國產(chǎn)廣播級8K EFP攝像機系統(tǒng)冬奧直播應(yīng)用解析

丁雪玲 石 亮

（1.中央廣播電視總臺，北京 100000；2.國家廣播電視總局廣播電視科學研究院，北京 100000）

2022年2月4 日至20日整個北京冬季奧運會期間，中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）帶領(lǐng)國內(nèi)相關(guān)企業(yè)，運用全國產(chǎn)8K超高清攝像機系統(tǒng)，圓滿地完成了8K信號的直（轉(zhuǎn)）播工作。在總臺直播組的指導與指揮下，國家速滑館（冰絲帶）現(xiàn)場架設(shè)的國內(nèi)唯一完全符合總臺各項技術(shù)指標的、由華光影像科技有限公司自主設(shè)計研制、生產(chǎn)的8K EFP超高清攝像機系統(tǒng)，通過了奧林匹克廣播服務(wù)公司（OBS）的技術(shù)檢測。

在近20天的直播過程中，國產(chǎn)UDCAM-9000型EFP攝像機系統(tǒng)不僅完美地完成了8K直播任務(wù)，而且其呈現(xiàn)的細節(jié)豐富、美輪美奐的影像效果，得到了OBS、NHK等國際電視同行的贊揚。在北京冬奧會的舞臺上，華光全國產(chǎn)8K EFP攝像機系統(tǒng)，終于實現(xiàn)了中國產(chǎn)品在廣播級前端攝像設(shè)備領(lǐng)域從無到有的突破，也是總臺高舉自主知識產(chǎn)權(quán)大旗，以國際領(lǐng)先的超高清音視頻制播技術(shù)開始在全球進行超越、領(lǐng)跑的開端。本文首先介紹的是總臺8K超高清節(jié)目制作的標準與要求，其次分析的是按照該標準進行的8K直播的安全可靠性情況，在此基礎(chǔ)上闡述總臺在“5G+4K/8K+AI”應(yīng)用探索方面的重要意義，及其對我國廣電科技創(chuàng)新的重要作用。

1.應(yīng)用基礎(chǔ)：總臺8K超高清電視節(jié)目制作標準

視頻是圖像呈現(xiàn)和信息傳播的重要載體。根據(jù)相關(guān)報道，個人內(nèi)容消費者網(wǎng)絡(luò)流量的80%以上和行業(yè)應(yīng)用流量的70%以上都是視頻數(shù)據(jù)。當前的視頻技術(shù)正從高清向超高清（HD TO UHD）、從4K向8K跨越，具有國際先進水平的8K超高清技術(shù)，只有依托先進的系列技術(shù)標準，才能在中央廣播電視總臺“百城千屏”推廣活動中，在全國30多個城市100多塊超高清大屏上，落地播出總臺8K超高清頻道的2022年春晚、北京冬奧會賽事等相關(guān)節(jié)目內(nèi)容。

總臺技術(shù)團隊在深入研究國際標準、國家標準的基礎(chǔ)上，率先提出了我國超高清視頻制作的全套技術(shù)規(guī)范，涵蓋視頻采集、制作、傳輸、呈現(xiàn)各個環(huán)節(jié)。在攝像端，8K圖像清晰度為7680x4320，是4K超高清的4倍，而且須達到高幀率、寬色域、高動態(tài)范圍和高信噪比等。只有各項重要技術(shù)指標全部得到實現(xiàn)，才能給觀眾帶來顛覆性、更具震撼力和沉浸感的全新視覺體驗。

按照總臺系列技術(shù)標準，廣播級EFP 8K超高清視頻規(guī)格必須同時達到以下性能要求：

8K超高清 （UHD2）：水平清晰度7680，垂直清晰度4320；圖像的寬高比16：9；

總像素數(shù)為4500萬以上；8K超高清視頻須支持50fps、59.94fps、60fps、100fps和 120fps幀率；在色彩方面，寬色域BT.2020是必備條件；在色彩位深方面，將制作域位深確定為10bit以上，有效提升了超高清視頻的流暢性、細膩感和色彩豐富度；非常重要的高動態(tài)范圍HDR中，HLG-1000是必不可少的選項。

