王磊

摘 要：本文从信号传输、数字化播出、网络化播出三方面阐述4K超高清电视播出系统存在的主要问题，并对系统架构、播出实现过程、向IP化转型、全媒体发布、HCI架构等建设加以分析。

关键词：4K超清电视;传统播出;系统建设

中图分类号：G206 文献标识码：A 文章编号：2096-5079 （2020） 06-00-02

一、引言

电视行业发展过程，4K超高清电视出现为人们带来更优质的画面，但同时对电视播出系统要求更高。建设4K超高清播出系统为长期系统化工程，如何针对其在传统播出系统中问题，建立专属播出系统为当前面临的重点问题，因此，研究系统建设具有现实意义。

二、4K超清电视在传统播出存在的主要问题

（一）信号传输问题

传统电视台使用同轴电缆传输，如：使用75欧电缆，传输SDI标清电视信号，传输距离小于400m，速率270Mb/s;传输SDI高清电视信号，传输距离在300米左右，速率为1.485Gb/s。对于超高清4K电视信号，传输速率需要12Gb/s，传输距离在60米左右，因此对电缆传输能力要求较高。在同种传输线路中，传输距离较短，导致大部分现有的播出系统难以满足4K超高清信号的传输条件，单纯依赖升级播出系统设备也难以实现超高清的播出需求。对于此问题的解决方案有两种，其一，拆分4K信号，将其转化成4路SDI高清信号完成传输，并在信号输出之前重新将其组合成超高清4K信号，此方法需要占据系统内大量信道资源，同时在系统扩容方面对资金需求量较高。其二，利用IP化传输形式，交换机传输速率超过10Gb/s，符合4K信号传输需求，基带IP播出可使用万兆交换网络，或者端口汇集两种方式，而压缩域的IP播出方式使用千兆交换网络即可完成，保证信号传输速度和4K传输需求相符[1]。

（二）数字化播出问题

传统电视台使用播出服务器，以文件形式播出节目。标清文件码率为15Mb/s，单频道24小时节目传输容量为158.2GB而高清文件码率为50Mb/s，单频道24h节目传输容量527.3GB。但是，超高清文件文件码率更高，目前普遍采用500Mbps，磁盘容量占用为高清文件10倍，因此要求服务器具有良好的读写能力，以及较大的存储容量。

（三）网络化传输问题

传统电视台节目使用网络化送播方式，经由主干平台传送各个子网的素材至播出系统。由于超高清文件较大，要求传输速率高，使用传统播出系统会增加系统负荷，若在不改变传输速率的前提下传输信号，会增加传输时间，对节目播出造成影响。因此，需要扩容主干系统，可利用光纤交换机，缓解超高清文件传输造成的系统负担。

三、4K超清电视播出系统建设

当前，超高清电视走进千家万户，并取得巨大成功，超高清播出系统将逐渐取代传统播出系统。部分电视台已经建设4K播出系统，国家广电总局在2018年底正式发布4K超高清电视的播出技术，但是在应用实践过程需要对系统、设备等稳定运行展开进一步监测和完善。

（一）4K播出系统架构

建设4K超高清电视播出系统需要依赖传统电视的播出架构，融合主流技术，以未来技术的发展方向为前提，设计出适合4K电视播出的全新架构。4K电视播出系统内包含外媒资、制作等系统，借助互联平台，交互播出素材。在电视台外部使用专用通道完成用户上传。在演播室当中，制作系统利用IP总控平台调度4K信号。在该系统中，存在统一化的计审平台，可汇集所有播出素材，统一在计审平台上进行审核与送播。经审核的素材可统一提交至4K播出系统，并向全媒体系统分发播出。此系统不但可支持4K超清电视的播出，而且还符合手机、网络和高清频道对节目的播出要求。此外，该系统内存在全媒体分发模块，可利用分发平台，将4K超清电视信号变为多种码流，最终分发至手机APP、门户网站、社交APP、户外大屏、传统卫星、传统有线等播放平台。该系统主要使用SDIOverIP处理4K信号，并使用TS Over IP完成发布[2]。

（二）播出实现过程

在4K超高清播出系统建设完成之后，可为人们呈现出良好的節目收视效果。与此同时，该系统要求信号传输强，带宽以及存储功能良好。4K超清电视的播出过程需要将信号收录采集、制作存储、分发播出和接受终端等方面考虑其中，这一问题也是系统分发播出功能实现面临的主要技术问题。解决这一问题，重点需要解决信号的传输问题。4K超高清电视具有超高分辨率，4K原始码在无压缩状态下传输速率为12Gb/s。我国大部分高清电视播出系统对传输信号速率为1.5Gb/s，部分播出系统设备可支持3Gb/s的传输速率，因此，可利用IP技术，结合SMPTE2110或者SMPTE2022-6封装标准，完成SDI Over IP信号传输。在4K超高清传输方面，为高效利用带宽，降低信号传输成本，可将4K超清信号进行浅压缩。如：利用TICO类型浅压缩，利用3G-SDI完成4K超清电视信号的传输。

