超高清視頻在廣播電視工程中的應用

■許昌廣播電視臺：符江濤

從模擬到數字，從單聲道到立體聲，廣播電視工程隨著時間的推移，在多個方面已經實現了質的飛躍。超高清視頻是當前以及未來廣播電視工程發展的主要方向之一，超高清視頻具有更加細膩清晰的圖像質量，色彩豐富度進一步提升，能夠滿足人們愈發多元化的觀賞需求。但當前超高清視頻技術還未得到全面普及，在推廣應用中還存在著信號采集制作、信源壓縮編碼與傳輸信道編碼等方面的技術壁壘，對此廣播電視行業要加強協同，合力攻關，與多個領域展開合作，合力解決廣播電視超高清視頻全面普及應用中遇到的各種問題，為我國視聽產業的發展提供技術支持。

1. 超高清視頻在廣播電視工程中應用的特點

1.1 超高清播出系統架構

（1）整體思路

4K超高清播出系統由七個子系統組成，包括播出控制系統、總控系統、整備系統、編單系統、傳輸系統、監控系統和輔助系統，分別負責上載、傳輸、調取和播出監控等功能需求，提高播出系統的安全性、可靠性和便捷性。播出控制系統負責完成臺內外各類信號的交換、調度及監控工作，并與其他六個子系統之間進行業務交互，因此在廣播電視工程中，播出控制系統是核心組成部分。播出控制子系統負責節目在各個分場中的分配，包括節目分配情況、節目切換時間等內容，并根據需要完成相關指令的下達。整備子系統提供了多種業務功能，包括素材交互和處理、臺標、掛角、跑馬、動畫、倒計時與圖文處理，對素材進行編碼命名，生成素材節目單，并將其提前遷移到主備和二備播出視頻服務器，構成整個備播過程。編單子系統作為各子系統的中間環節，主要的功能是銜接，并作為信息樞紐，能夠高效地編排、校驗和審核節目單、廣告信息等素材。在節目制作時，可以利用此系統對節目制作情況實施實時監控，并能及時發現問題及時反饋至播出控制系統，確保電視節目安全優質地播出。傳輸子系統在與編單系統的信號交互中發揮著關鍵性的作用，它是確保外部聯系順暢的關鍵節點。信號經由播控系統傳輸至傳輸系統，隨后被傳輸系統傳遞至下游單元。監控子系統具備實時監測設備運行、信號交換、播出狀態等功能，通過視音頻監控系統圖呈現各信號檢測點的實時4K圖像畫面。此外，系統還設定了各種信號異常情況的閾值，以便及時發現異常運行并將報警數據寫入數據庫，同時發出提示指令。輔助子系統的功能在于進行日志交互，記錄系統的運行狀態和故障、日志信息，以便及時發現異常情況并向監控系統匯報。

（2）視音頻鏈路

超高清視頻播出系統的視音頻架構采用3G-SDI基帶系統架構，該架構支持4路傳輸。通過串聯單控制All in One視頻服務器和末端4×1倒換器，播出控制系統可完成硬盤按規定順序播出、線路直播、圖文混合疊加以及應急切換等多種操作。

1.2 超高清視頻制作技術

目前，我國已經掌握了將超高清視頻制作技術應用于電視節目播出與傳輸中的能力，利用該技術，可壓縮并編碼普通的視頻信號，基于視頻壓縮技術，視頻碼率可被壓縮至一半以上，從而保持視頻信號的高飽和度狀態，確保其呈現出高清晰度的特征。為了滿足超高清視頻的播放要求，必須要有相應的技術手段來保證其質量和穩定性。通過對高清視頻編碼進行壓縮，可以實現對普通型視頻編碼H.246編碼的高飽和度碼率壓縮，達到高清視頻信號傳輸要求，最終呈現完成清晰的超高清視頻內容。

1.3 超高清音頻制作技術

視頻制作離不開音頻制作技術模塊。隨著傳統模擬信號向數字化信號的轉型，超高清電視音頻信號的識別能力得到了顯著提升，數字化技術為音頻信號的高精度傳輸和接收提供了強有力的支持。為了保證超高清全媒體平臺中音視頻內容的清晰度，需要采用數字信號處理方法進行視頻音頻制作?；跀底中盘栟D置技術，廣播電視信號系統能夠將原本分散的超高清電視音頻信號轉化為模塊化分布的音頻信號，使超高清電視音頻信號的信息承載密度得到提升，合成超高清的音頻信號。

