<h3>2015年底，我應(yīng)《電視技術(shù)與應(yīng)用》的邀約寫了一篇文章《4K的未來》，結(jié)尾寫到"從1990年代初美國(guó)大聯(lián)盟數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)確定，電視的數(shù)字化和高清化經(jīng)歷了不同的周期，從那時(shí)起到我國(guó)大規(guī)模的電視數(shù)字化改造大概經(jīng)過了8到10年，大面積的高清化改造大概經(jīng)過了15年。4K+IP化將是更深刻、復(fù)雜的變化，但借鑒所謂的摩爾定律的趨勢(shì)，也許能夠期望不等得太久。"在那段時(shí)間聊4K什么時(shí)候會(huì)到來，我通常會(huì)借用一幅"全球媒體高管"的評(píng)估圖表，其中認(rèn)為超高清電視5-7年成為主流的比例高達(dá)42%。當(dāng)然，說的時(shí)候有些糾結(jié)，因?yàn)楸娝苤?，?guó)內(nèi)廣播電視行業(yè)正處于一個(gè)低谷，現(xiàn)有頻道的高清率還很低，我們還能自信地進(jìn)入一個(gè)4K的時(shí)代嗎？</h3> <h3>今年4月底，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《關(guān)于開展新數(shù)字家庭行動(dòng)推動(dòng)4K電視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)施方案》的一紙通知，在業(yè)內(nèi)形成一個(gè)熱點(diǎn)。由此，廣東廣播電視臺(tái)承擔(dān)了4K超高清（UHD）電視制播的任務(wù)，4K由夢(mèng)想照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。經(jīng)過半年來的摸爬滾打，《電視技術(shù)與應(yīng)用》又約我寫4K，我想可以從現(xiàn)在的視角談?wù)勗?K超高清電視制播中關(guān)注的問題。</h3> <h1><b>一、大屏帶來的視聽變化</b></h1> <h3>大屏是電視工程師的夢(mèng)想。前段時(shí)間跟日本的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)人員一起討論4K超高清電視攝像機(jī)的設(shè)計(jì)問題，對(duì)方提到對(duì)于35mm膠片寬銀幕電影的質(zhì)量和效果的追求，讓我不禁回想起大約30年前，我開始接觸到高清電視概念，印象最深的莫過于當(dāng)時(shí)對(duì)于電視清晰度追求的描述，即要達(dá)到35mm膠片寬銀幕電影的質(zhì)量和效果。由于技術(shù)的進(jìn)步，35mm膠片寬銀幕電影的質(zhì)量和效果也在提高，但是電視工程師對(duì)于大屏夢(mèng)的追求一直沒有變。</h3> <h3>當(dāng)你在客廳面對(duì)一臺(tái)50寸的平板高清電視機(jī)，感覺清晰度和舒適度都不錯(cuò)的時(shí)候，高清電視已經(jīng)不是電視工程追求的那個(gè)大屏了。對(duì)，或許換一個(gè)100寸的4K電視機(jī)，同樣的距離，更大的屏幕，你能看到的是細(xì)密到不能更清晰圖像，置身其中，"沉浸"于斯，這才是那個(gè)大屏夢(mèng)的初心。</h3> <h3>超高清電視在發(fā)展中豐富了這一追求，謀求圖像所呈現(xiàn)的顏色、對(duì)比度和伴隨的聲音如同真實(shí)的世界。4K超高清電視對(duì)于視聽的定義除了分辨率的提升（由1920×1080像素到3840×2160像素，水平分辨率大約達(dá)到4K），還提出了對(duì)于圖像色域的追求（由REC 709到REC 2020，色域覆蓋率大了1倍），對(duì)于圖像動(dòng)態(tài)范圍的追求（由CRT電視1000:1到10^5:1），對(duì)于視頻更高幀率的追求（對(duì)于PAL制由25fps到50fps甚至100fps），對(duì)于更好聲音體驗(yàn)的追求（由單聲道、立體聲、環(huán)繞聲到"沉浸式"的多平面立體聲（或稱三維聲））。