2024年5月17日发(作者：壤驷静涵)
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广东广播电视台
范创奇 邢卫东
一
广东广播电视台
系统建设情况
4K超高清技术
1. 技术规划
4K超高清播出频道在国内尚无案例，国家相关技术标
准当时也还未发布，广东广播电视台首先要完成的是相关的
技术储备和技术规划。从2017年4月份开始，广东台邀请
业内技术专家、核心厂商到台进行技术交流，还多批次组织
技术骨干外出考察，了解学习业内其他单位的4K超高清电
视技术系统，得到了总局规划院、广科院和业内同行的大力
支持以及宝贵的意见和指导建议。通过大量的交流和学习，
范创奇现任广东广播电视台总工程师。长期工作在广
形成了一个基本的技术思路。5月份，台内各技术环节共同
电制播技术和管理岗位，历任广东电视台总工程师，广东
广播电视台副总工程师、总工程师，曾获中国电影电视技术
反复讨论、论证，不断完善思路和方案；6月份，完成了《广
学会全国杰出影视科技工作者奖，目前牵头广东广播电视台
东广播电视台4K超高清频道制播系统技术方案》。
4K超高清电视制播体系的建设工作。
方案拟定4K超高清电视节目制播的基本参数为
3840×2160分辨率、50P帧率、ITU-R BT.2020色域、10bit
色深，暂采用HLG转换曲线进行4K HDR节目播出。提出
2017年4月，广东省政府印发了《关于开展新数字家
4K超高清电视/HD电视兼容制作；HDR/ SDR 兼容制作；
庭行动 推动4K电视网络应用与产业发展的实施方案》，
制作域兼容多种帧率；根据节目形态将后期制作分常规节
决定大力推动4K超高清产业发展，从宽带、显示终端、数
目制作和高端制作两种工作流程模式；在节目记录/交换/
字家庭网络应用、4K节目制作生产等几个方面，带动全省
归档与送播上推动网络化/文件化的节目生产流程；声音制
相关产业的发展，预计可实现产值6000亿元以上。由于发
播上具备立体声、环绕声和3D音频制播能力；通过IPTV
展势头比较好，在今年的3月29日，工信部、广电总局、
和有线电视网络进行节目分发和传输覆盖等技术策略。
广东省政府共同召开了4K产业发展大会，大力推进4K产
业发展。根据广东省委省政府的战略部署，广东广播电视
2. 产品测试和技术推进
台于2017年4月启动了4K超高清电视制播规划和建设。
从2017年6月份开始，广东广播电视台技术部门开始
经过大半年的努力，取得了技术系统建设的阶段性成果，
与制作、播出设备厂家进行关于设备设计的研讨。7 至9月
具备了初步的4K超高清电视节目制作播出能力，于2017
份，组织测试了业内主要厂商的4K超高清设备和技术解决
年12月23日顺利启动4K超高清电视试验播出。本文介绍
方案，范围涵盖播控设备、摄像机、演播室设备、IP设备、
广东广播电视台在4K超高清频道的规划、建设和播出中所
监视器、后期制作设备等。这些测试为探索建立电视制作
做的一些工作，以及这过程当中的一些思考。
到播出的完整技术链条提供了重要依据，结合相关测试推
现代电视技术
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2018年北京国际电视技术研讨会（ITTC2018）
动了设备厂家的产品研发工作，重点是SDR/HDR的转换以
1. 摄录与显示问题：宽色域上的高动态范围
及多层实时的非线性编辑制作研发工作，在摄像机设计等
除了分辨率的提升，宽色域（WCG）和高动态范围（HDR）
方面的改进建议也得到厂家的认同和良好反馈，相关工作
是呈现完美4K图像的两大要素。目前电视机市场已是平板
整体上促进了适于节目快速制播的4K超高清制作、播出、
电视的天下，普通LED平板电视能够达到300nit的亮度（大
测试、监看产品完整链条的形成。
约是CRT的2倍，远远超过100nit的传统电视标定值），
动态范围可达3000:1
，OLED平板电视能够达到400nit以
3. 技术系统建设
上的亮度，动态范围可达8000:1以上，随着LCD技术的发
2017年10月份，广东广播电视台启动了第一期4K超
展，制造1000nit亮度，动态范围达到或超过10
5
:1的电视
高清建设项目，目标是进行核心的、必要的系统建设和设屏也具备技术基础，而好的电视屏能覆盖Rec.2020色域的
备购买。2018年将在第一期建设的基础上，继续完善并新
70~80%，平板电视所能够呈现的颜色和动态范围已经远远
增建设项目。经过两期的渐进建设后，广东台将拥有成规超过过去的CRT。随着技术的发展，在更好的电视屏上呈
模的4K超高清 ENG摄像机、非编制作网络、素材存储与现接近自然的具有更丰富色彩和层次的内容，电视制播面
管理系统、高端后期制作系统，以及配置4K HDR讯道的向宽色域上HDR的转型升级将成为必然的趋势。
演播室群、电视转播车以及总控与调度系统、频道播出系统、不过，高动态和宽色域在技术发展与认知初期会造成
信号传输分发系统等技术系统。一定的困扰。
上述技术系统构成了相对完整的4K超高清制播技术体首先是转换曲线带来的问题。HDR力求能够呈现10
5
:1
系，如图1所示，涵盖了前期拍摄、收录、后期剪辑、素
