿足觀眾對于120英寸（1英寸=2.54 cm）電視分辨率要求。

1.3 色彩提升

若僅僅是分辨率有所提升，其實對于觀眾來說其視覺體驗無法得到非常顯著的改善。所以，在發展超高清技術的同時還應將重點放在色域以及色彩的提升方面。通過顯著地提升色彩，以確保觀眾能夠獲得更好的視覺體驗。

2 超高清技術應用于電視播出中存在的問題

現階段，能夠支持4K超高清的相關設備相對較少，很多設備都是剛開始生產，還未能商用化，設備的穩定性也需要進一步檢驗，此外，由于開發新的產品資金投入較多，所以新產品的價格也會相對更高，這對于才完成高清改造的大部分電視臺而言，想要在電視播出之中應用超高清技術，無論在技術方面還是在資金方面等都會面對非常大的壓力。

2.1 傳輸方面

目前，很多電視臺均是采用電纜傳輸的方式。以百通生產的型號為1 694的電纜來看，標清SDI信號的傳輸比特率僅僅為270 MB/s，信號的傳輸距離為超過300 m，而高清的信號傳輸比特率是1.485 Gb/s，信號的傳輸距離還不足80 m。若是想要傳輸超高清信號，所要達到的比特率要超過6 Gb/s。由此可知，超高清信號對于電纜具有非常高的要求。所以現階段絕大多數地方電視臺都不能達到傳輸超高清信號的相關要求，僅僅針對目前一些播出設備進行升級是無法實現播出超高清節目的目標的。

在現有的技術條件之下，要想有效的處理超高清信號輸送問題，可以采用下列方法。 把超高清信號拆分為多路高清SDI信號，在系統之內進行信號的傳輸，在輸出端位置把這些拆分后的信號加以合并處理，使之轉變為超高清信號。這種解決方法會導致大量的資源被占用，需要對系統進一步的擴容處理，這也需要非常多的資金投入才能實現；采用SDI Over IP方式進行信號傳輸，現階段交換機設備信號傳輸的速率高達10 Gb/s，能夠達到超高清信號傳輸穩定需求。

在未來技術不斷發展的過程中，IP流傳輸技術所擁有的穩定性將逐漸增大，其也是今后超高清信號傳輸的發展方向，不過，對于大多數電視臺而言，依舊要構建整套的系統，這也要投入較多的資金。

2.2 數字化播出方面

現階段，電視臺播出方式還是以視頻服務器文件化播出為主。通常，標清文件碼率是12 MB/s，對于單頻道來說，其一天的節目容量變為126.5 Gb，高清文件碼率是50 MB/s，對于單頻道來說，其一天的節目容量變為527.3 Gb，而超高清文件的碼率要遠遠高于高標清的，其文件所占用的存儲容量將會大大增加，此外，為了保證高碼率的節目文件能及時遷移到各級存儲，超高清播出對存儲的讀寫帶寬也提出了更高的要求。

2.3 網絡播出方面

現階段，大部分電視臺節目都采取了網絡送播的方式，節目均會在主干平臺之中傳輸。通常情況下高清素材在不同節點上的直接傳輸速率是15 MB/s～40 MB/s。若是傳輸超高清素材，則其內存比高清素材大得多，若傳輸速率也要隨之提升，便會導致系統負擔進一步增加，系統就有可能出現崩潰問題。而若不改變傳輸速率，則會導致傳輸素材所需時間大幅增加，傳輸時間的增加嚴重時將會導致電視節目不能正常進行播出。因此，想要達到超高清節目網絡的送播，要求應當加大資金投入，對目前主干系統進行進一步的升級與擴容處理。

3 超高清技術在電視播出中的規劃

超高清播出智能運行架構如圖1所示。

圖1 超高清播出智能運行架構

在超高清播出系統之中，包含有統一的技審平臺，這一平臺的作用是匯聚電視臺中所有素材進行審核，審核完成后放入IP播出系統之中，利用IP播出系統發送至全媒體分發系統中。在超高清播出過程中，支持獨立4K頻道、高清頻道、手機頻道以及網絡頻道等。利用全媒體分發平臺，能夠把播出系統所提供的信號轉變為各種碼流，發送至各平臺中。

