中央广播电视总台4K 超高清电视 节目制播系列技术规范关键技术介绍

中央广播电视总台自组建以来,紧紧围绕着 “5G+4K/8K+AI”的战略目标,以高质量发 展为核心,力争将总台打造成为国际一流的新 型主流媒体旗舰。本文主要介绍了2018 年至 2020 年期间总台先后发布的4K 超高清电视 节目制播系列技术规范,以适配全面推进4K 超高清电视的“采、编、播、存、传”全链路 技术系统建设。

摘要

一 背景介绍

2018 年中央广播电视总台(以下简称总台)围绕国家超高清电视发展的总体战略要求,践行习总书记重要讲话精神,制定了《中央广播电视总台4K 超高清电视技术体系总体规划》。针对总台4K 超高清制播体系的构建与发展,技术局全面、系统性地梳理了4K HDR 节目制播流程中关键要素和节目生产流程,学习和研究了国际ITU、EBU、SMPTE 等标准组织超高清、高动态范围、宽色域等标准以及国内相关标准,结合总台实际情况,对4K 超高清制播流程中关键环节、关键参数开展研究与测试,在2018 年至2020 年期间先后发布“4K 超高清电视节目制播系列技术规范”用于指导总台4K 超高清制播体系建设和节目生产。

二 内容介绍

“中央广播电视总台4K 超高清电视节目制播系列技术规范”共4 个规范,包括《中央广播电视总台4K 超高清电视节目制播技术规范(暂行)》《中央广播电视总台4K 超高清、高清电视节目同播技术规范(暂行)》《中央广播电视总台HDR 视频制作白皮书》和《中央广播电视总台4K 超高清电视视音频编解码及传输技术规范》。《总台4K 超高清电视节目制播技

术规范》主要包括七个方面内容:4K 超高清视音频基本技术参数、4K 超高清播出系统技术规范、4K 超高清总控系统技术规范、基于IP 网络的4K 超高清节目分发技术要求、4K 超高清视频制作技术规范、4K 超高清音频制作技术规范和4K 超高清节目生产流程技术规范。《总台4K 超高清、高清电视节目同播技术规范》主要包括八个方面内容:4K 超高清、高清电视节目同播流程;同播播出系统技术规范;同播总控系统技术规范;同播视频制作技术规范;同播音频制作技术规范;同播节目生产管理技术规范;4K 超高清频道紧急/ 应急播出技术规范和关键设备参数设置。《HDR 视频制作白皮书》主要包括四个方面内容:HDR 参考白亮度和信号电平、常见拍摄对象的亮度和信号电平、监视器参数及主观评价环境要求、4K 超高清图像测试序列示意图。《4K 超高清电视视音频编解码及传输技术规范》主要包括两个方面内容:面向全国各有线前端进行节目传输技术要求,含视音频编码标准及码率、与播出系统接口、编码压缩系统技术规范、节目流加密要求、传输系统技术要求;总台IPTV 网络节目传输技术要求。

三 关键技术介绍

1. 《总台4K 超高清电视节目制播技术规范》

◆ 4K 制播域采用统一的4K、HDR/HLG、BT.2020、XAVC-300、500Mbps 等视音频基本参数标准要求,域间文件交互必须遵守视音频基本技术参数要求,不符合这一标准的节目文件,在节目上载或素材使用前需进行上变换处理;

◆总控系统负责为台域各4K超高清制播系统(4K超高清直播演播室、4K 超高清外场转播系统、4K 超高清播出系统和4K 超高清收录系统)提供符合统一参数标准的4K 超高清信号;

◆总控系统与台域内各4K 超高清制播系统间跨域的信号交换,以TICO 浅压缩格式方式进行信号交接和传输;

◆ 4K 超高清播出系统采用IP 链路、SDI 链路混合架构,IP 链路4K 超高清信号主要以SMPTE-2110标准作为封装调度的参考依据,SDI 链路主要以4 路3G 信号的传输为基础架构,同步基准采用PTP 及BB 黑场同步校准方式;

◆媒资系统提供给4K HDR 播出系统节目文件备播以及节目文件的归一化转码,应用基于全局亮度均衡分析的动态色调映射技术实现动态4K HDR 至HD SDR 文件转码;

◆ 4K 超高清节目后期制作,不论采用压缩视频文件格式还是无压缩文件格式,都需要增加调色这一环节,不论是整体调整还是局部微调,确保节目色调统一,确保画面、镜头间切换有良好的彩色一致性,确保明暗部分细节丰富且不出现过曝现象;

◆ 5.1 环绕声音频文件,制作域MXF 文件封装采用MXF OP-Atom 格式,播出采用MXF OP-1a 格式。5.1 环绕声节目声道采用16 路声道记录方式,以预留下一阶段三维声制作的需要。

2. 《总台4K 超高清、高清电视节目同播技术规范》

◆确定了4K 超高清、高清电视节目同播所遵守的三项原则以及4K 超高清、高清电视节目的录播流程和直播流程;

◆高清频道的播出信号由4K 超高清播出系统采用转换器,以固定参数下转换的方式产生高清播出信号,转换器的下转换参数遵照规范附件中规定的固定下转换参数值设置;