2.直播日志：國產(chǎn)8K EFP攝像機安全可靠性驗證

從2022年1月初接到總臺通知，到2月中旬北京冬奧會結(jié)束，在共40多天的時間，我們經(jīng)歷了總臺聯(lián)調(diào)、場館內(nèi)聯(lián)調(diào)和直播等幾個重要階段，華光國產(chǎn)8K EFP攝像機（系統(tǒng)）與總臺的8K制播系統(tǒng)一道，經(jīng)歷了20多天安全性、可靠性和功能性的嚴峻考驗，并圓滿完成了整個直（轉(zhuǎn)）播任務(wù)。下面以工作日志形式，將華光國產(chǎn)UDCAM-9000型8K攝像機在應(yīng)用中遇到的各種狀況與解決措施做詳細記錄。

2022年1 月17日：華光8K設(shè)備進入總臺

2臺（套）國產(chǎn)UDCAM-9000型8K EFP攝像機進入總臺E10演播室進行設(shè)備集結(jié)。機器配合2支拍攝鏡頭：佳能25-250mm10倍變焦鏡頭1支、富士19-90mm4.7倍變焦鏡頭1支，調(diào)整鏡頭參數(shù)，調(diào)整鏡頭前后焦，順利完成。

2022年1 月20日：華光8K攝像機聯(lián)通

2套訊道華光攝像機與CCU機站、草谷切換臺和雷莫纜線進行聯(lián)通調(diào)試，信號試通。測試8K與4K信號的同時輸出功能，各項信號測試正常，聯(lián)調(diào)一次到位，聯(lián)通順利。

2022年1 月23日：8K EFP系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

與超高清音視頻協(xié)同中心4臺索尼8300型8K EFP攝像機組成一個系統(tǒng)，進行聯(lián)調(diào)，主要解決系統(tǒng)聯(lián)通與系統(tǒng)完整性和成像一致性問題。

2022年1 月25日：技術(shù)人員使用操作方法培訓

華光技術(shù)總監(jiān)：周毅博士為總臺體育中心導播、攝影師進行攝像機使用培訓，同時解答使用人員提問。

2022年1 月28日：設(shè)備打包、出發(fā)

華光設(shè)備與整個8K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)設(shè)備統(tǒng)一打包，起運至國家速滑中心（冰絲帶）。

2022年2 月1日至3日：設(shè)備進場、確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并進行聯(lián)調(diào)與測試

轉(zhuǎn)播設(shè)備運抵轉(zhuǎn)播現(xiàn)場，經(jīng)過消殺等程序，進入國家速滑中心（冰絲帶）現(xiàn)場。根據(jù)總臺8K轉(zhuǎn)播組的統(tǒng)一布置，確定現(xiàn)場機位圖如下。

“冰絲帶”的8K EFP轉(zhuǎn)播系統(tǒng)共包含6個訊道，其中5、6號機為國產(chǎn)華光攝像機。調(diào)試中主要解決了如下問題：

解決CCU到攝像機超長距離（400米和500米）信號傳輸和供電電阻保護問題（華光攝像機系統(tǒng)均不需要加電纜中繼器）；

聯(lián)調(diào)中，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的4塊LED大屏幀頻（估計是30幀）與攝像機幀頻不一致，造成攝像機拍攝過程中出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，這是因為現(xiàn)場LED屏設(shè)置的顯示參數(shù)不一致所導致的。通過調(diào)整攝像機內(nèi)電子快門解決了此類問題；

攝像機調(diào)機過程中發(fā)現(xiàn)：在復雜光環(huán)境下，使用華光UDCAM-9000型攝像機的區(qū)域白平衡功能，焦點打虛調(diào)整白平衡，能夠更準確地找到白平衡參數(shù)；

現(xiàn)場技術(shù)人員針對華光8K攝像機暫時沒有連接OCP面板的情況，提出將電纜信號強度、白平衡數(shù)值、色域、飽和度等參數(shù)數(shù)值顯示在尋像器上。華光正式版可以實現(xiàn)以上要求。

