中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范

热点透视Focus31AdvancedTelevisionEngineering2018/82018年北京国际电视技术研讨会（ITTC2018）徐进（技术管理中心主任）中央电视台中央广播电视总台计划十月份开播4K超高清试验频道，为此，我们制定了总台4K超高清电视节目制播技术规范。鉴于目前国标标准、行业标准不够全面，所选设备也比较有限，因此，未来按照总台超高清发展路径，这部规范还会适时进行修订和完善。中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范包括九方面内容，分别是:适用范围、引用标准、视音频基本技术参数、频道播出技术规范、总控调度技术规范、视频制作技术规范、音频制作技术规范、节目生产流程技术规范和内容分发技术规范。每一部分都对各自系统有相关技术要求。另外，也是特别重要的一点，在规范里对相关系统的接口都进行了明确定义，使得这部规范可以从一个点形成一条线，“由点成线”地形成适配当前需要、覆盖上下游系统协同工作的整体性技术要求。下面简要介绍一下其中的部分内容。一视音频基本技术参数规范的相关参数见表1、表2。表1是电视节目制播视音频基本技术参数，供频道播出和制作使用，色域选择了BT.2020，编码码率选择了500M。表2是央视互动电视点播平台——“央视专区”基于IP进行内容分发文件格式的参数和内容。表1电视节目制播视音频基本技术参数序号项目名称技术要求1幅型比16:92分辨率（有效像素数）3840×21603取样结构正交4像素宽高比1:1（方形）5像素排列顺序从左到右、从上到下6帧率（Hz）507扫描模式逐行8量化10bit9色域BT.202010高动态范围HLG标准/1000nit（GY/T315-2018）11取样4:2:212音频编码格式PCM24bit13音频采样频率48kHz14声道支持16声道PCM音频15文件封装格式MXFOP-1a16视频编码格式（文件封装）XAVC-IIntraClass30017视频编码码率（文件封装）500Mbps表2互动电视平台“央视专区”内容分发技术参数项目参数值说明总码率25Mbps编码方式HEVC（H.265）Main10@L6.1@High幅型比16:9分辨率3840×2160像素宽高比1:1帧率（Hz）50量化10bit色域BT.2020高动态范围HLG标准取样4:2:0码率控制CBR视频码率采用带空包的CBR方式。VBR视频最大码率不超过平均码率的1.8倍VBR模式下，码率峰均比过大会导致传输质量下降，不建议峰均比超过1.8音频格式立体声编码格式为AAC音频采样率48kHz封装格式MPEG-TS32现代电视技术2018.8热点透视二频道播出技术规范针对频道播出技术规范，我们主要关注以下三个方面：一是节目信息交互，主要是对4K超高清播出系统与节目生产管理系统、媒体资产管理系统、后期制作系统、广告业务管理系统、总控系统以及新媒体分发平台的信息交互进行了相关定义。具体如下：z与节目生产管理系统接口：4K超高清播出系统从节目生产管理系统接收节目编排单、直播通知单、节目变更单、直送通知单、节目不可用通知等各类单据。超高清播出系统向节目生产管理系统提供实时播出节目单及播后单；z与媒体资产管理系统接口：4K超高清播出系统接收媒资系统发起的备播就绪通知，依据播出编排单从媒资系统获取节目文件元数据信息，并依据该信息发起整备任务。z与后期制作系统接口：4K超高清播出系统接收4K制作系统发起的节目直送请求，依据直送请求中的元数据信息发起直送整备任务。z与广告业务管理系统接口：4K超高清播出系统接收广告管理系统发送的广告保留单、中插广告编排单、广告节目单等单据，依据广告保留单从广告备播系统获取广告素材元数据信息，并依据该信息发起整备任务。z与总控系统接口：4K超高清播出系统接收总控系统发送的总控路由单。