（三）向IP化转型

SMPTE2022-6传输标准中对超高清高码率类型的信号IP化传输协议进行明确规定，利用IP组播相关协议，主要通过以太网传输协议，使用通用交换机进行传输。传输过程能借助IP化传输压缩视频和未压缩视频，并且可在有线网络、无线局域网络当中传输，具备VANC机制，可同步传输。同时，标准中还包括压缩视频以及非压缩视频传输过程的保护机制，可保证视频信号无中断传输，这一规定为4K超清视频信号以IP化形式传输提供更多可能。

当前，部分传统的视频和音频设备厂商逐渐尝试IP化转型，并且已经生产出IP矩阵、多画面和SDI相互转化的设备。随着相关规范的逐渐细化，设备厂商之间相互合作，SDI Over IP逐渐普及，能和多种设备兼容，高效利用这些设备建设4K超高清播出系统。加之SDN网络架构的发展，加速了IP化转型进程，融合业务处理、网络功能等，和硬件设备之间相互耦合，拆分传统的网络播出架构，转化为应用层、控制层和转发层相互分离形式，这一理念类似SDI矩阵。SDN网络架构可对流量管道灵活配置，为视频、音频等提供更多传输通道，确保信号的传输质量。此外，还能灵活调整和分配资源，直接接入控制，能应用在IP转化之后广电播出场景。

但是，当前，完全向IP转化还存在较高难度，并且需要经历较长一段时间SDI、IP混播情况。不可否认IP转化已经成为4K超高清播出系统构建的必然方向。经IP转化的系统，在架构方面较为精简，可使用40G光纤，传输采用SMPTE2110标准封装的4路未压缩类型的超高清信号，还能支持1000路压缩码率为30Mbps的压缩信号传输，仅使用2根40GB的光纤缆线，就可取代大量铜线的使用。此外，经IP转化后的4K超高清播放系统应用灵活性更强，可利用网络调度的方式，在线完成信号分配相关调度。

（四）全媒体发布

在4K超高清播出系统建设过程，利用全媒体平台可实现手机APP、门户网站、社交APP、户外大屏等平台的统一发布。考虑到不同平台受众不同，能够结合观众喜好对播出内容、播出时间展开灵活调整。通过全媒体平台，传统电视与PC端用户都可使用自定义方式，结合自身需求选择直播、点播类型频道。此外，此播出系统还能根据受众对节目的收视习惯，利用大数据技术对受众喜好展开分析，并且精准推送同类节目。

（五）HCI架构

HCI也称超融合架构，为数据中心定义软件基础架构。在一套设备单元内，拥有计算、存储等功能，同时还拥有数据压缩、备份、快照、删除重复数据等功能，将多套设备单元展开网络聚合，可横向拓宽模块功能，建立统一资源池。由于传统电视播出系统网络架构分别由网络硬件、运算设备和存储设备等组成，使用HCI架构，可利用网络环境，将各类设备组合成为统一化的存储池，进行上层软件的部署与应用，并以节点增加形式，将系统储存空间进行扩充，提升运算性能，保护传输数据安全，提供优质服务。4K超高清播出系统拥有统一计审、媒体分发等平台，可处理内外资源，因此要求数据处理能力较强。HCI架构在资源调派方面和底层硬件关联不大，因此，可使用X86架構作为系统底层，并在上层部署文件管理相关应用，处理计审、分发和存储等任务，利于系统扩容和维护，提高数据处理和分发等能力，快速响应，高效传输[3]。

四、结束语

总之，在4K终端逐渐普及过程中，建设4K超高清播出系统，利用编码技术和传输技术，传输4K信号。随着对超高清信号的需求量逐渐增加，面临巨大的市场需求，4K超高清播出系统建设为电视行业未来技术发展的重点方向。

参考文献：

[1]李焕英.浅析4K超高清电视视频压缩编码技术[J].电子世界，2019 （24）：166-167.

[2]崔建伟.4K超高清电视标准化的进程[J].广播电视信息，2019 （09）：9.

[3]宋婴.4K超高清电视中心基础架构分析[J].现代电视技术，2019 （09）：56-61.