【内容创作】当4K遇到了“春晚”——耳目一新
——耳目一新
2019春晚4K直播的圆满成功，是4K超高清电视技术的一次成功应用，给观众带来了全新的视听体验，为超高清电视及更多大型综艺、大型体育赛事等4K直播提供了宝贵的经验，为中央广播电视总台在超高清电视领域的长远发展和战略目标提供有力支持。
【摘要】 2019年的央视春节晚会进行了4K直播，并取得圆满成功，本文对春晚4K直播中4K超高清播出系统做出的重要贡献从不同角度作了较详尽的阐述。
【关键词】4K HDR 色域 5.1环绕声 异构 应急预案
2019年春节已经过去，全国瞩目的中央广播电视总台《2019年春节联欢晚会》已全满结束。热热闹闹的春节晚会是除夕阖家团圆时必不可少的娱乐方式已经成为许多中国人对春节的记忆。今年春晚不仅奉上了精彩的歌舞、有趣的小品、精彩的魔术和杂技等，还为广大观众献上一道丰盛的4K视听大餐。4K超高清春晚直播以技术创新为驱动力，全面提升信号播送核心技术的创新应用能力。直播全程采用4K H D R高动态图像和5.1环绕声技术，采用国内自主产权的编码压缩技术，全链路配置多备份的同步信号路由，制定了完善的应急备份策略，实现了高安全高质量的4K信号播出，为观众呈现了一场更高清晰度、更宽色域、更高动态范围和环绕声音频的影院视听体验。技术先进设计完备的4K超高清播出系统为4K春晚直播提供了强有力的技术保障。
一．4K超高清技术助力春晚
4K超高清电视给观众带来的是更高的画面品质，更丰富的内容和更优质的用户体验。从高清电视到超高清电视的演进远远不止是提高了电视图像的清晰度，而是在多个层面全方位地提升了观众的视听体验：
·4K超高清电视信号的显示细腻度是高清电视信号的4倍以上，
高清电视信号：1920x1080 16:9 4K超高清电视信号：3840x2160 16:9
·相较于高清电视采用的隔行扫描或逐行扫描，4K超高清电视全部采用50P逐行扫描，动感画面更流畅。
·量化由高清的8b i t（可描述256色阶）提升到10b i t （可描述1024色阶），画面色彩及细节的表现力明显提升。·色域方面，舌形图中显示4K超高清B T2020占可见光范围总面积的75.8%，高清B T709占可见光范围总面积的35.9%， B T2020所呈现的色域范围明显大于B T709的色域范围。这让4k的颜色更加丰富多彩、绚丽夺目。
·高清电视信号能展现出的亮度范围极为有限，画面中亮的部分提不上去，暗的部
分降不下来，导致人眼所能感受到的亮度层次丢失。4K超高清电视信号避免了高清信号的不足，使阳光下的明亮场景特别是高亮度部分表现得更加自然，层次更加丰富，同时能够彰显更多的暗部细节，从而完美的还原真实场景。
·声音方面应用了5.1环绕声技术，可以在高分辨率的图像下保证声相的准确定位，从而给观众带来更完美的视听体验。
4K超高清播出系统相较于高清系统完成了高分辨率、高帧率、宽色域、高动态范围和高量化深度的全面升级，为春晚4K直播提了供有力的技术支持。
二．先进的设计方案为春晚直播提供有力支持
4K超高清播出系统与现有节目生产管理进行流程对接，与媒资的节目文件进行整备对接，与总控调度进行信号对接，与节目分发进行发布对接，以及与全台网络分级规划的信息安全域进行网络对接，全方位的把4K融入到全台现有节目生产体系当中。
播出系统的架构设计充分考虑4K超高清及其相关新技术的探索，在流程节点设置、信息交互接口定义、文件交换的格式与码率选择、文件质量分析、信号切换处理、图文叠加处理、监听监看方法、软件定义网络架构和信息安全等进行设计。
1．先进性引领创新4K超高清播出系统建设着力推动新技术应用，大力推进播出I T基础架构的虚拟池化，使得播出应用业务向虚拟化、资源能力化迈进；推进视音频信号的I P封装传输，使得播出视音频信号实现更高带宽的传输与路由、监听监看更为便捷，视音频处理模块微服务化成为可能。
优化系统建设同时着力建立新业务形态，将管理、监测、控制融为一体，全方位管理实现播出资源分门别类建模管理，在“管”的模型基础下建立监测体系，包括设备监测、环境监测、软件监测、信号检测、流程检测等，给出设备健康度报告。采用节目单驱动播出业务运行的方式，对播出业务整个生命周期包括整备、播出、播后全流程的自动化控制，重要环节人机互动，提供人为干预手段，完善安全保障措施。
系统实现面向全台4K超高清播出业务的互联互通，与节目生产管理系统、媒资系统、广告管理系统、广告备播系统、主控、LDAP、URM、ESB、新媒体系统等接口，实现播出系统与各外部系统的信息交互与解析；支持识别单据中的4K超高清相关标识，并按照50P帧率生成节目单据和素材相关通知单据，有详细的日志记录等功能。人机界面兼顾操作人员现有使用习惯，操作方便，界面友好，体现以人为本的易用特性。
整套系统采用开放式规划，保证与各大厂商设备、系统的良好集成性能，确保符合全台业务流程规范，并确保与节目生产管理、媒资、制作及广告等相关平台的无缝衔接。
4K播出系统着眼于保证其安全性及可维护性，并兼顾经济性、环保性、节能减排“绿”化原则，提高系统的可维护性。系统硬件平台和软件模块等多方面设计具有可扩展性，能够实现可预见的平滑升级。