z与新媒体分发平台接口：4K超高清播出系统预留与新媒体平台的接口。二是文件交互技术要求，定义了4K超高清试验频道文件送播方式，暂行的4K超高清MXF播出文件格式等。4K超高清播出系统节目文件备播主要来自于媒资系统，台内各制作岛、台外制作域、外采节目等通过原有节目入库备播流程，经媒资系统向播出系统整备节目文件，由媒资系统进行文件归一化转码。台内各制作岛、广告备播系统等也可通过原有的直送流程，向播出系统备播节目文件。节目文件应符合如表1所示的参数要求。4K超高清节目播出文件格式分两个阶段实施。目前，我们在2018版4K超高清电视节目制播技术规范中，暂时定义了4K超高清MXF播出文件格式；后续面向多个4K超高清频道2020年播出的要求，我们将参照国际标准和行业规范，充分考虑制播交换编码格式、编码码率，实现元数据解析、封装和传递，支持HDR播出，支持环绕声、三维声混合播出，修订完成《中央广播电视总台4K超高清MXF播出文件格式规范》。三是视音频信号技术要求，包括视音频信号交互接口、播出视音频信号以及同步基准技术要求。具体如下：z视音频信号交互接口：4K超高清播出系统接口规范遵从全台统一信号格式要求。对HDR、环绕声和三维声的元数据进行透传。z播出视音频信号：4K超高清播出系统采用IP链路、SDI链路的混合架构，IP链路4K超高清信号主要以SMPTE-2110标准作为封装调度的参考依据，SDI链路主要以4路3G信号的传输为基础架构。z同步基准技术要求：由于4K超高清播出系统采用IP和SDI混合架构，同步基准保留BB黑场同步，增加PTP精准时钟的校时系统。三总控调度技术规范这部分规范重点有两个部分，第一部分是信号调度和处理技术要求，第二部分是系统间信号接口技术要求。第一部分对以下方面内容进行了定义：z全4KHDR制播环境，包括4K超高清直播演播室、外场转播系统、播出系统和收录系统；z信号接收及输出，既然是4K超高清制播环境，那么它只接收4KHDR信号，同时输出的也都是4KHDR信号；z统一信号格式，如果外来信号不符合央视目前制定执行的4K超高清制播标准，要进行变换，总控系统负责完成统一视频信号处理，变换成符合央视4K超高清技术规范的信号，再送到各个制播单元使用。如果4K超高清单元单独面向一个高清频道播出，在这种情况下的信号由总控采取统一方式变换成高清信号，供高清频道播出；z对于外来音频信号的处理，除了对杜比音频解码和评论声进行嵌入，其他不做处理。第二部分是对于系统间信号接口的技术要求，参照国际标准和行业标准的发布和实施情况，我们拟分三个阶段进行。第一阶段是2018年4月~12月，主要是适配10月4K超高清试验频道播出，全台各4K超高清制播系统间跨域的信号交换，以TICO浅压缩方式进行信号交接和传输。各4K超高清制播单元负责将需要用于系统间交换和传输的4K超高清信号，按照TICO浅压缩方式进行编码后，提供给下游系统。TICO浅压缩信号为SDI信号接口，需符合SMPTE-425M标准要求。第二阶段是2019年1月~2020年6月，系统间采用TICO浅压缩信号和SMPTE-2110格式的4KIP流并行。台内各制播系统按照建设和使用进度要求，在保证系统上线使用的基础上，可按照TICO浅压缩信号或SMPTE-2110格热点透视Focus33AdvancedTelevisionEngineering2018/82018年北京国际电视技术研讨会（ITTC2018）式的4KIP流方式与总控系统进行系统间信号交换。总控负责台内4K超高清系统间TICO浅压缩信号或SMPTE-2110格式的4KIP流的混合调度和分发，适配上下游系统相应的信号交换需求。第三阶段是2020年7月~2021年12月，我们希望实现无损调度和分发方式，支持SMPTE-2110标准，全部采用IP流。台内跨域系统间用于交换的4K超高清信号，按照SMPTE-2110标准，以4K超高清单IP流方式进行调度。总控负责将外来的4K超高清信号，按照台内统一标准进行处理后，再进行标准化封装，纳入全台调度系统使用。