2024年5月17日发(作者：左丘萍雅)
探讨如何构建电视台4K超高清电视播出系统
发布时间：2021-09-27T03:50:03.690Z 来源：《科学与技术》2021年15期 作者： 程暾
[导读] 本文的研究基于超高清电视的发展趋势，从系统框架和业务流程两个方面，探讨了如何构建电视台4K超高清电视播出系统，并就其
中的关键核心技术进行了简要分析，对于该领域的从业人员起到了较好的指导意义。
程暾
重庆广播电视集团（总台） 重庆 400039
摘要：本文的研究基于超高清电视的发展趋势，从系统框架和业务流程两个方面，探讨了如何构建电视台4K超高清电视播出系统，并
就其中的关键核心技术进行了简要分析，对于该领域的从业人员起到了较好的指导意义。
关键字： 电视台，4K超高清，播出系统
超高清电视播出系统是我国广播电视领域的一项革新性的、创新性的技术突破，为我国电视播出系统的发展带来了转型升级的巨大契
机。4K超高清电视播出系统不仅是播出内容的要求，也是整个电视系统面临的重大业务和技术挑战，其中涉及较为复杂的系统工程。为贯
彻和规范4K超高清电视的发展，国家广播总局下发了相关文件，为贯彻这一文件精神，2017~2019年相继推出了高动态范围电视节目制作
与交换图像参数值标准，和超高清晰度电视系统节目制作和交换参数值等一系列的标准规范。
1 超高清电视发展趋势
（1）超高清电视频道会呈现快速增加态势
现阶段我国部分地方电台在超高清电视播放上投入较多，相继有广东台，北京台，浙江台，江苏台等开展了超高清电视播放的探索和
尝试，并取得了较为成功的效果。随着相关技术的发展和受众需求的不断提升，超高清电视将在体育、综艺，新闻，电视剧，纪录片等多
个类型中取得快速发展。
（2）超高清电视的供给难题将会很快解决
调研中发现，不少用户反映现阶段超高清电视节目的供给仍然不足。由于该项技术尚未完全成熟，缺乏常态、稳定的电视播放和制作
能力，在一定程度上影响了该项技术的推广和应用。但是也应注意到，很多地方电台已经开始了该方面的探索，并提供了强有力的政策及
资资金支持，逐渐构建起了一条相对完整的超高清电视节目的播放供应链，为进一步拓展超高清电视供给格局做出了有力支撑。
（3）超高清电视传输渠道更加多样
随着5G技术的快速应用和发展，网络传输成为超高清电视节目及内容传输的重要渠道。与此同时，交互式网络电视和有线电视等纷纷
开展了系统升级和改造，为超高清电视节目的传输提供了技术平台
2 4K超高清电视播出系统框架与业务流程
2.1 4K超高清电视播出系统框架
4K超高清电视播出系统框架主要包括传输系统，整备系统，总控系统，辅助系统，监管系统等，由此构成了三位一体的播放、管理、
监控、播放平台，实现了资源管理、节目制作和节目分发的互联互通，其整体架构如下图所示。
基于4K超高清电视播出系统的整体框架，可完成节目的传输，播放，调取，监控，传输等多项功能，同时为未来的发展和业务的更新
留出足够的空间。
2.2 4K超高清电视播出系统业务流程
现阶段4K超高清电视播出系统业务流程主要由播放、监控部分和整备、编单部分组成。
（1）整备、编单业务。为保证4K超高清业务的信息完整度，避免在加码、编码过程中的信息丢失，要求在采编过程中使用同样的码率
和编码格式。与此同时，整备系统为了保障4K超高清电视内容进入播放系统的安全性，支持素材文件的导入，转码，迁移等工作。首先通
过迁移服务器将播放内容迁移至云端进行存储，并通过人工作业复核存储的文件，在此基础上进行解码和输出，经审查通过后的文件迁移
至视频服务器中，主要的整备流程如下所示。
针对于4K超高清电视节目准备流程长，所需存储空间大等问题，对于时效性不强的超高清节目，建议提前使用大规模传输方式进行上
