广东台申请正式全天候4K频道!超高清制播正在面临哪些变革与挑战?
【慧聪广电网】2017年12月23日，广东广播电视台4K试验频道(影视)启动，作为国内首个试验播出的4K频道引起了全行业的关注。半年过去了，得益于政府的大力推进，广东省的4K产业发展取得了飞速的发展，7月6日试验频道完成了实验任务，停播，这代表着前期的试验告一段落，目前广东播电视台正在申请正式的全天候的超高清频道，正式开启完整的4K频道运营。
今年春节，“央视专区”互动电视平台已开始试播4K节目，而10月1日，央视也将开播4K超高清试验频道，2022冬奥会更是将全面采用4KHDR技术直播，并提供部分8K内容。4K的发展已经势不可挡，全国多个省市电视台也加快了4K技术研究和节目制作的进程。
4K超高清制播的实践与思考
广东广播电视台
在开通4K试验频道之初，当时广东广播电视台还处于刚对4K技术进行了一些研究和试验的状态，并不具备丰富的4K制作经验，而彼时国内4K标准尚未成型，作为首个开播的4K试验频道可借鉴的经验特别少，可以说这半年多来，边学习、边摸索，在实践中总结出了自己的一整套4K制播流程和技术规范。
邢卫东 广东广播电视台电视传输制作部副主任
据广东广播电视台电视传输制作部副主任邢卫东介绍，2016年年底，广东广播电视台就已经成立了4K技术小组，并对4K的拍摄制作传输进行探索。从去年12月份开始，广东广播电视台就拿出影视频道的4个小时来试播4K节目，目前试播工作已经完成，台里将以综艺频道来运营一个完整的4K超高清频道，频道规划已经上报总局。
过去一年，广东广播电视台在总局的指导以及央视、各兄弟台、行业公司的大量经验的帮助下，首先摸清了基本的4K规则并制定了一个比较切合实际的4K超高清制播规范，将4K超高清电视确定在宽色域、高动态、50P帧率上的大方向上。第二，初步形成了拍摄、制作、播出的基本工艺全流程生产链，搭建了一个相对完整的4K演播室节目录制环境。“从去年接手4K工作的时候我们发现从摄制到后期制作再到播出，整条链路都很难走通。前期设备更多的是电影设备，不支持电视制作格式;显示设备缺乏;没有通用播放设备;4K后期非编制作只能铺一层;这对于电视这种快餐制作是行不通的。此外缺乏针对不同的HDR转换曲线的转换、编辑和监看手段，4K播出也没有办法很好地落地。”而随着一年来技术的推进和发展，台内制播工艺链条已经打通，已经有全链条的支持HLG或PQ的主流设备，后期非编能够做到三到五层的快速编辑;在HDR和SDR转换领域出现了一些新产品，包括后期非编上具有自主知识产权的HDR/SDR转换产品，能够做到不错的转换效果。目前，欧洲已有测试表明，HDR到SDR的转换比原来想象得更好，邢主任觉得这是对构建4K超高清技术系统一个非常大的利好。第三，启动了全国首个完整的4K电视播出频道技术建设。技术系统建设从前期摄像机到演播室、转播车、后期制作到总控、播出都在有序地推进。邢主任介绍，一期建设在去年已经完成招标工作，采购了单机、后期制作和存储设备，扩展建设了4K演播室集群，完成了4K播出和总控系统搭建。目前，已经有不少节目开始投入4K拍摄，台鼓励节目在制作高清版本的同时制作4K版本。
Rec.2020色域将比现在的Rec.709色域覆盖率大一倍
经过一年多的探索，广东广播电视台在4K关键技术应用和标准规范等方面取得了非常大的进展，具备了一定的4K超高清节目制作能力，并且在这个过程中，体会到了一些变革和实现的难点。
如何更好地呈现4K的宽色域与高动态?
进入超高清时代，大屏的呈现以及沉浸式的感受，让用户与电视机之间不再是一种舒适的观看模式，而变为了一种沉浸式、交互式的享受。在这个环境中，宽色域和高动态就有意义了。“大屏电视就像家里的一扇窗，景物逼真、画面通透、颜色丰富真实，我们置身其中、身临其境，是一种完全不同的感官享受。”实际上要实现这个目标，目前仍有很多困难。
比如，电视机的尺寸还有限。像Rec.2020色域将比现在的Rec.709色域覆盖率大一倍，但是目前无论是电视机还是监视器都还不能完全还原这样的色域，最多只能看到Rec.2020色域的70%到80%。
另外高动态的呈现也产生了一些问题，超高清的高动态范围从最亮到最暗可高至105:1，需要用16比特数字来表示。“其实我们的系统是难以承受的，所以我们现在只用10个比特来表示，就有一个转换曲线。”在过去模拟、标清到高清只有一条γ曲线，而现在HDR转换曲线有很多种，主要是杜比的PQ曲线、NHK与BBC共同推出的HLG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。由于使用不同摄像机，视频素材的曲线也各不相同，这就导致进入后期会面临曲线转换的问题。邢主任介绍，为统一曲线，视频素材需经过一次甚至多次转换，而素材每经过一次曲线转换就会有一次灰度级的损耗。另外，终端能否支持、匹配该曲线的显示也是一个问题。而电视台在4K超高清发展初期非常关心的是4KHDR制作的节目能否兼顾高清播出;对于动态范围不足的终端，受众怎么感受更好的4K;SDR的节目如何更好地转换为宽色域上的HDR节目并在终端更好地呈现。从目前的实际应用来看，这些问题正在探索中解决，4KHDR节目播出暂时采用HLG曲线终端，兼容性更好。
如何应对4K带来的电视制播工艺变革?