2. 超高清視頻在廣播電視工程中應用的意義

2.1 優化超高清視頻編碼結構

在廣播電視工程中的超高清視頻制作時，必須特別關注視頻編碼結構的優化調整，以確保其發揮最佳性能。超高清視頻的壓縮率會受到超高清電視編碼不同組合方式的直接影響，因此為了提升超高清全媒體播放系統的整體性能，必須要保證超高清電視編碼技術的靈活性。此外，視頻編碼結構也會對超高清電視視頻信號的切割組合產生獨特的影響?；诖?，在目前的超高清視頻制作中，提出了一種四叉樹結構編碼方法，基于四叉樹的編碼結構原理進行視頻編碼的壓縮和遞歸計算，可以有效地保障超高清電視視頻信號單元塊的結構完整性和穩定性。在構建HEVC電視視頻編碼結構時，要對視頻信號的失真率做到精準控制。做好信號捕捉，實現對視頻編碼單元信息的高精度定位。為了保證超高清電視系統中各個幀之間保持良好的連續性和一致性，需要對每個高清視頻信號進行準確高效的分析與計算并把握其對應的數據特征。同時還要將各個單元結構塊進行合理劃分與組合。確保這些單元結構塊保持相對穩定性。

2.2 核對超高清視頻幀內預測編碼

視頻信號幀內預測編碼技術包含高效率視頻編碼與傳統的H.264編碼技術，這兩種編碼方式都采用了運動矢量塊匹配算法進行圖像分割處理，并根據像素之間的相關性來確定下一宏塊位置信息。相較于H.264編碼技術，HEVC即高效率編碼技術在幀內預測編碼方面呈現出更為突出的優越性。HEVC能夠預測35種幀內編碼，而H.264編碼技術僅有27種幀內預測編碼。幀內預測可以減少視頻數據塊之間冗余信息的干擾，提高視頻圖像質量。隨著幀內預測編碼的增加，高清視頻信號的穩定性和輸出的平滑度也隨之提高，從而有效降低視頻信號斷幀的風險，使用戶獲得更清晰的圖像畫面和更好的觀看體驗。H.264編碼技術在普通電視機視頻信號傳輸中的應用存在編碼處理不夠平滑的問題，導致信號的清晰度相對較低。為了保證超高清電視節目播放過程中的流暢度，就需要對幀內預測編碼方式進一步優化，以實現對幀內預測編碼的精確計算和詳細比對。同時要保證超高清碼流視頻數據的質量，以提高其整體圖像顯示效果。

2.3 調整適應超高清視頻的環路濾波

利用環路濾波器進行濾波處理，能夠有效地消除輸出電壓信號中的“噪聲”干擾，從而保證整個環路系統的清晰度和穩定性得到進一步提升。在開發超高清視頻技術時，應采用平滑的動態型環路濾波調整策略，以最大化高清視頻編碼容量為目標，計算高清視頻信號的壓縮率。唯有如此，才能使超高清電視視頻信號中的“噪聲”徹底消除，不受其他雜亂信號的干擾影響。HEVC環路濾波是一種常用的信號過濾技術，它采用了自適應環路濾波器來實現信號的高效過濾和處理。這類環路濾波器的技術基礎模式可歸納為兩類，一種濾波器模式以像素為中心，另一種則以區域為中心。無論是哪種滑動濾波器，均可高質量完成超高清視頻的解壓處理，保證HEVC編碼的平滑與穩定。

2.4 整合超高清電視平臺服務架構

在推進超高清電視技術的研發和應用中，應特別注重構建和整合超高清電視平臺的服務架構，提高服務質量和用戶體驗。建立以IP城域網為核心的高清電視平臺以及基于云計算平臺的超高清電視節目制作與播出系統，實現超高清電視信號傳輸到用戶端的功能。在此平臺上，超高清電視信號得以實現多元組合，有效分類內容分發、媒體資源重整和運營服務等，拓展出不同的業務層次和技術應用場景，使得超高清電視信號得以及時接收、轉播、制作、調整和整合。此外，還需要對節目素材、設備設施和系統環境以及用戶終端等進行相應的配置，并通過各種技術手段來實現與超高清電視相關的功能開發和應用。