3.1 超高清播出

采用超高清播出技術能夠讓觀眾感受到更好的視覺體驗，不過，這也會對超高清信號的傳輸帶寬等指標提出更高要求。對于整個電視而言，應當全面考慮電視節目制作儲存、播出分發及終端接收等不同的過程，現階段，超高清播出分發是重點工作，同時也是難點所在。要想確保超高清播出分發，最為重要的是解決好信號傳輸問題。因為超高清文件的分辨率非常高，未經過壓縮處理的4K原始碼流要求的傳輸比特率為12 Gb/s，而目前我國一般高清節目的傳輸比特率為1.5 Gb/s，絕大多數電視臺的電纜和系統能夠支持最高傳輸比特率為3 Gb/s。目前，在超高清播出方面，可以考慮用IP技術實現SDI信號傳播。

3.2 IP化播出

要想達到IP化播出的目標，首要工作是應當確立統一規范的標準，現已制定發布的SMPTE 2022標準，其中所涉及的內容包含了壓縮、無壓縮的視頻傳輸和無中斷保護機制，為超高清信號利用IP技術進行傳輸提供了重要的基礎保障。在IP系統中，還需要有一套精密時鐘系統，確保網絡上的任何節點間能保持同步。SMPTE 2059 PTP采用最優主時鐘算法實現同步，時間同步后，任意兩個子時鐘設備間的時間誤差小于1 μs，能恢復性能良好的頻率和相位基準，使以太網技術所固有的數據傳輸時間波動降低到可以接受的范圍。目前，越來越多的視頻供應商不斷地嘗試利用IP化技術完成信號傳輸，IP矩陣、IP多畫面各種設備開始出現。隨著統一開放標準SMPTE 2110的發布，經過視頻供應商持續的探索，SDI over IP同樣可以和SDI信號一樣得以廣泛的普及和應用，不同廠家設備可以互聯互通，共同構建全新的播出系統。

目前，純IP化播出還有一定難度，將來一段時間IP與SDI混播模式還會存在，但未來發展的趨勢必然是IP化播出。在采用IP化播出后，系統擁有的架構會更加精簡，如果利用40 G光纖網絡，可以同時傳輸25路高清信號或3路12 G超高清信號，這樣便可以節省大量線纜。IP化播出還能夠通過網絡進行資源共享，借助軟件提升系統的生產效率。

3.3 全媒體發布

通過全媒體發布平臺，可以把不同的節目一起發布到有線網絡、衛星、各個網站和移動軟件等平臺之中。由于不同平臺用戶具體的習慣有所差異，所以，在節目發布時間及發布內容方面同樣也要差異化對待，要進一步地進行細化調節。不管是對于電視而言，還是對于PC而言，均應當采取自定義觀看模式，確保用戶能夠依照自身的需求與喜好點播不同頻道，系統還要依照用戶具體行為完成大數據的收集處理及節目推送工作。

4 結語

現階段，高清信號在一定程度上可滿足人們觀看的需求，電視畫面清晰度已有極大的改善，不過，像之前由模擬信號逐漸轉變為數字信號一樣，隨著科學技術不斷發展，人們對超高清信號需求也在不斷增加，超高清播出必定會發展成為將來電視播出的主要形式。

[1]孫蘇川,常健,劉晨鳴,等.超高清電視發展對策研究[J].廣播與電視技術,2017(9):28-32.

[2]但京.國際超高清電視技術動態——日本InterBEE國際廣播設備展觀感及韓國KBS超高清電視計劃[J].現代電視技術,2016(3):44-48,71.

[3]裘鈺.4K超高清電視節目聲音制作技術標準的選擇[J].現代電視技術,2015(10):142-145.