現(xiàn)場索尼8K系統(tǒng)連接復雜不符合廣電EFP標準要求，造成華光攝像機必須通過適配器連接。其結(jié)構(gòu)如下：

2022年2 月5日：第一個比賽日，直播

2022年北京冬奧會的第一個比賽日，冰絲帶在16：30-18：10進行了女子3000米速度滑冰決賽；

（1）OBS經(jīng)過嚴格檢測，要求參與電視直播的攝像機，一律佩戴統(tǒng)一的專屬機身罩，華光兩臺攝像機都披掛上了OBS“專用馬甲”；

（2）直播前的檢查過程中，為確保直播安全，為6號機更換了新的尋像器和數(shù)據(jù)線。

2個攝像機位設(shè)置參數(shù)：

2022年2 月7日，第三個比賽日，直播

場館進行速滑女子1500米決賽，現(xiàn)場導演與導播根據(jù)情況對現(xiàn)場機位進行調(diào)整。

（1）場內(nèi)的5號機調(diào)整機位，主要拍攝賽道內(nèi)舉牌的教練，景別多為人全；與此同時由于場地內(nèi)亮度增加，觀眾坐席出現(xiàn)射燈，造成多色溫的復雜拍攝環(huán)境。由于華光攝像機色還原能力好，最大程度做到了與現(xiàn)場畫面的圖像一致。

（2）因機位變化，導播要求重新調(diào)試攝像機，光圈降為10-11，存儲USER1。佳能鏡頭在現(xiàn)場光線惡劣的環(huán)境下（景別最緊時），出現(xiàn)黑圈。

同時，技術(shù)系統(tǒng)提出，希望華光8K攝像機在下一版功能上進行改進：

（1）華光攝像機如果用按鍵調(diào)整板色溫值，每上下按一次調(diào)整的數(shù)值是100，希望下一版可以調(diào)整為25上下一次（采納）；

（2）現(xiàn)場技術(shù)老師提出，調(diào)試白平衡希望先恢復廠設(shè)（具體要求討論一下）。這兩個問題，會在以后的改進版中實現(xiàn)。

2022年2 月11日，第七個比賽日，直播

場內(nèi)進行的是男子10000米決賽，在現(xiàn)場遇到了冬奧會史上為數(shù)不多的特殊情況：第一組比賽結(jié)束后，有運動員在5號機的雷默線位置跪地嘔吐，在這其間丟失兩幀圖像。轉(zhuǎn)播組同事無法確定是否因選手跪地壓了雷默線出現(xiàn)問題，還是電視盒子的問題。后續(xù)調(diào)整中恢復正常，也提醒在以后的轉(zhuǎn)播工作中，對于每一寸視頻連接線都應(yīng)格外注意，以確保萬無一失。

2022年2 月12日，第八個比賽日，直播

第8個比賽日在下午到傍晚時間，進行女子接力1/4決賽。導播對現(xiàn)場系統(tǒng)又做了調(diào)整：

（1）華光國產(chǎn)6號機位主要拍賽道，光圈10-11；中場及比賽結(jié)束拍觀眾，光圈7.5-8.0。

（2）5號機位在內(nèi)場拍攝機位變化，光圈變化比較頻繁，建議存儲2-3個USER，便于切換使用。

日本NHK轉(zhuǎn)播團隊，聽說中國國產(chǎn)8K EFP設(shè)備亮相冬奧會直播，也過來參觀學習，同時詢問了國產(chǎn)攝像機的品牌和型號。

2022年2 月17日至19日，第13個比賽日，直播

冰絲帶進行女子1000米速滑決賽，直播一切正常，電子伺服手柄出現(xiàn)一定的操作局限：導播將5號機調(diào)整為拍攝比賽出發(fā)時刻的機位，機身高度調(diào)節(jié)到1.8米-2.0米高度時，出現(xiàn)伺服手柄無法控制光圈的問題。后續(xù)華光將與鏡頭廠家進行細致溝通，以確保伺服手柄的操作靈敏性與安全性。

