4K 超高清演播室的设计与应用

4K超高清演播室的设计与应用吴挺毅

（温州市广播电视传媒集团，浙江温州325000）

0引言

伴随着技术的开发与应用，4K超高清节目制播逐渐成为广播电视媒体发展的趋势。《广播电视和网络视听“十四五”科技发展规划》提到，截至2022年底，全国广播、电视综合人口覆盖率达到99.38%和99.59%，全国直播卫星户户通用户1.47亿户，全国有线电视实际用户2.07亿户，全国已有高清（HighDefinition，HD）电视频道750个，4K超高清频道6个，全国有线电视高清用户超过1亿户[1]。这组数据表明，我国在4K超高清节目制播方面尚处于初级阶段，在数量和范围等方面都存在一定的局限性。鉴于4K超高清节目制播技术的逐步成熟，广播电视媒体尤其是地方广播电视媒体开展4K超高清节目直播实践，已然成为趋势和要求。正因如此，规划中明确了到“十四五”末，全国地市级以上广播电视台基本实现高清播出，省级以上广播电视台基本具备超高清制播能力的目标。对于地方广播电视媒体而言，4K超高清节目制播的重点和难点在于4K超高清演播室的设计与应用。解决了超高清演播室建设的问题，就相当于完成了节目制播的关键性任务。

14K超高清演播室的设计方案

4K超高清演播室是在通盘考虑电视节目制作流程的基础上，将各个环节流程划分为若干个有机组成单元，并在各单元系统的核心设备切换台设置足够多的输入输出路数，预留功能完备的接口板，便于后期的升级、扩展和级联使用。在演播室系统的整体设计上，遵循简单易懂、方便灵活、易于操作的原则。总体来看，4K超高清演播室主要由视频制作系统、视频制作支持系统以及其他周边系统三个单元构成[2]。

1.1视频制作系统

视频制作系统是4K超高清电视节目制作的关键系统，主要由摄像系统、信号切换与调度系统、大屏互动展示系统、超高清非编系统以及收录系统等五个部分组成。

1.1.1摄像系统

摄像系统包括摄像机及控制单元、镜头、支撑系统等摄像类部件和系统，是电视节目要素获取的主要依托。在摄像机选择方面，可重点考虑选择诸如松下生产的AK-UC4000MS4KHDR等专门用于演播室节目录制的摄像机产品。该类摄像机一般有4个讯道，搭载有大型4K图像传感器。为了保证摄像机使用的灵敏度，演播室设计还加入了摄像机控制单元与基带处理器单元。其中，基带处理器单元通过光纤接收摄像机发射的信号，并与摄像机控制单元连接。这种设计方式可以保证摄像机同时输出4K高动态范围（HighDynamicRange，HDR）与高清标准动态范围（StandardDynamicRange，SDR）信号，使4K与高清制作实现兼容。摄像系统中的镜头系统主要配备若干台4K超高清镜头，以满足多角度摄像的需要。支撑系统则主要是为保证摄像机稳固性而选择的三脚架和摇臂等设备，主要用于对摄像机进行灵活的控制和操作[3]。

1.1.2信号切换与调度系统

信号切换与调度系统，是4K超高清视频制作系统的核心所在，其主要承担的功能是各类信号的介入和切换。在系统中，主要配置有MULTIFORMATVIDEOSWITCHERHDS-8D多格式超高清切换台和功能强大的切换面板。其中，多格式超高清切换台可以支持12GB-SD信号和IP信号的接入，为4K与HD两种不同节目制作模式的应用提供信号接入支持。同时，调度系统中使用了全功能一体机。这种具有触屏控制功能的一体机，实现了全媒体双屏导播台的集成化设计，使原来分散的演播室功能设备得到了集成化的配置，达到了一机多能的效果。在一体机的支持下，不仅可以实现信号灵活切换的目的，同时也满足了演播室进行的网络直播、云媒体交互、嘉宾连线、多通道录制等功能需求，同时还具备部分后期节目编辑处理的功能，为大型超高清全场景节目的制作提供了支持。在演播室的整体调度方面，信号切换与调度系统采用矩阵的方式对信号进行调度，并对信号情况进行动态监测和备份，从而保证信号调度的高效性、安全性。除此之外，系统中的关键设备还在电源、基准信号输入等方面进行了冗余配置，提升了4K超高清演播室运行的稳定性。