的动态范围，为了用10bit或12bit数据表示10
5
个灰度层
材管理、调色、特效合成、备播和播出等生产流程，可为次，HDR技术采用非线性转换为图像高亮部分分配了一定
4K超高清纪录片、专题片和综艺节目的制作提供技术支撑，
的表达数据，从而获得更好的图像呈现效果。但不同的机
可支持一个4K超高清频道的节目播出。构、厂商推出了不同的转换曲线，其中以杜比的PQ曲线、
NHK与BBC共同推出的HLG曲线使用最多，
两者针对的动态范围也有所不同。
PQ定义了一
个10000nit亮度范围内的绝对亮度转换曲线，
通过静态或动态元数据来确保用户终端准确呈
现HDR或SDR视频。HLG则以1000nit为峰
值亮度基准，定义了一个相对亮度转换曲线，
目的是兼容适配不同能力的电视终端（制作端
制作超过1000nit的HDR视频时，需要修正转
换曲线）。此外，索尼、松下、阿莱和佳能等
公司也在摄像机端推出了不同的HDR曲线以满
1
广东广播电视台的4K超高清制播技术体系
足制作端的多样化需求。
这种多元化给电视节目制播带来了困扰，诸多技术参
4. 4K
数的设定不再是唯一的，例如针对不同转换曲线制作视频
2017
超高清节目试验播出
年12月23日，广东广播电视台正式启动
4K节
需要选择相应的工作参数和显示参数，一旦设置不当，出
目试播。4K播出信号通过IPTV平台、省有线电视网络平
现不匹配，制作和显示结果就会出现问题。而对于一些转
台向测试用户组进行分发，用户可通过已授权的专用机顶
换曲线标记不明确的视频，难以正确显示。此外，当对视
盒进行解码观看。
频进行不同曲线之间的转换时，需要审慎、恰当处理色彩、
灰度层次、动态范围和峰值亮度等的调整和匹配，避免造
二
成色彩和灰度层次损失。
4K超高清带来的技术变革和实现
难点
其次是兼容和同播带来的问题。考虑到发展的阶段性
及现阶段的兼容制作需求，HDR/SDR的相互转换是目前
超高清技术理念上的变革带来制作工艺、制作模式的变
4K超高清要解决的关键问题之一。在制播域，4K超高清
革，在4K超高清频道的建设过程中呈现出一系列实现难点。
发展初期我们关注以下几个问题：4K HDR制作的节目如何
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Engineering
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能在高清频道上高质量地同播或录制播出？当4K WCG &
HDR制作的节目分发传输到SDR、窄色域的接收终端时，
2. 基带系统构架问题：IP和SDI
基于IP协议的电视基带信号传输是讨论已久的技术，
如何评估受众的感受并更好地适配？此外，传统的Rec.709
但发展不如预期。主要原因是SDI的系统非常成熟、稳定，
色域上的SDR节目如何更好地转换为Rec.2020色域上的
系统性价比也高得多，更新换代的动力不足。
HDR节目并在终端更好地呈现，这也是需要努力探索致力
4K超高清的到来为基带IP传输的发展带来了机遇。一
解决的问题。
方面，SDI技术没有为12G基带体系做好充足准备，比如
ITU的相关文件，在上述问题上提出了一些解决方案，
传统4×3G技术带来系统设计的繁琐和实施困难，12G SDI
需要得到更好的计算能力支持。目前来看，高质量的实时
技术发展迟缓等，而与此同时，基于
IP的技术（尽管首先
HDR/SDR转换产品可望不断改善，从而满足HDR/SDR同
是基于视觉无损压缩）简洁、灵活地解决了超高清技术体
时现场制作以及终端显示的转换需求。
系的建立问题，尤其是提供了简洁、可靠的大规模信号传
输和调度方案。另一方面，传统
广电技术在发展中遇到了瓶颈，
基于IP的技术显现出比SDI技
术更为先进的属性，使得这一技
术在技术体系的更新换代中得到
了更多的重视。SMPTE（电影和
电视工程师协会）起草的SMPTE
ST 2110 IP专业媒体标准，解决了
音视频基带领域IP系统的标准化
和互联互通问题，进一步推动了
2
Rec.2020色域上的HDR显示空间和不同的图像转换曲线
IP技术的应用。
第三是图像表达本身的问题。HDR图像与SDR图
在探讨4K超高清制播系统基带系统构架问题时，基于
像相比，其表现力不仅在于亮度和对比度范围的扩大，
IP的技术是不可回避的问题，但需要关注几个重要问题：
还在于图像灰度（电平）分布的差别。为呈现符合人眼
第一，对于基于IP的新技术的学习和适应。广电工程
视觉以及逼近自然的图像效果，HDR图像为大部分亮部
师和技术值守人员更习惯连接简单、即插即用和所见即所
区域尤其是高亮区域分配了相对较少的灰度级（或信号
得的SDI模式。IP化将带来不一样的定时标准（PTP），
电平）来表示，而为中暗部区域分配了较多的灰度级（或
相对复杂的连接管理（比如多层的网络管理，设备加入的
信号电平）来表示。从表1
可以看到，HDR中的参考白为
注册、授权，协议的对接和转换等），所见的（监看的）
203nit（1nit=1cd/m
2
），在HLG 1000nit系统中给予亮度在
未必是要得到的（输出）的路由特性，打破传统音视频系
203nit以下的图像75%的信号电平（或灰度级）来表示。
统的时空边界，等等。理解、消化基于IP的技术有一个过程；