2套華光國產(chǎn)8K EFP攝像機（系統(tǒng)）在整個北京冬奧會期間，圓滿地完成了直（轉(zhuǎn)）播任務(wù)，全程經(jīng)受住了嚴苛的考驗。攝像機本身、聯(lián)接線纜和CCU機站系統(tǒng)沒有出現(xiàn)任何問題，總臺為國產(chǎn)攝像機系統(tǒng)提供了一個良好的驗證測試平臺，為國產(chǎn)攝像機的應(yīng)用和產(chǎn)品化打下堅實的理論與實用基礎(chǔ)。

3.國產(chǎn)化替代：總臺在“5G+4K/8K+AI”應(yīng)用方面的重要探索

在國際范圍內(nèi)8K產(chǎn)業(yè)鏈的攝錄制等前端環(huán)節(jié)，目前現(xiàn)有的設(shè)備很少，其中國外設(shè)備幾乎壟斷全球市場，廣播級8K超高清攝像機與攝像系統(tǒng)基本由日本索尼、日立、佳能和美國個別品牌所壟斷，其中日本產(chǎn)品的市場占有率約為80%，美國和歐洲各約10%。在此之前我國尚未誕生專業(yè)級8K攝像機與攝像系統(tǒng)，國產(chǎn)廣播級8K EFP超高清攝像系統(tǒng)的研制成功，填補了該領(lǐng)域的空白。

“5G+4K/8K+AI”在制播領(lǐng)域有極高的技術(shù)難點。為了保證實時性，8K對帶寬的要求比較高，一路8K裸信號最大可達到48G甚至更高，根據(jù)國家標準和國際標準要求，在電視制播環(huán)節(jié)，信號傳輸采用的是SDI銅纜，一根SDI銅纜當前最大帶寬12G，如果要傳遞一路無壓縮8K信號，需要多根線纜并行使用，一定程度增加部署運維難度。圖像內(nèi)容是視頻制作的核心資產(chǎn)，原始視頻圖像來之不易，彌足珍貴，一旦被壓縮就損失了后期制作的大部分品質(zhì)和價值，所以在制作域，無壓縮（裸）信號對于8K內(nèi)容還原是非常重要的，此外確保無壓縮信號帶寬穩(wěn)定、傳輸過程無丟包和us級時間同步精度，都是8K內(nèi)容在制作時必須確保的關(guān)鍵因素。

為了確保上述技術(shù)要求的實現(xiàn)，制作領(lǐng)域必須有一張安全、可靠、魯棒性好的制播平臺，華光團隊在多年研發(fā)的基礎(chǔ)上，建議制播系統(tǒng)采用一種高效安全的4K/8K臺內(nèi)或轉(zhuǎn)播車制作域內(nèi)的無損信號（基帶光）傳輸方案，并進行實驗試用。

此方案是以光交換機為基礎(chǔ)，一個光交換機+電信號解碼器（無壓縮）構(gòu)成上下載基站，可由環(huán)形網(wǎng)絡(luò)或星形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，確保網(wǎng)絡(luò)的安全可靠。

可以先考慮建設(shè)臺內(nèi)實驗網(wǎng)，需要對外遠程跨域傳輸時，可以直接進入電信的光干線；也可以直接與電信或聯(lián)通的光接口網(wǎng)關(guān)連接，通過與全光干線網(wǎng)絡(luò)直連，完成跨省市的遠程信號交換和分配，理論上沒有傳輸距離上限。

此方案的每個節(jié)點交換機單價比XS IP和2110 IP更便宜，且價格是前述兩方案的1/2～1/3，由于是無壓縮的基帶光傳輸，所以距離更遠、安全性和傳輸質(zhì)量更好。

光交換機可以實現(xiàn)N進K（COM）出交換，本地選或網(wǎng)管選。根據(jù)定義和設(shè)備定制情況，這里N、K可以是光纖數(shù)，也可以是光波長（nm），因為是全光交換機，所以智能化程度高，可靠性好（比路由器好）。