1.1.3大屏互动展示系统

大屏互动展示系统主要用于满足演播室内的超高清画质展现。该系统配备新奥特Graphite-U石墨大屏互动展示系统，具有超高分辨率输出的特点，可以实现4K、8K甚至更高的自定义分辨率要求[4]。在不同分辨率下，系统提供了超高的视频处理能力，能够支持本地视频文件的导入和实时播放。同时，系统还可以支持诸如AVI、MOV、MP4、MPG、YUV等多种压缩或者无压缩的视频格式文件。

1.1.4超高清非编系统

超高清非编系统是用于4K超高清内容后期非线性编辑的系统类型，其除了具有先进的编解码技术和渲染引擎以外，还可以实现超高清音视频内容的全流程制作。同时，非编系统在交互设计和用户体验设计等方面进行了更好的提升，不仅可以满足4K超高清电视节目的后期剪辑，同时还可以为频道栏目的包装以及专题片、纪录片、广告片的制作与编辑提供诸多的方案参考。

1.1.5收录系统

收录系统为每台录像机进行单独的录制，并为每个录制通道配备足够大的存储空间，用于超高清音视频素材的存储和记录。

1.2视频制作支持系统

视频制作支持系统，是为4K超高清演播室提供视频制作支持的系统，其主要配合视频制作系统的运行。该系统除了保持有原来系统所有的通话系统、画面分割系统、时钟系统、应急系统等外，还增加了监测系统、同步系统等新的系统构建。其中，监测系统主要是对4K超高清演播室的整体运行情况进行动态的监视与监测。该系统通常由几组安装在墙体上的监视器组成。通过这些监视器可以监看PGM、PVW信号，并对采用高动态范围HDR节目制作时的图像质量进行评价。同步系统用于提供同步信号，主要采用主、备加自动切换的同步模式运行，由若干台同步信号发生器和同步倒换器组成[5]。

1.3其他周边系统

其他周边系统主要是围绕4K超高清演播室运行和质量保证而配置的相关硬件、软件内容。其中，比较典型的是音频系统、灯光系统。演播室的音频系统主要以专业的数字调音台为核心进行布置，配置有高质量访谈话筒、扩声通话系统等。灯光系统主要根据4K超高清演播室的场景布置情况进行设计，主要使用LED平板灯、聚光灯等，打造集成化的专业演播室灯光系统[6]。同时，演播室采用LED新型光源进行布光，以提高演播室灯光配置的合理性。

24K超高清演播室的主要技术特点

相较于传统的演播室而言，4K超高清演播室在功能、技术性能等方面都有明显的特点和优势。结合当前4K超高清演播室的设计与应用情况来看，超高清演播室主要有如下几方面的技术特点。

2.1电视节目制作IP化

在设计与应用过程中，4K超高清演播室的系统主要采用了高标准、高科技含量的4K设备，这些最新的设备为电视节目IP化制作提供了基本的技术支持。同时，4K超高清演播室在设计过程中，充分遵循了ST2110标准，以IP为制作核心，以电视节目IP化制作为主要落脚点，确保电视节目制作的能力和效果[7]。

2.2电视节目制播较高的安全性

4K超高清演播室采用了信号切换与调度一体化系统。在一体机的支持下，可以实现传统切换台与4K全媒体导播切换一体机的科学搭配与组合，由此具备了较高的安全性能和灵活的信号调度能力。并且，在系统设计与建设中，可以使用4K2M/E切换台和4K全功能一体机的物理备份功能，实现双备份，确保演播室电视节目制播的安全性和稳定性[8]。

34K超高清演播室的应用情况分析

如前文所述，目前，我国在4K超高清演播室设计与建设方面虽然有一定的成效，但演播室的数量和类型还比较有限。伴随着演播室设计方案的不断完善和技术的不断成熟，4K超高清演播室的应用会得到普遍的改善。

就当前的4K超高清演播室应用情况来看，广播电视媒体主要利用演播室制作虚拟现实（VirtualReality，VR）、增强现实（AugmentedReality，AR）、混合现实（MixedReality，MR）及拓展现实（ExtendedReality，XR）方面的超高清内容。同时，还利用演播室系统进行融媒体内容的制作与播出。也有一些广播电视媒体结合4K超高清演播室的功能和技术优势，打造了超高清演播室IP平台，使4K超高清视频的IP化现场制作有了现实的技术支持。例如，中央广播电视总台就借助4K超高清演播室，打造了面向4K超高清的IP化现场制作平台，为4K超高清电视节目的IP制作