5G賦能4K/8K超高清電視制播

王 晶

（中央廣播電視總臺，北京 100789）

0 引 言

在媒體產業的高速成長過程中，無論是廣播網絡或者互聯網傳播，均出現明顯的變化。5G出現后，也投入到媒體視頻領域，給廣電行業的現代化成長創造了更多的機會。從廣電行業角度來講，如何運用5G技術制作出4K/8K的節目，優化大眾的體驗感，會是今后“智慧廣電”的主要方向。

1 電視媒體發展狀態

現如今，國內電視媒體的建設正在由高清（High Definition，HD）往 超 高 清（Ultra High Definition，UHD）的級別發展，要充分借助5G網絡及其他信息手段，打造4K/8K的超高清形式，促使制播程序持續改進，推進電視媒體及整個媒體行業的現代化成長?，F如今，超高清視頻話題屬于5G技術方面比較關注的問題，而且是5G技術商業應用的亮點。5G提供的低延時、邊緣計算、高速率等，均給超高清視頻的落實提供了優質的技術條件。

從廣電總局的統計資料來看，單就2019年，智慧化廣電是行業的重點建設項目，主動促進媒體融合，開拓新型的業態格局。國內電視媒體的節目制作時間超過345萬小時，而播出時間接近1 951萬小時。常規的電視廣告創造的收益高到998億元，雖然同比有所下降，但其基數依舊不容忽略。同時，新媒體廣告收益也在194億元以上，漲幅超過25%。國內有線電視的安裝用戶規模有超過兩億戶，且高清用戶占比在50%左右，使用智能終端的用戶也達到數千萬戶。對比以往有線電視的情況來看，用戶規模確實在縮小中，而高清及超高清、智能終端的使用者在不斷擴張，相應的付費用戶也在增多。有線電視的網絡項目收益有減少跡象，IPTV及OTT的收益規模在擴大，網絡視聽高收益穩步上升，成為當代廣電領域成長的重點[1]。

2 4K/8K超高清的實現

清晰度提升是電視媒體比較重要的發展目標，實現4K/8K超高清視頻是必然道路。鑒于常規電視廣告獲益規模不斷縮小，且傳統用戶一般還處于高清級別，若想在短期內實現全面的超高清制播，顯然是不具備可行性的。因而，目前應當從改進制播模式入手。

2.1 虛擬切換

在網絡愈發成熟、不斷普及過程中，IP手段的運用范圍持續擴大，而且其交換方式在可靠性、可控性、魯棒性等方面都表現出特殊的優勢。運用IP技術，可以將計算、通信、存儲集約化處理，構成統一的數據服務平臺。4K/8K系統的建設需運用到IP框架，從信號源形成到最終的數據輸出，均基于4K/8K進行制作。利用COTS交換機，改變其葉脊框架，能提升信號處理水平。同時，搭配控制系統，支持全過程管控，方便迅速切換畫面場景。另外，音頻系統同樣要滿足IP化的管控與數據傳輸，要能輸出環繞聲與三維聲。

現階段，國內大多數電視媒體已完成高清轉變，但相應的演播室使用年限較短，基于經濟性的考慮，無法直接拆掉以支持超高清建設。面對此困境，通過IP手段與多通道收錄技術，能為當前的HD演播室創造實現4K的機會。4K的虛擬切換是在高清級別的節目制作過程中，HD切換臺借助Tally把切換時刻與特技形式、信號源數據傳送到4K合成服務裝置中，由其按照接收的資料，制作4K PGM。整個過程的運行機理是：用4K攝像機替代HD設備，可以一同發送HD SDI與4K IP的內容，HD SDI直接連接到HD切換臺，4K IP則經過多通道收錄服務器，由此支持畫面切換與疊畫設置。利用類似的原理，基于4K的虛擬切換開發8K級別的技術。從實際檢測結果來看，4K與HD之間有6 s左右的延時，而8K則對應25 s左右的延時，展現出顯著的可靠性。2017年和2018年，中央廣播電視總臺在春晚運用4K虛擬切換；而在2019年和2020年的春晚中，總臺使該項技術的運用更為豐富。在4K與HD同時運用的方案下進行制播，僅增設4K攝像機與相應的收錄系統、切換系統即可，能讓HD同步制播超高清的電視視頻。該過程要求攝影人員可以靈活應用新裝備，實際的造價投入量只有一千萬元左右。