当给予物体203nit以上亮度（超过亮度峰值的20.3%）表
对于如何规划IP系统的边界、侦测IP路由上的故障、确保
示时，物体的灰度层次会迅速降低，这表明必须慎用高亮
安全播出，需要一个实践过程；熟悉相关应用并合理操作、
度来表示物体。这和处理SDR图像的习惯有相当大的区别。
维护，也需要一个过程。
在摄制和调色过程中，不能正确理解和使用HDR的图像表
第二，对于更为复杂的售后服务体系的适应。相对于
达方法会造成HDR图像质量的下降，并严重影响视觉感受。
SDI，IP技术尽管解决方案更为简洁，但管理更为复杂，不
表1 ITU-R BT.2408 建议的PQ和HLG制作中的标称信号电平
同层次的网络管理、虚拟化、软件定义网络等等，使得运
反射物体
PQ和HLG 1000
标称信号电平
行维护更为复杂、专业，伴随着IP技术的应用，IT行业相
标称亮度（cd/m
2
）
PQ（%）HLG（%）
18%灰度卡263838
对“昂贵”的售后服务将不可避免地进入电视中心基带领域。
83%灰度图1625671
第三，IP化是起点不是终点。IP技术对于视音频基带
90%灰度图1795773
系统的改造尽管具有本质变化，但最初仍然仅仅是传输方
HDR 100%参考白
式和核心设备的替代，比如光纤替代同轴线，交换机替代
（也称漫射白和图形白）
2035875
矩阵，基带处理设备（如切换台、周边处理设备）增加网
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络接口。随着相关技术的发展，远程控制、数据中心化以
期采用大规模硬盘存储。图3是超高清电视节目记录和交换、
及虚拟化、云化等技术将会逐步运用于电视中心基带系统，
存储的一种典型工艺流程：用高速闪存卡或硬盘记录节目，
系统的构架将逐步演变。在技术发展上，IP化不会是终点，
然后把它放到大规模的存储（池）或者网络上的安全云存
而是一个新的起点，广电人需要思考IP化对于传统制播工
储上，拿到本地（包括本地局域网）或者采用高速访问进
艺带来的变化，并努力、积极地去适应这些变化。
行编辑，之后将成品节目推送到发布区进行发布（包括传
第四，SDI仍具有其积极意义。12G SDI技术出现了积
统播出和网络分发）。
极变化，正在后来居上。沿用1.5G或3G SDI的绝大部分
技术框架就可以搭建起与过去工作流程大同小异的12G SDI
技术体系。在IP技术构架仍处于探索阶段的时候，安全、
稳定的SDI技术构架仍具有其积极意义，定位也有待观察。
3. 电视制播的工艺变革
4K超高清电视不仅仅是图像分辨率的提升，还从图像
的色域、帧频、动态范围和伴音等方面重新定义了电视，
3
4K超高清电视节目的记录、交换和存储
其追求的身临其境的“沉浸”式感受给电视观众的视听体
（3）演播室制作和播控的变革
验带来了质的飞跃。4K超高清电视新的视听追求也带来了
由于4K超高清基带码率达到12Gbps，IP技术和新的
电视制播工艺的变革。
12G SDI技术逐渐取代1.5G或3G SDI技术。尤其是IP化
（1）前期拍摄的变革
使得系统更为简化，同时使技术朝向虚拟化、集中化管理
在前期拍摄环节，4K超高清更大的分辨率带来景深更
和远程化控制而发展。这要求电视工程师要逐步具备IT技
小、聚焦更难的问题。与此同时，适于4K超高清拍摄的高
术的素养，而有偿的IT售后服务也将进入到传统电视中心
质量镜头变得更大、更重、短焦焦段更窄。同时，4K超高
基带领域。
清摄像机追求更为轻巧的机身，采用单片CMOS以及更高
（4）后期制作模式的变革
集成度和智能化的处理电路、固态存储卡记录、更轻的外
在4K超高清电视来临的时候，成熟的电影制作流程被
壳材料等，这使得安装镜头后配重产生了头重尾轻的变化。
借鉴并应用到电视制作中来。但是，电视节目量大、快速、
这些变化使得摄影师在大多数情况下，难以像过去那样肩
小团队制作的特点，使得它在“拿来”电影制作模式时存
扛着摄像机进行推、拉、摇、移的操作。如果追求更佳拍
在不少问题。后期制作中，数字电影通常有代理剪辑、回
摄效果，还要携带更多的不同焦段的镜头。
套、合成和调色等环节，复杂的还需要多级校色。这些对
（2）记录和存储的变革
于大多数电视节目制作来说不现实。如何合理地确定存储
4K超高清非压缩的文件化净数据量是高清（HD）的
码率？如何提高现有技术对多层实时编辑的支持能力？如
10 倍，数据量大大增加。存储10bit量化的4K超高清信号，
何令HDR的图像准确呈现？节目制作如何兼顾快捷与高质
如果按照Apple的ProRes HQ或Avid的DNxHR HQX的
量的要求？这一系列的问题，成为过去一年多来广东台和
编码格式记录，码流大约在1.2Gbps~1.5Gbps，1张256GB
后期设备生产厂商交流的主题。
的高速存储卡大约能记录大约20分钟的节目素材。如果
采用拍摄录制的原码流编辑、三层以上的快速非线性
采用Sony的XAVC或者Panasonic的AVC Ultra LT的编
制作、高质量的HDR/SDR转换等技术在过去一年有了突破
码格式记录，码流大约在400Mbps~500Mbps，1张256GB
性进展。
的高速存储卡大约能记录大约1小时的节目素材。尽管记
（5）监看工艺的变革