4K给电视制播的工艺带来了变革，首先就是前期拍摄的变革。4K摄像机的不断更新迭代，机身越来越轻量化，而镜头变重，这就带来配重的变化，而且景深更浅、聚焦更难，能用的镜头焦段更窄，对于广播电视拍摄而言，都会带来变革。邢主任介绍，4K摄像机镜头不仅重量偏重，同时可变焦焦段也与高清镜头不同。“比如说，过去广播用变焦镜头广角可以到7.6、7.7，变焦范围基本再乘上十几倍到二十几倍。而4K用镜头，比如PL电影镜头就很难做到。更短变焦焦段的镜头重量反而更重，要制作质量精细的节目就需要更多地更换镜头。”而摄像机配重的变化，改变了过去电视摄像采用肩扛式的推拉摇移的创作方式和跟拍模式，“所以，4K摄像机的设计以及用户对于摄像机选型，我们认为也还处于摸索阶段。”
第二就是记录和交换、存储的变革。从2017年开始，广东广播电视台初期正在建设一个2PB的硬盘存储系统用于4K节目素材的集中存储。对于存储介质的选择，邢主任认为，相对于其它介质，硬盘存储性价比、效率更高。但相对节目长度而言，4K节目存储比以前贵得多，一张256G的卡需要六千到七千元，却只能存储一个小时的索尼500M码流的XAVC格式素材，相对于磁带来说成本还是提高了很多。成本上升的趋势从另一个角度来看也是好事，制作人员不会把素材放在手里，会尽快存入存储池里，这会加快网络化的进程，所以4K和网络化是天然相辅相成的。
第三是演播室制作和播控工艺的变革。IP技术和新的12GSDI技术逐渐取代3GSDI技术，技术朝着虚拟化、集中化管理和远程化控制的趋势发展。IP化也会带来技术维护、应急和售后服务的变化。邢主任表示，IT的售后服务模式在IP化过程中将会进入到广电基带领域。“在买完演播室和播控设备后，电视台还需要支付大笔的售后服务费用，这是一个重大改变。”
第四是后期制作模式的变革。进入4K后期制作阶段，高动态和宽色域带来了对节目色彩更精细调整的可能和需求，调色这个工艺不可避免。不过邢主任认为电视更注重快速制作属性，4K节目的调色与电影的要求不同，工艺环节应该更加简化。基于素材原码的非编快速制作和快速制作中的高质量动态范围和色域转换应该是后期制作的主要方式，既有别于过去高、标清节目的后期制作，也有别于数字电影后期制作。“应该更重视前期拍摄质量，更准确地把握HDR图像色彩、亮度分布规律。如果前期能够做好，还原准确，那么后期调色就会轻松很多。如果前期没有做好，没按照转换曲线技术要求来曝光，那么进入后期也难以调出色彩好、通透度高的图像效果。”
第五是监看工艺的变革。需要监看不同分辨率、色域和动态范围的图像，沉浸式的大屏化带来了镜头语言的变化，如何在现场让导演和所有的工作者感受这种变化，这在推动4K应用时非常重要。
第六是沉浸式的声音。在声音技术上，从模拟时代的电视伴音单声道，到数字化的立体声，再到高清的环绕声，直至当下的三维声，电视的声音越来越丰富，制作工艺也越来越复杂。是否要制作成三维声，邢主任认为，具体还要根据节目类型和需求来决定。目前广东广播电视台会在大型直播、特别重要的专题节目、体育赛事节目中应用到环绕声、三维声技术。
第七是灯光和舞台设计要求的变化。与高清不同，4K在灯光、舞台设计方面的需求更为“细腻”，一方面要得到好的成像，现场需要更高的照度和更均匀的灯光铺设，另一方面不仅关注更多的细节，同时还要求实现丰富的暗部层次、恰到好处的亮部处理以及大胆的色调运用。为便于理解，邢主任对于4KHDR带来的图像亮度特点举了一个例子：“字幕白，在SDR中一般用峰值80%左右的亮度表示，在HDR中，大致用20%-40%的峰值亮度来表示才是比较舒服的。”灯光和舞台设计要摸索用光规律，充分表现出4KHDR的视觉层次。另一方面4K能够呈现更丰富的色彩，也为灯光和舞台设计提供更多的色彩设计空间。
如何解决超高清电视的传输与终端接收问题?
邢主任表示在推进4K工作的过程中，播出的落地是最头痛的问题，存量和增量电视机(尤其是存量部分)在显示4KHDR视频都存在问题：存量部分大多不能正确显示4KHDR视频，而增量部分还不具备在SDR和HDR视频间智能切换的能力，需要用户大量手动操作来实现4KHDR电视的收看，带来便利性问题。电视台内部制作的实现本就不容易，但是如果播出去了却不能被观众高质量地接收，对于推动4K节目制播和产业发展都是痛点。试验阶段，广东广播电视台在IPTV平台为用户提供了三个节目流，分别是Rec.709色域上的25帧率8比特节目流、50帧率10比特节目流，以及Rec.2020色域上的50帧率10比特节目流，以方便拥有不同机顶盒(包括存量的25P机顶盒)和接收机的终端用户能更好地接收并呈现4K超高清频道节目，基本解决了4K超高清电视通过IPTV的落地问题。目前，广东省正在推动具有自主产权的AVS2编解码在4K电视传输中的应用，在广电总局的指导下，广东台和广科院等机构也正在起草《超高清晰度电视技术应用指南》，希望解决从电视台节目制播到用户终端接收链条上的相关问题，以期解决目前的4K超高清电视存在的落地问题。