3. 超高清視頻在廣播電視工程中的應用實踐

3.1 打造超高清電視直播體系

隨著廣播電視工程技術的持續創新，超高清電視直播體系正在逐步完善，利用技術有優勢推動傳統技術模式的轉型，為建立完善的超高清電視直播體系奠定了堅實的基礎。利用5G技術、4K/8K等技術，可優化超高清視頻的視覺呈現效果，逐步減少影響因素。我國超高清電視直播體系的進一步完善，得益于中央廣播電視臺打造的5G+4K/8K超高清直播示范平臺，在該平臺的建設中，應用了大量先進技術，并為各項先進技術的應用提供了堅實的基礎設施支持?；贏VS2/AVS3標準的超高清電視影院直播系統和便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸系統等技術優勢，全面推進超高清視頻技術的創新與發展。在節目制作方面要加強與新媒體的融合，充分利用互聯網和大數據的作用，促進傳統廣播電視行業向數字時代轉型升級，從而更好地服務于人民群眾的日常生活需求。

3.2 超高清視頻節目制作

借助VR技術、5G技術以及4K/8K技術等前沿技術，提升廣播電視制作技術水平，優化整體節目效果，為觀眾帶來更好的視聽享受。在湖南衛視制作的一檔競技類相關節目中，采用了8K與VR相結合的節目制作模式，觀眾可以享受到360°自由視角的云拍體驗，同時還能通過技術優勢實現虛擬與現實的無縫連接，營造身臨其境的感受。此外還能夠通過多種方式結合，讓觀看者感受到更多視覺上的沖擊，從而獲得更加豐富的感官享受。此外，在制作相關節目時，超高清視頻技術也可用于特效制作。河南廣播電視臺的《洛神水賦》節目巧妙地將AR技術、VR技術、5G技術和超高清視頻技術融合，實現了舞蹈元素和古典文化元素完美結合，可為觀眾帶來高清沉浸式的觀賞體驗，使節目的藝術效果得到大幅提升。

3.3 超高清視頻傳輸

應用網絡傳輸技術，可以對超高清視頻產業中的處理環節進行優化，對輸出加密、編碼輸入、糾錯以及重傳等多個方面進行改善，優化上下行鏈路帶寬、時延抖動、傳輸時延，提高超高清節目播出效果。在實際運行過程中，需要根據用戶需求合理選擇不同類型的網絡媒介。在5G網絡傳輸應用的過程中，存在兩種不同的輸出方式，一種是通過空口輸出，另一種是通過專線輸出。在超高清視頻廣播電視直播中，運用先進的技術手段，可推動行業融合發展，包括體育賽事直播、兩會直播、春節聯歡晚會直播等，為觀眾帶來非凡的視覺享受。直播作為超高清視頻的主要實踐方向，是推動廣播電視視聽產業鏈條發展關鍵途徑之一，借助5G和8K全鏈路技術的優勢，強化整體視覺效果，在先進技術的帶動下，推動行業全面繁榮發展。利用技術滿足需求，整合現有資源，加速廣播電視云制播平臺功能優化，基于云制播平臺錄制相關節目，為觀眾帶來源頭上的4K純享版舞臺。利用超高清視頻廣播電視傳輸技術，對平臺的功能性進行優化，實現直播的云端化和服務的遠程化，為觀眾帶來更好視覺體驗，同時降低整體服務成本。

3.4 超高清視頻智能識別

在轉播重大體育賽事、節日晚會、重大會議和商用付費節目等方面，超高清視頻智能識別技術的應用不會因為某些用戶的硬件缺陷而影響用戶的收看體驗。此外，對于運營人員而言，在原有的頻道表和授權規則基礎上，即可為用戶提供更加全面的技術服務，使用戶對廣播電視服務的滿意度得以提升，增強用戶黏性和市場競爭能力，為超高清視頻的商業化運營提供技術保障。

4. 結束語

超高清視頻具有更加細膩清晰的圖像質量，色彩豐富度進一步提升，能夠滿足用戶愈發多元化的觀賞需求。在廣播電視工程中應用超高清視頻開發與制作技術，能夠促進傳統廣播電視行業向數字時代轉型升級，為廣大人民群眾提供更加優質新型的廣播電視服務。