當(dāng)然為了表示更廣的色域和更高的動(dòng)態(tài)范圍，表達(dá)一個(gè)圖像像素?cái)?shù)據(jù)由3×8bit提高到3×10bit乃至3×12bit。<span style="color: rgb(255, 138, 0);">超高清電視描繪了一個(gè)更為全面的"沉浸式"享受的未來家庭娛樂世界，為電視視聽?zhēng)砹速|(zhì)的變化，其深刻性可能不亞于電視從黑白到彩色的變化。</span></h3> <h3>這些目標(biāo)，由于技術(shù)或工藝的原因，目前還不能完全實(shí)現(xiàn)，譬如根據(jù)我們的測(cè)試，寬色域的表示目前大概能達(dá)到REC 2020色域的80%左右，高動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)也在提高過程中，普通視頻幀頻提高到100fps或者更高以及用3×12bit數(shù)據(jù)表達(dá)圖像像素在電視工藝實(shí)現(xiàn)上（主要是大規(guī)模計(jì)算、存儲(chǔ)和訪問）存在一定技術(shù)瓶頸。所以，<span style="color: rgb(255, 138, 0);">超高清電視對(duì)于我們來說，不僅是一個(gè)照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的夢(mèng)想，也是一個(gè)不斷進(jìn)步中的未來世界。</span></h3> <h1><b>二、 超高清電視制播的工藝變革</b></h1> <h3>4K超高清電視（UHDTV）帶來的深刻變化影響到電視制播工藝的變革。</h3> <h3>在前期，更大的分辨率帶來景深更小、聚焦更難的問題，與此同時(shí)高質(zhì)量的鏡頭變得更大、更重、焦段更窄，為減輕重量，攝像機(jī)設(shè)計(jì)通常在機(jī)身瘦身上做文章（譬如采用單片CMOS，以及更高集成度和智能化的處理電路、固態(tài)存儲(chǔ)卡記錄、更輕的外殼材料等），使得配重形成了頭重尾輕的根本變化，這些變化使得4K電視攝影師目前在大多數(shù)情況下，不僅難以像過去那樣肩扛著攝像機(jī)推、拉、搖、移，如果講究，也許還要攜帶更多不同焦段的鏡頭。</h3> <h3>在記錄和存儲(chǔ)方面，4K超高清非壓縮的文件化的凈數(shù)據(jù)量是高清（HD）的10 倍，數(shù)據(jù)量大大增加。存儲(chǔ)10bit的4K超高清信號(hào)，如果按照Apple的ProRes HQ或Avid的DnxHr HQX的編碼格式記錄，碼流大約在1.2~1.5Gbps，1張256GB的高速存儲(chǔ)卡大約能記錄大約20分鐘的節(jié)目素材。如果采用Sony的XAVC或者Panasonic的AVC Ultra LT的編碼格式記錄，碼流大約在400~500Mbps，1張256GB的高速存儲(chǔ)卡大約能記錄大約1小時(shí)的節(jié)目素材。盡管在前、后期記錄不存在問題，記錄單元成本在快速下降，但單位節(jié)目時(shí)長(zhǎng)記錄成本仍大大增加。如果要追求線性γ的Raw格式，數(shù)據(jù)量更大，前期記錄則需要借助外置硬盤記錄。昂貴的存儲(chǔ)成本和安全問題使得采用大規(guī)模存儲(chǔ)來替代過去分散的磁帶或藍(lán)光盤長(zhǎng)期保存成為一個(gè)必然選擇。大致可以設(shè)想，超高清的電視節(jié)目記錄和交換、存儲(chǔ)的一種工藝流程：用高速閃存卡或硬盤記錄節(jié)目，然后把它扔到大規(guī)模的安全存儲(chǔ)（池）或者網(wǎng)絡(luò)上的安全云存儲(chǔ)上，拿到本地（包括本地局域網(wǎng)）或者采用高速訪問進(jìn)行編輯，之后將成品節(jié)目推送到發(fā)布區(qū)進(jìn)行發(fā)布（包括傳統(tǒng)播出和網(wǎng)絡(luò)分發(fā)）。<span style="color: rgb(255, 138, 0);">4K超高清電視制播似乎天然地排斥非網(wǎng)絡(luò)工藝流程。</span></h3> <h3>在演播室制作和傳統(tǒng)播控上，由于4K超高清基帶碼流達(dá)到12Gbps，IP技術(shù)和新的12G SDI技術(shù)逐漸取代3G SDI技術(shù)，尤其是IP化使得系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化的同時(shí)，深刻地改變著電視工程師"所見即所得"的信條，同時(shí)技術(shù)朝向虛擬化、集中化管理和遠(yuǎn)程化控制的趨勢(shì)發(fā)展。