首个4K超高清/高清/标清频道同播！北京台的4K超高清系统如何构建的？
【慧聪广电网】日前，第八届UHD高峰论坛在北京举行，北京广播电视台播出中心高级工程师白国涛对北京广播电视台超高清、高清、标清频道同播实践进行了分享，笔者聆听了现场讲述而做成此文。
为了更好的服务于2022冬奥会转播报道，展示北京城市形象，扩大受众范围，提升传播效果，“冬奥纪实频道”采取了4K超高清、高清与标清同播的方式。该频道也是我国首个上星播出的升级4K超高清频道，也是国内唯一的超高清、高清和标清同播的频道。通过超高清的技术升级，实现了高分辨率、高动态范围、宽色域、高质量音频等关键指标，有效提升电视节目视听效果，为观众提供高品质收视体验。
据白国涛介绍，北京台4K播出系统的建设目标就是要将“冬奥纪实频道”建设为安全、可靠、高质量的4K播出平台，实现文件化播出，具备与台内4K演播室信号交互、具备外来高清/超高清信号综合调度处理能力。同时，也能应对不同传输平台（如歌华、IPTV、上星）分发4K信号源。
北京台的4K播出系统主要由4个部分构成：1、4K播出视音频硬件通道系统；2、4K编码传输与调度系统；3、4K文件化备播系统；4、4K监控系统。
在设计超高清信号通路中，北京台选择了主用SDI方式，因为在对实时同步要求苛刻的直播、切换场景中，SDI可以保证极低的信号延迟及无损伤的图像质量。在视音频硬件通道的设计中，北京台做到了既保证了4K播出通道链路和关键节点信号的稳定性、可靠性，也尝试性利用了IP技术的优势，为下一步发展全面IP化做出了尝试。
冬奥纪实频道首次采用了4K超高清、高清与标清同播的方式，为了兼顾高清画面质量，确保广大高、标清用户收视效果，北京台引入了体系化标准化方法起草了《北京广播电视冬奥纪实4K频道超高清、高清、标清同播频道制播技术规范（暂行）》，通过梳理、细化4K超高清同播技术要求，为开展电视节目制播业务提供以标准支撑。
1、超高清同播制作域，对于冬奥纪实频道的直播/录播、日播/周播、特别节目/季播节目等常规专题类节目，统一按照4K超高清HDR格式进行制作，同时监看转换的高清SDR格式效果，打包完成后经4K超高清内容审查/技术审查并经监看确保高清霞转换效果后，再使成品节目入库备播并送至播出系统。
2、4K超清演播室系统直播/录制信号流程各环节，包括摄像机讯道、外来信号、文件化播出、图文包装、精彩编辑等，全面采用4K超高清格式，演播室输出的PGM信号送出中心下转换实现超高清、高清、标清同播；同时通过演播室录放服务器进行回采，推送4K制作网进行精编加工制造。
3、播出系统4H-HDR下变换关键环节，在播出系统中，有两级下变换，其中最重要的环节是HDR-SDR的下变换环节，北京台采用了SONYHDRC-4000产品。在转换映射电平设置和SR下转换色饱和度优化等方面起到了重要的作用。
4、HDR转换参考基准亮度和参考白电平设置，在BT.2048推荐的基础上，在1000尼特监视器上现实的77%HLG的HDR参考白基准亮度为230尼特。将230尼特作为SDR与HDR内容的分界线，高于230尼特的高光部分是HDR内容，只有HDR电视才能正常再现，下转换到高清SDR后这些高光信息被压缩到只占用很少电平和亮度资源的拐点部分，低于230尼特的内通都能在SDR电视上展现。
未来可根据实际使用，进而与业内专家深度交流、测试，适当的提升HDR参考白电平，增加SDR内容的电平资源，虽降低了动态范围，但整体上有助于改善HDR图像的综合质量。
5、下变换SR的确定，下转换时，SR与DR的确定可结合制作流程综合的考虑。在遇到HDR制作中混合使用HLG和SDR摄像机，SDR摄像机一般用SR上转换可以与HLG摄像机完美匹配。即使HDR制作系统只有HLG摄像机，大部分采用SDR调光制作HDR，由于HDR摄像机内置的下转换器都是SR，为了使调光师的图像与播出信号一致，播出端也应采用SR下转换。
下转化时，以100%动态范围为分界线，100%动态范围以下的SDR内容用场景参考映射（SR），高于100%动态范围的HDR内容用色调映射下转换。
6、应急外挂介质机，冬奥纪实4K频道设置了两台SONY品牌（PZW-4000C）应急外挂介质机，主要用于因节目制作、内审时间周期紧迫导致的延迟备播各项直播后的快速重播，以及直播过程中的应急垫播和其他情况下的应急播出使用。
总的来说，北京台4K编码传输与调度系统主要有以下特点：
1、冬奥纪实4K频道的超高清、高清、标清节目信号可分别传送至总局无线局上星播出、送至歌华有线的地面播出、送至中央发射塔地面无线播出。其中，高清和标清节目信号传输维持现状，传输方式、覆盖范围和技术参数均不变。此外，新建一套冬奥纪实4K超高清节目信号传输系统。
送歌华有线地面播出采用了H.265编码压缩标准，上星则采用AVS2编码压缩标准（信号路由中，播出中心末级12G-SDI信号送给编码压缩系统，编码后的ASI信号通过SDH终端送到中国有线进行加扰，送到总局无线局节传中心，再送到无线局地球站经调制功放送到中兴6C播出）。
2、调度系统方面，建设注、备基带12G-SDI调度矩阵和双交换机IP调度系统，实现4K-演播室、4K外来信号、4K播出频道的信号调度工作。
IP信号调度系统，可接收外来IP信号，并为内部播出系统提供第二备信号源，以实现“播总控一体化”的发展方向。调度系统增加了IPG网关，实现SDI-IP、IP-SDI、IP-IP信号互相交换。IP调度系统以SDN为核心，配有IP信号路由调度管理软件，支持自定义的硬件路由切换面板。
此外，在文件化备播系统中，重点反映为下列三项：
1、送播流程，节目送播方式有文件化送播（节目文件从融合生产云经4K备播库送至播出服务器）和本地介质导入两种方式。
2、播出码率方面，播出系统在节目文件主要以分辨率为3840X2160，每秒50帧逐行，编码为XAVCClass300，码率为500Mbps。
3、传输速率上，节目文件的网络传输速率为180MB-220MB/秒，彼此推算时长1小时的4K节目文件传输时间约15~20分钟左右。