4.新科技的未來：從并跑到領(lǐng)跑的突破

我國廣電科技如何利用國產(chǎn)系統(tǒng)和國產(chǎn)替代技術(shù)實現(xiàn)由并跑邁向領(lǐng)跑？廣播電視節(jié)目內(nèi)容的生產(chǎn)制作流程包括采、編、播、存、傳等多個環(huán)節(jié)。支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)播車和演播室的視音頻制作系統(tǒng)、總控調(diào)度系統(tǒng)、播出系統(tǒng)、收錄系統(tǒng)、非編系統(tǒng)等。按照國際標準和國家標準，以往的臺內(nèi)制作域系統(tǒng)都是基于SDI的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)來構(gòu)建的。

如何解決多路SDI、同步和傳輸距離等的局限性，答案就是全光網(wǎng)絡(luò)或制播IP協(xié)議化。也就是采用基于全光網(wǎng)絡(luò)（ROADM）或ICT（網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)）的IP化的技術(shù)架構(gòu)來逐步替代SDI技術(shù)架構(gòu)的傳輸部分，這急需實驗驗證與標準支持，也正在形成行業(yè)共識。近幾年來，全光網(wǎng)和制播IP化是歐洲廣播電視界的熱門研究方向，國際上各大標準組織也在積極推動IP化標準制定。

制播IP化一方面解決高帶寬信號的傳輸和調(diào)度。IP化實質(zhì)也是用光纖替代SDI銅纜，一根光纖就可以傳輸400G甚至更多，還是雙向傳輸。光纖可以將信號傳遞到幾千米甚至100千米以上。

另一方面，基于IP架構(gòu)的組網(wǎng)方式將改變傳統(tǒng)廣播電視信號只能由前向后線性傳輸?shù)木窒蓿俏磥韺崿F(xiàn)融合媒體、云計算、大數(shù)據(jù)分析等目標的技術(shù)基礎(chǔ)。

5.小結(jié)

根據(jù)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》制定的目標，預計到2022年，我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過4萬億元。中國目前是全球最大的超高清視頻市場之一。在國家《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》中提到，2022年8K電視占比要達到5%。攝錄編環(huán)節(jié)的薄弱，嚴重制約全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。超高清國內(nèi)市場初期為萬億規(guī)模，成長期預計超過10萬億，全球市場規(guī)模將在100億產(chǎn)值以上。

超高清產(chǎn)業(yè)鏈是國家工業(yè)與信息化部、國家廣播電視總局共同認定，擁有萬億產(chǎn)值的國家新興高科技產(chǎn)業(yè)鏈。此后隨著應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴展（增加工業(yè)級、民用級等產(chǎn)品），8K攝像機市場及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的需求量還會大幅增長，市場潛力巨大，發(fā)展前景良好。在娛樂、醫(yī)療、教育、工業(yè)，安防、旅游、藝術(shù)等方面，8K攝像系統(tǒng)設(shè)備都具有巨大的潛力，一系列重大活動將帶動8K超高清攝像系統(tǒng)與攝錄編設(shè)備的爆發(fā)式增長，

不難預見，總臺的“5G+4K/8K+AI”超高清國產(chǎn)化進程將會給人們的生活帶來巨大改變，除了影視、體育、競賽領(lǐng)域外，8K也讓遠程醫(yī)療成為現(xiàn)實，肉眼難辨的手術(shù)線可以在8K圖像上得到清晰的呈現(xiàn)；安防方面，只需少量攝像頭就可以進行大面積監(jiān)控；再就是文物保護領(lǐng)域，8K可以最大程度還原文物細節(jié)和本真的色彩，大大增強文物保護力度。最讓人期待的是8K電視，可實現(xiàn)在家里只要看電視，就會產(chǎn)生電影院的沉浸感和臨場效果。可以相信，在5G網(wǎng)絡(luò)和AI的共同加持下，8K將會覆蓋到人們工作和生活中的更多領(lǐng)域，打造更加美好的數(shù)字新生活。