载，并在后台完成自动的准备，随后将内容迁移到近端进行转码和存储。编播工作人员只需按照节目单进行编辑，并调取系统中已经完成
准备的电视内容，根据版面串联成播出单，在复核无误后进行加载和备播。
（2）播放、监控业务。播出串联单加载备播后，播出系统会自动对节目单中引用的素材(包括硬盘素材、图文素材)进行存在性检查，
确认相关素材是否正确整备到服务器上，如有异常，会在软件界面进行警示。此外，针对本播出系统特点，播出系统采用“All in One”视频
服务器播控方式(即将文件解码、信号切换、硬盘素材提取、键混处理、图文挂角叠播等功能软件化，利用一体化播放处理器完成播放服
务，进一步优化播放系统)。控制人员依照串联单对视频内容进行播控处理，实现图文挂角、台标叠加和信号切换等功能。
这个过程需要配合使用播放视频服务器，按照播放服务器的要求，在指定时间调出相应节目，并控制字幕处理模块完成内容叠加，输
出高清视频内容。这一过程中如需要播放外来信号，则可在视频服务器的切换模块中进行相应的作业，切换，不同的输入线路。
在上述作业流程过程中，监测系统还能实时监测整个内容及业务的工作状态，如发现其中的异常信息，便会启动相应的报警程序，并
初步判断故障原因，通知相应的工作人员，保障超高清电视播出系统的运行安全。
2.3 软件架构
在模块化和层级化原则的指导上，4K超高清电视播出系统在控制、管理和监控架构中，建立了层级关系明确，功能模块边界清晰的软
件架构，有利于新技术的应用和现有技术的迭代更新。为了保证高清视频材料的播出能力，在基础软件架构中引入了分布式的高清转码模
块，同时在国家标准的要求下，创新性的引入了50帧控制逻辑，增设一致性对比和四连接切换等功能模块，构建了功能完整，内部结构清
晰的软件架构。
通过多年的应用实践，表明模块化的层级架构能够实现较短时间约束下的4K高清播出系统功能架构搭建，同时为将来的云化和微服务
化做出了有利支撑。
3 4K超高清电视播出系统关键技术分析
3.1 音视频数字播出通路
数字播出通路是超高清电视播出系统中的关键核心部分，主要包括应急切换器，数字分配矩阵，数字信号源和数字信号分配放大器等
多个组成部分。现阶段应用较为成熟的播出通路，多采用4连接串行接口，可以同步传输数字视频信号和数字音频信号，很大程度的保证了
音视频的同步。由于采用了“all in one”视频服务播放器控制方式，可以大大降低录像机、字幕机、矩阵切换控制器等设备的使用，整体控制
架构更加简洁明晰。
进一步分析外来信号源，现阶段常使用两条总控信号源，用于接收光纤，电视车，卫星和演播室等的音视频信号。播出信号源主要用
于对硬盘素材，外来信号和图文挂角的播出，使用“一主两备”的视频播放服务器配置。
3.2 视频服务器系统
在视频服务器系统的构建过程中，必须设置通道冗余备份和服务器冗余备份，以此来保证播出质量和播出的连续性。主服务器和一备
用服务器应使用同型号的视频播放服务器，建议采用集群方式进行构建。二备用服务器可使用其他型号的高清视频服务器，建议采用单机
方式完成独立构建，作为应急服务器使用。
4 结语
4K超高清电视播出系统是未来一阶段我国电视台发展的一个重要领域和方向。本文研究以典型的4K超高清电视播出系统为例，重点分
析了控制、管理和监控等诸多方面，并从总体设计和关键技术两个层次，阐述了该系统的设计理念和整体架构。
参考文献：
[1]大洋中标中央电视台4K超高清电视播出项目,助力央视打造4K超高清试验频道[J].广播电视信息,2018(08):111.
[2]郝颀怡.电视台超高清电视播出面临的问题及系统建设规划的思考[J].电视指南,2018(09):292.
[3]安达斯中标广东广播电视台4K超高清电视总控调度系统项目[J].现代电视技术,2018(03):161.