录单元成本在快速下降，但单位节目时长记录成本相对于
高分辨率的大屏、高动态范围、宽色域等因素，带来
此前的磁带和蓝光盘记录仍大大增加了。如果要追求线性
了全制播域节目监看工艺的变化。需要考虑让导演和编辑
γ的Raw格式，数据量更大，前期记录则需要借助外置
人员既能舒适监看，又能感受和表达大屏幕沉浸式视频镜
硬盘记录。
头语言。在高清到超高清的过渡期，要确保4K超高清节
4K超高清电视节目的记录、交换和存储，目前面临几
目制作系统制作的节目能够在高清频道使用，还需要监看
乎无可替代的模式，即前期使用固态存储卡前期记录和后
Rec.709色域的SDR（标准动态范围）图像效果。
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（6）“沉浸式”的声音制作
在实践中，广东广播电视台在IPTV平台为用户提供
“沉浸式”的三维声是4K超高清的一个组成部分。三
了三个节目流，分别是Rec.709色域上的25帧率8比特节
维声在5.1环绕声的基础上在头顶上方增加了音源采集平
目流、50帧率10比特节目流，以及Rec.2020色域上的50
面，并添加了用于呈现特殊效果的矢量对象元素，使得电
帧率10比特节目流，以方便拥有不同机顶盒（包括存量的
视声音的表现力更强。同时，制作工艺也更为复杂。
25P机顶盒）和接收机的终端用户能更好地接收并呈现4K
（7）灯光和舞台设计的变化
超高清频道节目。在有线电视网，目前则主要在试验播出
4K HDR超高清也给灯光和舞台设计带来变化。由于摄
Rec.2020色域上的50帧率HDR（10比特）节目。
像机感光器件的像素点更密更小，现场摄制要求更高照度
对于电视分发到终端的适配，广东广播电视台联合广
和更均匀的灯光铺设。同时也要求灯光和舞台设计更为细
科院和相关运营商、机顶盒和电视机厂家一起正在起草一
腻，一方面，4K HDR拍摄的图像无论是亮部还是暗部都呈
份《超高清晰度电视技术应用指南》，希望规范元数据，
现了更多的细节，灯光和舞美设计必须处理好相关细节，
并通过机顶盒与电视终端的握手和通信，以及机顶盒端的
要体现出符合4K HDR图像特性的效果，给出更为丰富的
HDR/SDR和4K UHD/HD转换形成4K HDR电视图像在存
暗部层次和恰到好处的亮部处理；另一方面，灯光和舞台
量和增量电视终端上的全面高质量覆盖，以期解决目前的
设计可以更为大胆地运用过去不敢使用的丰富色调，营造
4K超高清电视落地问题。
电视图像在宽色域上的丰富色彩。
从灯光和舞台设计开始控制作品色调和质量可能是4K
三 结束语
超高清电视制作中可以尝试的一个新的工艺手段。
4K超高清电视技术目前处于开发期，内容创作模式有
4. 4K超高清电视的传输和终端接收问题
待实践，是探索性的实验工程。推进4K超高清电视对于电
目前，基于AVS2国标的超高清电视传输方案还在推
视台来说是压力也是机遇，我们在关注各种问题的时候，也
进中，4K超高清电视频道的落地还存在问题。考虑到4K
在积极探索、协调和解决这些问题。目前，国内4K标准在
超高清节目的色域、动态范围、分辨率等与电视接收机的
逐步落地，技术在加快发展，具有“更大的尺寸、更宽的色域、
匹配存在问题，终端的接收效果还不尽如人意，要令用户
更高的动态范围和更好的声音体验”的真正意义上的4K超
真正地体验到4K超高清带来的震撼效果还并不容易，这给
高清平板电视正在起步发展。希望经过一个阶段性的探索和
推动4K超高清电视带来一定的困难。
推动，我们可以真正迎接4K超高清电视时代的到来。
（上接第56页）
2. 安防系统
网技术和理念，使得本转播车实现了全媒体采集、制作、
由于转播车经常辗转各地，对于车内设备，零配件的
编码和分发的各项功能，并顺应了当前移动互联网时代的
安全防范也值得引起重视。如果在车内安装无死角安防监
迅猛发展，满足了崇明区新闻传媒中心全媒体宣传制作报
控系统，那么对于车内人员的安全得到了充分的保障，对
道的需求，同时也通过一些微创新对现有系统提出了一些
于播出工作提升了效率。
新的构思和想法，为今后的媒体互动、虚拟包装、全流程
分发等配套提供技术支撑，也为崇明世界级生态岛的建设
四 结语
发展提供有力的全平台全流程媒体宣传、报道的技术服务
能力。
本次崇明区新闻传媒中心全媒体高清转播车项目的总
体规划设计在吸取了各大媒体单位转播车成熟应用的基
参考文献
础之上，结合全媒体环境应用的具体需求，与上海东方传
[1] GY/T 164-2000 演播室串行数字光纤传输系统
媒技术有限公司的技术团队通力协作，在人机操作环境
[2] GY/T 157-2000 演播室高清晰度电视数字视频信号接口
的优化、制作内容的多屏推流传输、转播车全方位智能
[3] GY/T 224-2007 数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法
监控和安防系统的全方位部署和AR/VR及全媒体互动制
[4] GY/T 253-2011 数字切换矩阵技术要求和测量方法
作的扩展预留，做了一些大胆的创新，应用了最新的互联
[5] GY/T 159-2000 4:4:4数字分量视频信号接口