◆总控系统接收4K 超高清外来信号后,需采用归一化方式进行信号转换处理,将其转换为符合台内规范的4K HDR 信号后送总台4K 超高清制播单元;

◆确定4K 超高清、高清电视节目同播采用在同一演播室制作系统播出, 依据“就高”原则,即同播演播室采用全4K 超高清演播室系统完成节目整体制作;

◆ 4K 超高清演播室,将4K 超高清PGM 信号下转换为高清信号送高清图像监看设备,下转换参数设置参照本规范附件中规定的固定下转换参数值,由节目部门相关人员对4K 超高清信号下转换高清后的图像视觉效果进行查验;

◆ 4K 超高清制作中,特种设备、字幕系统、包装系统、慢动作系统等如不能提供4K 超高清信号的,或是提供的4K 超高清信号不符合《中央广播电视总台4K 超高清电视节目制作规范(暂行)》中技术参数要求的,需在转播车进行转换,使指标符合4K 超高清制作要求;

◆ 4K 超高清制作中,如需进行广告及其他素材插播,转播车只接收格式为XAVC Class300 编码的MXF OP-1a 超高清文件,原则上不接收其他格式的文件及高清文件;

◆如节目需要使用历史高清素材文件时,由后期制作系统负责将其上转换为4K 超高清文件,可通过时间线实时转换或素材统一转码方式进行;

◆后期制作系统配备转换器,采用固定参数下转换方式将4K 超高清节目下转换为高清信号送高清图像监看设备,编导可以在编辑制作中确认同播节目的下转换信号图像视觉质量;

◆确定直播演播室声音制作采用5.1 环绕声格式,应符合《中央广播电视总台高清电视节目录制技术规范》中对于环绕声音频文件的相关技术要求,不在直播窗口内转换节目声音格式属性;

◆当节目未能在关门时间之前入库媒资,可采用文件(介质)直送的紧急/ 应急播出方式,送4K 超高清播出系统播出;

◆确定转换器、技术监视器等关键设备参数的设置。

3. 《总台HDR 视频制作白皮书》

◆ 4K 超高清节目制作过程中需要满足参考白电平等相关指标的技术要求;

◆显示系统对HLG 制作的节目进行显示时,显示伽玛值要符合规范要求;

◆在标准主观评价环境下,不同额定峰值的显示系统显示HLG 参考白信号的亮度值要符合规范要求;

◆对于较亮的观看环境,伽玛值要相应降低,特别暗的制作环境,伽玛值要升高,以确保节目亮度一致性。典型的节目制作环境要符合规范要求;

◆ 4K 超高清图像测试序列示意图。

4. 《总台4K 超高清电视视音频编解码及传输技术规范》

(1)面向全国各有线前端进行节目传输

◆视音频编码标准及码率:视频编码时采用AVS2 标准,视频编码码率不低于36Mbps;音频采用Dolby AC-3 5.1 环绕声编码,编码码率为384Kbps 或448Kbps;

◆规定了4K 超高清节目编码压缩复用平台可以采取1 个4K 超高清频道或2 个4K 超高清频道压缩复用的方式。编码压缩复用系统技术规范,系统和设备配置应符合国家广电总局《广播电视安全播出管理规定》安全播出一级的有关要求;

◆规定了节目传输系统与下游系统应具备主备传输通路,节目流应使用ASI 接口或TS/IP 接口;卫星调制方式应为DVB-S2/8PSK;光缆传输系统应满足一个节目流38Mbps 或76Mbps 的带宽需求。

(2)总台IPTV 网络节目传输技术

◆总台内IPTV 网络内4K 视频采用H.265 标准单节目组播,视频编码码率维持信源码率不做压缩,入网不低于36Mbps,音频采用信源透传;

◆直播组播传输遵循UDP 协议,时移、回看单播传输遵循HLS 协议。组播中的节目应采用透明传输,利用用户分组来鉴权管理;

◆节目信源组播应建主备路,应通过10G 的LC接口接入核心汇聚交换机,核心汇聚交换机应做设备堆叠,节目播出从核心汇聚交换机通过10G 的LC 接口接入基础资源部网络;

◆ 4K 接收终端解码芯片需支持H.265 及以上,接入端口应采用RG45 接口,100M/1000M 自适应,输出HDMI 需支持2.0 及以上。

四 规范应用成果

4K 超高清电视节目制播系列技术规范涵盖了总台台内、台外的视音频前后期制作、传输与调度、播出与下转换、编码压缩与传送全链路,有效保障了总台4K 超高清制播体系的建设。依据该系列规范建设的4K 超高清制播系统,完成了1 万多小时4K 超高清电视节目制作播出。在2019 年国庆70 周年庆典活动直播中首次尝试采用4K 超高清、高清电视节目同播的方式,即4K HDR 信号和下转换的高清SDR 信号同时直播,这是国际上首例在大型庆典活动中采用4K 超高清、高清同时直播的成功案例。

转载请注明来源:《现代电视技术》 作者:中央广播电视总台 李岩 潘波