2024年5月17日发(作者：左丘萍雅)
探讨如何构建电视台4K超高清电视播出系统
发布时间：2021-09-27T03:50:03.690Z 来源：《科学与技术》2021年15期 作者： 程暾
[导读] 本文的研究基于超高清电视的发展趋势，从系统框架和业务流程两个方面，探讨了如何构建电视台4K超高清电视播出系统，并就其
中的关键核心技术进行了简要分析，对于该领域的从业人员起到了较好的指导意义。
程暾
重庆广播电视集团（总台） 重庆 400039
摘要：本文的研究基于超高清电视的发展趋势，从系统框架和业务流程两个方面，探讨了如何构建电视台4K超高清电视播出系统，并
就其中的关键核心技术进行了简要分析，对于该领域的从业人员起到了较好的指导意义。
关键字： 电视台，4K超高清，播出系统
超高清电视播出系统是我国广播电视领域的一项革新性的、创新性的技术突破，为我国电视播出系统的发展带来了转型升级的巨大契
机。4K超高清电视播出系统不仅是播出内容的要求，也是整个电视系统面临的重大业务和技术挑战，其中涉及较为复杂的系统工程。为贯
彻和规范4K超高清电视的发展，国家广播总局下发了相关文件，为贯彻这一文件精神，2017~2019年相继推出了高动态范围电视节目制作
与交换图像参数值标准，和超高清晰度电视系统节目制作和交换参数值等一系列的标准规范。
1 超高清电视发展趋势
（1）超高清电视频道会呈现快速增加态势
现阶段我国部分地方电台在超高清电视播放上投入较多，相继有广东台，北京台，浙江台，江苏台等开展了超高清电视播放的探索和
尝试，并取得了较为成功的效果。随着相关技术的发展和受众需求的不断提升，超高清电视将在体育、综艺，新闻，电视剧，纪录片等多
个类型中取得快速发展。
（2）超高清电视的供给难题将会很快解决
调研中发现，不少用户反映现阶段超高清电视节目的供给仍然不足。由于该项技术尚未完全成熟，缺乏常态、稳定的电视播放和制作
能力，在一定程度上影响了该项技术的推广和应用。但是也应注意到，很多地方电台已经开始了该方面的探索，并提供了强有力的政策及
资资金支持，逐渐构建起了一条相对完整的超高清电视节目的播放供应链，为进一步拓展超高清电视供给格局做出了有力支撑。
（3）超高清电视传输渠道更加多样
随着5G技术的快速应用和发展，网络传输成为超高清电视节目及内容传输的重要渠道。与此同时，交互式网络电视和有线电视等纷纷
开展了系统升级和改造，为超高清电视节目的传输提供了技术平台
2 4K超高清电视播出系统框架与业务流程
2.1 4K超高清电视播出系统框架
4K超高清电视播出系统框架主要包括传输系统，整备系统，总控系统，辅助系统，监管系统等，由此构成了三位一体的播放、管理、
监控、播放平台，实现了资源管理、节目制作和节目分发的互联互通，其整体架构如下图所示。
基于4K超高清电视播出系统的整体框架，可完成节目的传输，播放，调取，监控，传输等多项功能，同时为未来的发展和业务的更新
留出足够的空间。
2.2 4K超高清电视播出系统业务流程
现阶段4K超高清电视播出系统业务流程主要由播放、监控部分和整备、编单部分组成。
（1）整备、编单业务。为保证4K超高清业务的信息完整度，避免在加码、编码过程中的信息丢失，要求在采编过程中使用同样的码率
和编码格式。与此同时，整备系统为了保障4K超高清电视内容进入播放系统的安全性，支持素材文件的导入，转码，迁移等工作。首先通
过迁移服务器将播放内容迁移至云端进行存储，并通过人工作业复核存储的文件，在此基础上进行解码和输出，经审查通过后的文件迁移
至视频服务器中，主要的整备流程如下所示。
针对于4K超高清电视节目准备流程长，所需存储空间大等问题，对于时效性不强的超高清节目，建议提前使用大规模传输方式进行上