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准当时也还未发布，广东广播电视台首先要完成的是相关的
技术储备和技术规划。从2017年4月份开始，广东台邀请
业内技术专家、核心厂商到台进行技术交流，还多批次组织
技术骨干外出考察，了解学习业内其他单位的4K超高清电
视技术系统，得到了总局规划院、广科院和业内同行的大力
支持以及宝贵的意见和指导建议。通过大量的交流和学习，
范创奇现任广东广播电视台总工程师。长期工作在广
形成了一个基本的技术思路。5月份，台内各技术环节共同
电制播技术和管理岗位，历任广东电视台总工程师，广东
广播电视台副总工程师、总工程师，曾获中国电影电视技术
反复讨论、论证，不断完善思路和方案；6月份，完成了《广
学会全国杰出影视科技工作者奖，目前牵头广东广播电视台
东广播电视台4K超高清频道制播系统技术方案》。
4K超高清电视制播体系的建设工作。
方案拟定4K超高清电视节目制播的基本参数为
3840×2160分辨率、50P帧率、ITU-R BT.2020色域、10bit
色深，暂采用HLG转换曲线进行4K HDR节目播出。提出
2017年4月，广东省政府印发了《关于开展新数字家
4K超高清电视/HD电视兼容制作；HDR/ SDR 兼容制作；
庭行动 推动4K电视网络应用与产业发展的实施方案》，
制作域兼容多种帧率；根据节目形态将后期制作分常规节
决定大力推动4K超高清产业发展，从宽带、显示终端、数
目制作和高端制作两种工作流程模式；在节目记录/交换/
字家庭网络应用、4K节目制作生产等几个方面，带动全省
归档与送播上推动网络化/文件化的节目生产流程；声音制
相关产业的发展，预计可实现产值6000亿元以上。由于发
播上具备立体声、环绕声和3D音频制播能力；通过IPTV
展势头比较好，在今年的3月29日，工信部、广电总局、
和有线电视网络进行节目分发和传输覆盖等技术策略。
广东省政府共同召开了4K产业发展大会，大力推进4K产
业发展。根据广东省委省政府的战略部署，广东广播电视
2. 产品测试和技术推进
台于2017年4月启动了4K超高清电视制播规划和建设。
从2017年6月份开始，广东广播电视台技术部门开始
经过大半年的努力，取得了技术系统建设的阶段性成果，
与制作、播出设备厂家进行关于设备设计的研讨。7 至9月
具备了初步的4K超高清电视节目制作播出能力，于2017
份，组织测试了业内主要厂商的4K超高清设备和技术解决
年12月23日顺利启动4K超高清电视试验播出。本文介绍
方案，范围涵盖播控设备、摄像机、演播室设备、IP设备、
广东广播电视台在4K超高清频道的规划、建设和播出中所
监视器、后期制作设备等。这些测试为探索建立电视制作
做的一些工作，以及这过程当中的一些思考。
到播出的完整技术链条提供了重要依据，结合相关测试推
现代电视技术
2018.7
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2018年北京国际电视技术研讨会（ITTC2018）
动了设备厂家的产品研发工作，重点是SDR/HDR的转换以
1. 摄录与显示问题：宽色域上的高动态范围
及多层实时的非线性编辑制作研发工作，在摄像机设计等
除了分辨率的提升，宽色域（WCG）和高动态范围（HDR）
方面的改进建议也得到厂家的认同和良好反馈，相关工作
是呈现完美4K图像的两大要素。目前电视机市场已是平板
整体上促进了适于节目快速制播的4K超高清制作、播出、
电视的天下，普通LED平板电视能够达到300nit的亮度（大
测试、监看产品完整链条的形成。
约是CRT的2倍，远远超过100nit的传统电视标定值），
动态范围可达3000:1
，OLED平板电视能够达到400nit以
3. 技术系统建设
上的亮度，动态范围可达8000:1以上，随着LCD技术的发
2017年10月份，广东广播电视台启动了第一期4K超
展，制造1000nit亮度，动态范围达到或超过10
5
:1的电视
高清建设项目，目标是进行核心的、必要的系统建设和设屏也具备技术基础，而好的电视屏能覆盖Rec.2020色域的
备购买。2018年将在第一期建设的基础上，继续完善并新
70~80%，平板电视所能够呈现的颜色和动态范围已经远远
增建设项目。经过两期的渐进建设后，广东台将拥有成规超过过去的CRT。随着技术的发展，在更好的电视屏上呈
模的4K超高清 ENG摄像机、非编制作网络、素材存储与现接近自然的具有更丰富色彩和层次的内容，电视制播面
管理系统、高端后期制作系统，以及配置4K HDR讯道的向宽色域上HDR的转型升级将成为必然的趋势。
演播室群、电视转播车以及总控与调度系统、频道播出系统、不过，高动态和宽色域在技术发展与认知初期会造成
信号传输分发系统等技术系统。一定的困扰。
上述技术系统构成了相对完整的4K超高清制播技术体首先是转换曲线带来的问题。HDR力求能够呈现10
5
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系，如图1所示，涵盖了前期拍摄、收录、后期剪辑、素
的动态范围，为了用10bit或12bit数据表示10
5
个灰度层
材管理、调色、特效合成、备播和播出等生产流程，可为次，HDR技术采用非线性转换为图像高亮部分分配了一定