2.2 IMR運用

電視媒體需要完成節目策劃與技術落實，超高清技術實現后，對電視節目的畫面輸出在諸多方面都提出新的標準。

（1）內容制作。受眾接收到大量的影視作品，風格及各類要求逐漸多元化。

（2）技術制作。作品輸出的畫面在光效、仿真度等方面的標準有所提高，加上媒體行業運行節奏不斷加快，留給前期制作的時間不多，需要從業者能在短時間內制作出高品質的節目。

（3）技術標準。按照電影與電視的相關技術要求，4K/8K級別下，在色彩及幀率等方面，電視節目均要超過電影的品質，這給電視制作程序中的視覺畫面優化帶來新的難題。

為保證超高清畫面的節目品質，可借鑒電影創作方式，應用IMR技術。此制作思路是前后期一體化，綜合計算機視覺、三維聲、人工智能等技術，打造出沉浸式的節目效果，支持動態特效制作，強調視頻與音頻的處理。IMR模式的突出特征為：基于MR技術和動態場景設計，添加畫面效果，提高節目視覺的獨特性，形成在原創模式下的制作格局；改進工藝程序，把后期渲染制作轉移至演播現場，直接進行現場特效處理，促使制播效率提高；集約化管理，通過不同技術手段的有效結合，支持4K高品質的特效處理。

IMR以攝、錄、編等裝置的集約化管控為中心，將實地拍攝與數字化制作、內容切換等實現總體結合，把攝影及音視頻等都集中起來，依托于攝影鏡頭完成整體管控?；诖耍F場拍攝期間，通過深度學習的神經網絡，全過程跟蹤目標對象、識別人物動作，為節目拍攝制作提供統領指導。數字化畫面制作是運用數字雕刻與動態生成特效氛圍等手段，形成物理仿真的畫面內容。此外，內容切換管控需完成所有相關的文件管理及生產，基于分布式架構處理網絡及音視頻[2]。

2.3 虛擬現實

在當前常規的VR全景中，用戶端能夠看到虛擬現實的畫面。在前期采集素材期間，一般會進行畫面拼接，如果現場條件復雜，而且光線角度有明顯不同，會導致接縫處不自然。觀看此類VR視頻畫面時，容易引發不適感。該類VR作品的信號品質不高，不能成為4K的數據源。所以，選擇把虛擬現實和廣播級的制作系統搭配起來，保證該類視頻數據的品質。虛擬網絡交互制作模式（VNIS）會把通過全景攝像機采集的超高清素材，借助5G網絡上傳到包裝渲染引擎，而后將處理后的全景信號與對應演播室的攝像機信號合成起來，得到虛實結合的信號數據，傳送到演播室，使室內人物和外場實景有效交互。利用這種方法，能擴大畫面涵蓋的內容量，根據節目策劃需要進行合成處理，讓人物能夠在不同場景中切換，提升節目的交互程度，帶給受眾全景視頻的畫面。同時，5G技術支持回傳大量視頻流，后方服務器也會先獲取相對高品質的VR資料，借助VNIS切換單元實現同步處理制播。電視節目的音頻制作方面，同時運用VR與普通的話筒，采集各方位的聲音素材以整合成三維聲，讓音視頻保持同步狀態，增強節目的沉浸效果。

2.4 AI技術

2.4.1 AI語音

在原有的電視媒體作品中，視頻字幕處理的工作量較大，而且后期要進行人工配音，導致節目前期制作周期偏長。人機耦合字幕與AI配音制作，在節目制作期間能減少人力投入，并保證字幕的正確性與配音品質，可簡化此環節的制作程序，將字幕與聲音運用到全部畫面場景中。