四视频制作技术规范视频方面，我们在技术规范中对ENG拍摄、演播室系统录制/直播、后期制作包括编辑、调色、HDR制作等，以及4K超高清节目成品格式均提出了技术要求和技术实现的建议。1.4K超高清摄录一体机拍摄技术要求4K超高清摄录一体机在参数设置上，可设置为线性伽玛、对数伽玛和宽色域拍摄的图像，满足HDR后期制作要求。对于需进行超高画质采录的节目，采用线性伽玛Linear、色域BT.2020，记录编码在RAW12bit以上。对于需进行常态化制作的节目，可采用对数伽玛LOG/HLG/PQ、宽色域S-Gamut/V-Gamut/BT.2020等。质量控制方面，我们提出了一些建议，如画面焦点，可采用红线、放大、方格等辅助聚焦方式，避免出现焦点不实现象，确保图像清晰度；正确控制曝光度，拾取更多的画面层次，确保图像细节丰富、画面柔和；使用对数伽玛拍摄时，可选择HDR监视器，或在HD显示设备上加载LUT监看方式，还原图像的正确色彩。灰色图像可监看到画面层次及对比度；在低照度拍摄时，建议选择双原生感光度功能。2.4K超高清现场制作系统录制技术要求（1）视频系统技术参数对于4K超高清演播室/转播车，4KHDR直播、录制格式选择3840×2160/50p、HLG/1000nit、色域BT.2020。直播时，系统将4KHDR直播信号传送至总控系统进行播出，演播室用外来信号由总控提供4KHDR格式。对于高清/4K超高清演播室，4KHDR信号录制格式选择3840×2160/50p，可根据4K摄像机内部设置选择HLG或S-LOG3或PQ（ST.2084），色域BT.2020。系统内4K超高清摄像机输出下变换的高清信号，用于高清直播及高清录制。高清信号格式1920×1080/50i、电视伽玛、色域BT.709。直播时，系统将高清直播信号传送总控系统进行播出。（2）视频记录格式4K超高清视音频服务器系统可记录4KHDR（伽玛HLG/PQ/LOG、色域BT.2020）、4KSDR（电视伽玛、色域BT.2020）视频文件。压缩编码和封装格式使用：XAVC-IClass300/480/MXF、10bit、码率500Mbps/800Mbps；或ProRes422/MOV、10bit、码率983Mbps；或DNxHR/MXF、12bit、码率1.475Gbps等。3.4K超高清后期制作技术要求（1）后期编辑/调色后期制作上，可以采用4K超高清压缩格式文件制作和4KRAW格式文件套片制作。前者适合剪辑常规质量要求的体育、文艺等节目，采用高清/4K超高清演播室收录方式，虚拟合成4KPGM，可适配后期“快编立出”制作，也可以采用代理编码制作流程，选择1920×1080分辨率作为代理编码，制作流程见图1。后者适合具有大银幕播放需求的精品纪录片、短片等节目类型，我们推荐使用代理文件编辑、套片，再合成输出。前期拍摄可采用双码率记录，或将RAW文件转换成低码率代理文件。编辑完成后，输出成品工程文件XML、AAF等，在精编工作站导入、套片，精编工作站将根据代理编码文件名称，对同名的RAW格式文件进行绑定链接，完成编辑、14K超高清压缩格式文件制作流程24KRAW格式文件套片制作流程34现代电视技术2018.8热点透视与音频文件交互、合成等工作，对应4K超高清节目图像的高质量要求。制作流程见图2。后期调色可选择色彩管理系统，或选择相应的LUT，完成不同色彩空间的转换。使用时要注意LUT的精度，以免原始素材的图像质量受损；可采用ACES色彩管理流程，保持RAW格式文件转换后的质量和LOG空间下色域的精准变换，从而保证输出成品文件色彩的准确性。应注意保持节目整体风格、图像基调的一致性。（2）4KHDR制作4K超高清高动态范围节目制作在拍摄端支持HLG/PQ/LOG等伽玛曲线和宽色域，HDR成品节目应符合高动态范围标准HLG/1000nit要求。HDR图像可由硬件设备实时变换，或在后期制作中，通过调色系统、HDR编辑系统中完成HDR制作。z根据素材参数格式设置输入色彩空间/伽玛曲线；z设置时间线色彩空间/伽玛曲线，色域不