4K超高清纪录片、专题片和综艺节目的制作提供技术支撑，
的表达数据，从而获得更好的图像呈现效果。但不同的机
可支持一个4K超高清频道的节目播出。构、厂商推出了不同的转换曲线，其中以杜比的PQ曲线、
NHK与BBC共同推出的HLG曲线使用最多，
两者针对的动态范围也有所不同。
PQ定义了一
个10000nit亮度范围内的绝对亮度转换曲线，
通过静态或动态元数据来确保用户终端准确呈
现HDR或SDR视频。HLG则以1000nit为峰
值亮度基准，定义了一个相对亮度转换曲线，
目的是兼容适配不同能力的电视终端（制作端
制作超过1000nit的HDR视频时，需要修正转
换曲线）。此外，索尼、松下、阿莱和佳能等
公司也在摄像机端推出了不同的HDR曲线以满
1
广东广播电视台的4K超高清制播技术体系
足制作端的多样化需求。
这种多元化给电视节目制播带来了困扰，诸多技术参
4. 4K
数的设定不再是唯一的，例如针对不同转换曲线制作视频
2017
超高清节目试验播出
年12月23日，广东广播电视台正式启动
4K节
需要选择相应的工作参数和显示参数，一旦设置不当，出
目试播。4K播出信号通过IPTV平台、省有线电视网络平
现不匹配，制作和显示结果就会出现问题。而对于一些转
台向测试用户组进行分发，用户可通过已授权的专用机顶
换曲线标记不明确的视频，难以正确显示。此外，当对视
盒进行解码观看。
频进行不同曲线之间的转换时，需要审慎、恰当处理色彩、
灰度层次、动态范围和峰值亮度等的调整和匹配，避免造
二
成色彩和灰度层次损失。
4K超高清带来的技术变革和实现
难点
其次是兼容和同播带来的问题。考虑到发展的阶段性
及现阶段的兼容制作需求，HDR/SDR的相互转换是目前
超高清技术理念上的变革带来制作工艺、制作模式的变
4K超高清要解决的关键问题之一。在制播域，4K超高清
革，在4K超高清频道的建设过程中呈现出一系列实现难点。
发展初期我们关注以下几个问题：4K HDR制作的节目如何
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能在高清频道上高质量地同播或录制播出？当4K WCG &
HDR制作的节目分发传输到SDR、窄色域的接收终端时，
2. 基带系统构架问题：IP和SDI
基于IP协议的电视基带信号传输是讨论已久的技术，
如何评估受众的感受并更好地适配？此外，传统的Rec.709
但发展不如预期。主要原因是SDI的系统非常成熟、稳定，
色域上的SDR节目如何更好地转换为Rec.2020色域上的
系统性价比也高得多，更新换代的动力不足。
HDR节目并在终端更好地呈现，这也是需要努力探索致力
4K超高清的到来为基带IP传输的发展带来了机遇。一
解决的问题。
方面，SDI技术没有为12G基带体系做好充足准备，比如
ITU的相关文件，在上述问题上提出了一些解决方案，
传统4×3G技术带来系统设计的繁琐和实施困难，12G SDI
需要得到更好的计算能力支持。目前来看，高质量的实时
技术发展迟缓等，而与此同时，基于
IP的技术（尽管首先
HDR/SDR转换产品可望不断改善，从而满足HDR/SDR同
是基于视觉无损压缩）简洁、灵活地解决了超高清技术体
时现场制作以及终端显示的转换需求。
系的建立问题，尤其是提供了简洁、可靠的大规模信号传
输和调度方案。另一方面，传统
广电技术在发展中遇到了瓶颈，
基于IP的技术显现出比SDI技
术更为先进的属性，使得这一技
术在技术体系的更新换代中得到
了更多的重视。SMPTE（电影和
电视工程师协会）起草的SMPTE
ST 2110 IP专业媒体标准，解决了
音视频基带领域IP系统的标准化
和互联互通问题，进一步推动了
2
Rec.2020色域上的HDR显示空间和不同的图像转换曲线
IP技术的应用。
第三是图像表达本身的问题。HDR图像与SDR图
在探讨4K超高清制播系统基带系统构架问题时，基于
像相比，其表现力不仅在于亮度和对比度范围的扩大，
IP的技术是不可回避的问题，但需要关注几个重要问题：
还在于图像灰度（电平）分布的差别。为呈现符合人眼
第一，对于基于IP的新技术的学习和适应。广电工程
视觉以及逼近自然的图像效果，HDR图像为大部分亮部
师和技术值守人员更习惯连接简单、即插即用和所见即所
区域尤其是高亮区域分配了相对较少的灰度级（或信号
得的SDI模式。IP化将带来不一样的定时标准（PTP），
电平）来表示，而为中暗部区域分配了较多的灰度级（或
相对复杂的连接管理（比如多层的网络管理，设备加入的
信号电平）来表示。从表1
可以看到，HDR中的参考白为
注册、授权，协议的对接和转换等），所见的（监看的）
203nit（1nit=1cd/m
2
），在HLG 1000nit系统中给予亮度在
未必是要得到的（输出）的路由特性，打破传统音视频系
203nit以下的图像75%的信号电平（或灰度级）来表示。
统的时空边界，等等。理解、消化基于IP的技术有一个过程；
当给予物体203nit以上亮度（超过亮度峰值的20.3%）表
对于如何规划IP系统的边界、侦测IP路由上的故障、确保
示时，物体的灰度层次会迅速降低，这表明必须慎用高亮
安全播出，需要一个实践过程；熟悉相关应用并合理操作、
度来表示物体。这和处理SDR图像的习惯有相当大的区别。