载，并在后台完成自动的准备，随后将内容迁移到近端进行转码和存储。编播工作人员只需按照节目单进行编辑，并调取系统中已经完成
准备的电视内容，根据版面串联成播出单，在复核无误后进行加载和备播。
（2）播放、监控业务。播出串联单加载备播后，播出系统会自动对节目单中引用的素材(包括硬盘素材、图文素材)进行存在性检查，
确认相关素材是否正确整备到服务器上，如有异常，会在软件界面进行警示。此外，针对本播出系统特点，播出系统采用“All in One”视频
服务器播控方式(即将文件解码、信号切换、硬盘素材提取、键混处理、图文挂角叠播等功能软件化，利用一体化播放处理器完成播放服
务，进一步优化播放系统)。控制人员依照串联单对视频内容进行播控处理，实现图文挂角、台标叠加和信号切换等功能。
这个过程需要配合使用播放视频服务器，按照播放服务器的要求，在指定时间调出相应节目，并控制字幕处理模块完成内容叠加，输
出高清视频内容。这一过程中如需要播放外来信号，则可在视频服务器的切换模块中进行相应的作业，切换，不同的输入线路。
在上述作业流程过程中，监测系统还能实时监测整个内容及业务的工作状态，如发现其中的异常信息，便会启动相应的报警程序，并
初步判断故障原因，通知相应的工作人员，保障超高清电视播出系统的运行安全。
2.3 软件架构
在模块化和层级化原则的指导上，4K超高清电视播出系统在控制、管理和监控架构中，建立了层级关系明确，功能模块边界清晰的软
件架构，有利于新技术的应用和现有技术的迭代更新。为了保证高清视频材料的播出能力，在基础软件架构中引入了分布式的高清转码模
块，同时在国家标准的要求下，创新性的引入了50帧控制逻辑，增设一致性对比和四连接切换等功能模块，构建了功能完整，内部结构清
晰的软件架构。
通过多年的应用实践，表明模块化的层级架构能够实现较短时间约束下的4K高清播出系统功能架构搭建，同时为将来的云化和微服务
化做出了有利支撑。
3 4K超高清电视播出系统关键技术分析
3.1 音视频数字播出通路
数字播出通路是超高清电视播出系统中的关键核心部分，主要包括应急切换器，数字分配矩阵，数字信号源和数字信号分配放大器等
多个组成部分。现阶段应用较为成熟的播出通路，多采用4连接串行接口，可以同步传输数字视频信号和数字音频信号，很大程度的保证了
音视频的同步。由于采用了“all in one”视频服务播放器控制方式，可以大大降低录像机、字幕机、矩阵切换控制器等设备的使用，整体控制
架构更加简洁明晰。
进一步分析外来信号源，现阶段常使用两条总控信号源，用于接收光纤，电视车，卫星和演播室等的音视频信号。播出信号源主要用
于对硬盘素材，外来信号和图文挂角的播出，使用“一主两备”的视频播放服务器配置。
3.2 视频服务器系统
在视频服务器系统的构建过程中，必须设置通道冗余备份和服务器冗余备份，以此来保证播出质量和播出的连续性。主服务器和一备
用服务器应使用同型号的视频播放服务器，建议采用集群方式进行构建。二备用服务器可使用其他型号的高清视频服务器，建议采用单机
方式完成独立构建，作为应急服务器使用。
4 结语
4K超高清电视播出系统是未来一阶段我国电视台发展的一个重要领域和方向。本文研究以典型的4K超高清电视播出系统为例，重点分
析了控制、管理和监控等诸多方面，并从总体设计和关键技术两个层次，阐述了该系统的设计理念和整体架构。
参考文献：
[1]大洋中标中央电视台4K超高清电视播出项目,助力央视打造4K超高清试验频道[J].广播电视信息,2018(08):111.
[2]郝颀怡.电视台超高清电视播出面临的问题及系统建设规划的思考[J].电视指南,2018(09):292.
[3]安达斯中标广东广播电视台4K超高清电视总控调度系统项目[J].现代电视技术,2018(03):161.