2．可靠性确保安全
播出系统的高可靠性是方案设计的第一原则。4K超高清播出系统硬件平台适度引用设备虚拟化技术，提高设备资源集约化、降低能耗的同时，提高了单机服务器不具备的资源冗余性。播出系统视音频播出主备链路采用基带S D I和基带I P混合异构的设计，核心设备播出视频服务器采用主备异构设计，从链路、设备、协议和同步基准等四个方面采取异构以提高系统的安全保障，体现系统先进性的同时确保系统运行的安全。
该播出系统具有多种安全备份技术、应急处理机制预案。设备及技术兼顾先进性与成熟性，确保播出系统安全、稳定的运行。
3．智能化提升运行
播出系统业务管理数字化、网络化技术实现了节目文件制、播、存的全程文件化和节目信息的全程无纸化。
播出系统业务流程采用节目单驱动播出业务运行的方式，实现全流程的自动化，通过智能化监测及控制手段，实现故障应急的自动化。
同时，该系统在各个重要环节上考虑采用人机互动的工作运行方式。例如整备环节采用以设备自动技审为主，人工复核确认为辅的互动审看方式；以及在播出环节采用以智能倒换为主，人工干预为辅的互动主备倒换方式。
智能播出控制单元对4K播出视频服务器、4K信号调度矩阵等核心异构设备实现多协议集成，在每一个文件播放和信号切换环节做到4K帧精度的控制，保证主备链路完全同步。
三．完备的系统架构提高系统安全性
4K播出系统采用S D I、I P链路混合架构，主路为传统的S D I链路，备路为I P链路。实现来自上游总控系统的4K信号接入，并能够实现对外部输入视音频信号的监测、调度与调整功能。同时，可对4K播出系统末级送给下游传输系统的4K视音频信号进行控制与调整。系统前端分别采用I P信号矩阵调度矩阵与传统基带信号调度矩阵对信号进行分配调度，视音频系统可接受自动播出控制系统的自动控制信号或人工干预控制信号，实现正确播出节目信号源的选切，可对播出信号视音频进行分别处理或调整。同时适配传输系统的需
要，提供所需的4K超高清节目播出视音频信号。
今年的春节晚会在一号演播大厅现场直播，4K直播信号是由一号厅演播室转换成I P信号之后送给圆楼800平米演播室。同时还有一路高清信号进行超高清上变换，转换成I P信号后作为一路备份信号送给800平米演播室。在800平米演播室对4K直播信号进行切换、叠加直播标、字幕包装合成和5.1环绕声制作，经过数字联动切换台与一号厅演播室进行智能联动，实现高清和4K超高清的同步直播。800平米演播室将信号经由总控链路送至4K超高清播出系统，直播信号进入播出系统后，通过T I C O解码器将浅压缩信号转换成3G-S D I信号，经过S F S帧同步分配板卡将信号送给主路基带信号调度矩阵和备路I P信号矩阵调度矩阵，再将主备路信号分别传送至主备视频服务器（系统主备通路由两套异构的all in one视频服务器构成，主路采用传统的基带sdi信号链路，备路则是全新的I P化的信号传输）叠加台标和时钟，然后经过播出PGM视分，送给4选1切换开关和末级视分，最后从播控系统末端将4K播出信号传送给现址总控，进行地网和上星的传送。
除了独立的主备视音频通路，4K播出还拥有完全独立的控制系统：即主控制机控制主路设备播出主直播信号源，备控制机控制备路设备播出备直播信号源，实现了主备路独立，可用四选一完成应急操作。另外，本系统还配备有应急介质播放器，可作为应急节目的垫播。
四．针对性的应急预案保障春晚安全播出
1．直播演播室主路或备路单路出现问题直播演播室有主备两路直播信号通过总控送至4K播出线，正常情况下4K播出系统主链路使用主路播出，备链路使用备路播出，当主路或备路中的一路出现异常而另一路正常时，由播控值班员立即应急处理，用4选1应急切换开关或跳线恢复播出，同时通知总控和直播演播室，按照对外接口流程及时与相关部门协调，配合处理。如信号较长时间不能恢复，手动将此链路选切为另一路正常直播信号，确认输出正常后，将4选1应急切换开关切换回正常状态，避免长时间主备末级使用同一链路播出。
2．多重备份辅助应急策略为了给观众呈现一个完美的4K春晚，在完善的系统设计基础上，播出线还制定了多重备份的辅助应急策略。除了对直播信号在演播室系统、总控系统、播出系统和编码压缩系统的传输路由制定了双备份的无缝切换应急方案，4K播出系统还配置了循环播出的4K春晚垫播短片，并且由节目组提供了全时长的4K春晚备播文件，直播时与现场同步播出，一旦1号厅演播室出现整体崩溃，4K超高清播出机房播控值班员马上垫播春晚备播文件，并电话同演播室联系，及时汇报并听取总编室或台领导的处理意见，做好应急处置。
此外，直播前进行了多次全链路应急切换演练，对直播链路各项指标进行了详尽的测试，排除安全隐患，从系统和人员全方位保障安全播出。
2019春晚4K直播的圆满成功，是4K超高清电视技术的一次成功应用，给观众带来了全新的视听体验，为超高清电视及更多大型综艺、大型体育赛事等4K直播提供了宝贵的经验，为中央广播电视总台在超高清电视领域的长远发展和战略目标提供有力支持。B&P