维护，也需要一个过程。
在摄制和调色过程中，不能正确理解和使用HDR的图像表
第二，对于更为复杂的售后服务体系的适应。相对于
达方法会造成HDR图像质量的下降，并严重影响视觉感受。
SDI，IP技术尽管解决方案更为简洁，但管理更为复杂，不
表1 ITU-R BT.2408 建议的PQ和HLG制作中的标称信号电平
同层次的网络管理、虚拟化、软件定义网络等等，使得运
反射物体
PQ和HLG 1000
标称信号电平
行维护更为复杂、专业，伴随着IP技术的应用，IT行业相
标称亮度（cd/m
2
）
PQ（%）HLG（%）
18%灰度卡263838
对“昂贵”的售后服务将不可避免地进入电视中心基带领域。
83%灰度图1625671
第三，IP化是起点不是终点。IP技术对于视音频基带
90%灰度图1795773
系统的改造尽管具有本质变化，但最初仍然仅仅是传输方
HDR 100%参考白
式和核心设备的替代，比如光纤替代同轴线，交换机替代
（也称漫射白和图形白）
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矩阵，基带处理设备（如切换台、周边处理设备）增加网
现代电视技术
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Focus
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2018年北京国际电视技术研讨会（ITTC2018）
络接口。随着相关技术的发展，远程控制、数据中心化以
期采用大规模硬盘存储。图3是超高清电视节目记录和交换、
及虚拟化、云化等技术将会逐步运用于电视中心基带系统，
存储的一种典型工艺流程：用高速闪存卡或硬盘记录节目，
系统的构架将逐步演变。在技术发展上，IP化不会是终点，
然后把它放到大规模的存储（池）或者网络上的安全云存
而是一个新的起点，广电人需要思考IP化对于传统制播工
储上，拿到本地（包括本地局域网）或者采用高速访问进
艺带来的变化，并努力、积极地去适应这些变化。
行编辑，之后将成品节目推送到发布区进行发布（包括传
第四，SDI仍具有其积极意义。12G SDI技术出现了积
统播出和网络分发）。
极变化，正在后来居上。沿用1.5G或3G SDI的绝大部分
技术框架就可以搭建起与过去工作流程大同小异的12G SDI
技术体系。在IP技术构架仍处于探索阶段的时候，安全、
稳定的SDI技术构架仍具有其积极意义，定位也有待观察。
3. 电视制播的工艺变革
4K超高清电视不仅仅是图像分辨率的提升，还从图像
的色域、帧频、动态范围和伴音等方面重新定义了电视，
3
4K超高清电视节目的记录、交换和存储
其追求的身临其境的“沉浸”式感受给电视观众的视听体
（3）演播室制作和播控的变革
验带来了质的飞跃。4K超高清电视新的视听追求也带来了
由于4K超高清基带码率达到12Gbps，IP技术和新的
电视制播工艺的变革。
12G SDI技术逐渐取代1.5G或3G SDI技术。尤其是IP化
（1）前期拍摄的变革
使得系统更为简化，同时使技术朝向虚拟化、集中化管理
在前期拍摄环节，4K超高清更大的分辨率带来景深更
和远程化控制而发展。这要求电视工程师要逐步具备IT技
小、聚焦更难的问题。与此同时，适于4K超高清拍摄的高
术的素养，而有偿的IT售后服务也将进入到传统电视中心
质量镜头变得更大、更重、短焦焦段更窄。同时，4K超高
基带领域。
清摄像机追求更为轻巧的机身，采用单片CMOS以及更高
（4）后期制作模式的变革
集成度和智能化的处理电路、固态存储卡记录、更轻的外
在4K超高清电视来临的时候，成熟的电影制作流程被
壳材料等，这使得安装镜头后配重产生了头重尾轻的变化。
借鉴并应用到电视制作中来。但是，电视节目量大、快速、
这些变化使得摄影师在大多数情况下，难以像过去那样肩
小团队制作的特点，使得它在“拿来”电影制作模式时存
扛着摄像机进行推、拉、摇、移的操作。如果追求更佳拍
在不少问题。后期制作中，数字电影通常有代理剪辑、回
摄效果，还要携带更多的不同焦段的镜头。
套、合成和调色等环节，复杂的还需要多级校色。这些对
（2）记录和存储的变革
于大多数电视节目制作来说不现实。如何合理地确定存储
4K超高清非压缩的文件化净数据量是高清（HD）的
码率？如何提高现有技术对多层实时编辑的支持能力？如
10 倍，数据量大大增加。存储10bit量化的4K超高清信号，
何令HDR的图像准确呈现？节目制作如何兼顾快捷与高质
如果按照Apple的ProRes HQ或Avid的DNxHR HQX的
量的要求？这一系列的问题，成为过去一年多来广东台和
编码格式记录，码流大约在1.2Gbps~1.5Gbps，1张256GB
后期设备生产厂商交流的主题。
的高速存储卡大约能记录大约20分钟的节目素材。如果
采用拍摄录制的原码流编辑、三层以上的快速非线性
采用Sony的XAVC或者Panasonic的AVC Ultra LT的编
制作、高质量的HDR/SDR转换等技术在过去一年有了突破
码格式记录，码流大约在400Mbps~500Mbps，1张256GB
性进展。
的高速存储卡大约能记录大约1小时的节目素材。尽管记