ASR技術可以把人類語言迅速轉化為文本信息，而在轉化過程中，語言識別是較為關鍵的部分，要求進行不間斷的轉化。隨著移動網絡的發展，數據規模與計算能力也在不斷強化，這使ASR技術得以運用到實際中。

TTS技術可把所有文字內容實時轉變成語音輸出。此合成系統包括前端與后端。其中，前端負責獲取錄入文本對應的語言學數據，包括詞性、多音字及韻律等，傳送至后端。前端處理好的數據利用后端輸出語言波形，完成合成處理。操作人員把文字稿上傳到合成模塊，合成后的資料支持預聽，可調整音量、語速等，把帶有語法層次的數據回傳至后端，通過韻律解析，從音庫內篩選出最適宜的素材，通過調節與拼接制作出音頻。

2.4.2 圖像文字的特征處理

電視節目審核一般利用人工篩選其中不合規的信息，此種審核處理方式有較高的錯誤風險。人工智能技術可以提升分析性能，借助AI篩選出特征內容，完成內容審核及編目，加快兩項工作的推行速度。電視節目審片期間，AI能直接篩選出文本稿中的敏感詞匯與錯別字，并支持基本的瀏覽操作，可集中輸出字幕內容，輔助審片者高效瀏覽字幕。同時，可借助人臉識別技術篩選出敏感人物形象，減輕審片工作量[3]。

2.4.3 AI優化視頻

早期制作影視劇時，受到拍攝裝置與其他技術條件的制約，畫面大多是標清或者高清的畫質。如果直接把這類影視作品投放到超高清電視，會嚴重影響視覺感受。因此，可以應用機器學習等方式，搭配人工修復，優化視頻畫質。AI在該方面的應用技術是先將低分辨率及低幀率的素材通過空間及時間的超分辨處理，結合去噪及對比度調節等方法，提升視頻的畫面品質。

2.4.4 AI結合VR運用

AI結合VR運用的主要作用體現在視覺效果和透視聯系上，利用若干異面屏幕打造出3D的效果，將人物合成于大屏空間處，演播室直接輸出鏡頭中的場景。利用光學系統完成機位全程跟蹤，可直接獲取相應的鏡頭參數資料并傳送至控制端與渲染端，完成畫面的虛實合成，提高畫面整體的自然感。智能化跟蹤目標運動的計劃，可減輕節目表演人員的動作壓力，不用在身上穿戴設計的裝飾便能達到節目策劃的畫面效果。

3 超高清電視制播平臺的建設

中央廣播電視總臺基于5G建設4K/8K的超高清制播平臺，落實創新發展，推進該平臺的建設，以此為依托，使技術格局實現智能化調整，帶領國內5G媒體與超高清的成長。具體的建設內容有：在北京總部與上海的傳媒港布置相關制播系統，落實基于5G的超高清傳送網絡等方面的基礎建設，開發便攜的編碼傳送，按照有關產業標準開發超高清的電視影院系統，針對5G網絡及超高清的檢測系統等。該建設工程的總投入規模達到4.2億元，擬建時長兩年。在此工程建設期間，總臺借助超高清直播發布了相關的重點實驗室，推進科技更新。相關參與方圍繞項目的運用訴求，嚴格執行相關技術要求，進行對應裝置系統的開發。項目全面落成后，會形成5G手段下“云管端”的業務格局，支持超高清電視節目年產量達到一萬小時，同時和總臺、新媒體及電影平臺之間進行全方位連接，促使4K/8K的電視節目得以在不同平臺渠道上進行直播及點播，適應現代化的收視要求[4]。

4 結 語

依托5G技術發展4K/8K電視，應當基于電視媒體的現實技術情況，靈活運用虛擬切換、IMR等技術，將HD與4K/8K結合起來，保障現階段的產能，同時利用AI技術，進一步實現超高清制播，簡化電視節目的制作程序。