（5）监看工艺的变革
录单元成本在快速下降，但单位节目时长记录成本相对于
高分辨率的大屏、高动态范围、宽色域等因素，带来
此前的磁带和蓝光盘记录仍大大增加了。如果要追求线性
了全制播域节目监看工艺的变化。需要考虑让导演和编辑
γ的Raw格式，数据量更大，前期记录则需要借助外置
人员既能舒适监看，又能感受和表达大屏幕沉浸式视频镜
硬盘记录。
头语言。在高清到超高清的过渡期，要确保4K超高清节
4K超高清电视节目的记录、交换和存储，目前面临几
目制作系统制作的节目能够在高清频道使用，还需要监看
乎无可替代的模式，即前期使用固态存储卡前期记录和后
Rec.709色域的SDR（标准动态范围）图像效果。
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（6）“沉浸式”的声音制作
在实践中，广东广播电视台在IPTV平台为用户提供
“沉浸式”的三维声是4K超高清的一个组成部分。三
了三个节目流，分别是Rec.709色域上的25帧率8比特节
维声在5.1环绕声的基础上在头顶上方增加了音源采集平
目流、50帧率10比特节目流，以及Rec.2020色域上的50
面，并添加了用于呈现特殊效果的矢量对象元素，使得电
帧率10比特节目流，以方便拥有不同机顶盒（包括存量的
视声音的表现力更强。同时，制作工艺也更为复杂。
25P机顶盒）和接收机的终端用户能更好地接收并呈现4K
（7）灯光和舞台设计的变化
超高清频道节目。在有线电视网，目前则主要在试验播出
4K HDR超高清也给灯光和舞台设计带来变化。由于摄
Rec.2020色域上的50帧率HDR（10比特）节目。
像机感光器件的像素点更密更小，现场摄制要求更高照度
对于电视分发到终端的适配，广东广播电视台联合广
和更均匀的灯光铺设。同时也要求灯光和舞台设计更为细
科院和相关运营商、机顶盒和电视机厂家一起正在起草一
腻，一方面，4K HDR拍摄的图像无论是亮部还是暗部都呈
份《超高清晰度电视技术应用指南》，希望规范元数据，
现了更多的细节，灯光和舞美设计必须处理好相关细节，
并通过机顶盒与电视终端的握手和通信，以及机顶盒端的
要体现出符合4K HDR图像特性的效果，给出更为丰富的
HDR/SDR和4K UHD/HD转换形成4K HDR电视图像在存
暗部层次和恰到好处的亮部处理；另一方面，灯光和舞台
量和增量电视终端上的全面高质量覆盖，以期解决目前的
设计可以更为大胆地运用过去不敢使用的丰富色调，营造
4K超高清电视落地问题。
电视图像在宽色域上的丰富色彩。
从灯光和舞台设计开始控制作品色调和质量可能是4K
三 结束语
超高清电视制作中可以尝试的一个新的工艺手段。
4K超高清电视技术目前处于开发期，内容创作模式有
4. 4K超高清电视的传输和终端接收问题
待实践，是探索性的实验工程。推进4K超高清电视对于电
目前，基于AVS2国标的超高清电视传输方案还在推
视台来说是压力也是机遇，我们在关注各种问题的时候，也
进中，4K超高清电视频道的落地还存在问题。考虑到4K
在积极探索、协调和解决这些问题。目前，国内4K标准在
超高清节目的色域、动态范围、分辨率等与电视接收机的
逐步落地，技术在加快发展，具有“更大的尺寸、更宽的色域、
匹配存在问题，终端的接收效果还不尽如人意，要令用户
更高的动态范围和更好的声音体验”的真正意义上的4K超
真正地体验到4K超高清带来的震撼效果还并不容易，这给
高清平板电视正在起步发展。希望经过一个阶段性的探索和
推动4K超高清电视带来一定的困难。
推动，我们可以真正迎接4K超高清电视时代的到来。
（上接第56页）
2. 安防系统
网技术和理念，使得本转播车实现了全媒体采集、制作、
由于转播车经常辗转各地，对于车内设备，零配件的
编码和分发的各项功能，并顺应了当前移动互联网时代的
安全防范也值得引起重视。如果在车内安装无死角安防监
迅猛发展，满足了崇明区新闻传媒中心全媒体宣传制作报
控系统，那么对于车内人员的安全得到了充分的保障，对
道的需求，同时也通过一些微创新对现有系统提出了一些
于播出工作提升了效率。
新的构思和想法，为今后的媒体互动、虚拟包装、全流程
分发等配套提供技术支撑，也为崇明世界级生态岛的建设
四 结语
发展提供有力的全平台全流程媒体宣传、报道的技术服务
能力。
本次崇明区新闻传媒中心全媒体高清转播车项目的总
体规划设计在吸取了各大媒体单位转播车成熟应用的基
参考文献
础之上，结合全媒体环境应用的具体需求，与上海东方传
[1] GY/T 164-2000 演播室串行数字光纤传输系统
媒技术有限公司的技术团队通力协作，在人机操作环境
[2] GY/T 157-2000 演播室高清晰度电视数字视频信号接口
的优化、制作内容的多屏推流传输、转播车全方位智能
[3] GY/T 224-2007 数字视频、数字音频电缆技术要求和测量方法
监控和安防系统的全方位部署和AR/VR及全媒体互动制
[4] GY/T 253-2011 数字切换矩阵技术要求和测量方法
作的扩展预留，做了一些大胆的创新，应用了最新的互联
[5] GY/T 159-2000 4:4:4数字分量视频信号接口
现代电视技术
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