電視工程師要逐步具備IT技術(shù)素養(yǎng)，有償?shù)腎T售后服務(wù)將進(jìn)入到傳統(tǒng)電視中心基帶領(lǐng)域。</h3> <h3>大屏（高分辨率）、HDR（高動(dòng)態(tài)范圍）、WCG（寬色域）還帶來了全制播域的對(duì)于節(jié)目調(diào)整和監(jiān)看工藝的變化。譬如，高動(dòng)態(tài)和寬色域帶來了對(duì)節(jié)目色彩更精細(xì)調(diào)整的可能和需求，"調(diào)色"成為超高清不可回避的工藝環(huán)節(jié)。沉浸式的"大屏化"必將帶來鏡頭語(yǔ)言的變化，如何幫助編輯人員既能舒適地編輯監(jiān)看，又能感受到大屏鏡頭語(yǔ)言，需要在監(jiān)看工藝上改變。在過渡期，要確保高動(dòng)態(tài)、寬色域制作的4K超高清節(jié)目能夠在高清頻道播出（包括同播），就需要監(jiān)看REC.709色域的SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍）圖像效果，并進(jìn)行HDR/SDR間的科學(xué)轉(zhuǎn)換。對(duì)于這些問題的探索和解決改變了傳統(tǒng)工藝。此外，聲音制作除了增加了音源采集平面，也添加了用于特殊效果的矢量對(duì)象元素，工藝更為復(fù)雜。</h3> <h3><span style="color: rgb(255, 138, 0);">不過，所有這些變化也許還不及我們對(duì)于大屏聲畫創(chuàng)作理解所需要的變化大。</span></h3> <h1><b>三、幾個(gè)值得關(guān)注的問題</b></h1> <h1><i>1、Rec.2020上的HDR</i></h1> <h3>盡管HDR沒有列入最早的4K UHD標(biāo)準(zhǔn)中去，HDR的到來卻是必然的。隨著平板電視技術(shù)的發(fā)展，電視機(jī)能夠呈現(xiàn)的顏色和動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止CRT時(shí)代，目前普通LED平板電視能夠達(dá)到300nit的亮度（大約是CRT的2倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100nit的傳統(tǒng)電視標(biāo)定值），動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)3000:1，OLED平板電視能夠達(dá)到400nit以上的亮度，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)8000:1以上，隨著LCD技術(shù)的發(fā)展，制造1000nit亮度，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到或超過10^5:1的電視屏并非奢望，而好的電視屏能覆蓋Rec.2020色域的70~80%。<span style="color: rgb(255, 138, 0);">在更好的電視屏上呈現(xiàn)具有更接近自然豐富色彩和層次的內(nèi)容，電視制播面向更寬色域上HDR的轉(zhuǎn)型升級(jí)是必然的。</span></h3> <h3>目前，主流的50~65寸4K平板電視在傳統(tǒng)家庭觀看距離下不足以展現(xiàn)超高清的分辨力魅力，Rec.2020上的HDR視頻帶來的通透性和更真實(shí)的色彩感覺可能是推動(dòng)4K UHD發(fā)展的一個(gè)重要支撐點(diǎn)。</h3> <h3>但不像SDR時(shí)代，一根標(biāo)準(zhǔn)的電視γ曲線簡(jiǎn)單劃一地規(guī)定了圖像的表達(dá)方法，把高亮部分的細(xì)節(jié)基本忽略了。HDR為圖像高亮部分分配了更多的表達(dá)數(shù)據(jù)，而且不同的機(jī)構(gòu)或廠商針對(duì)不同的動(dòng)態(tài)范圍推出了不同的表達(dá)曲線，其中以杜比的PQ（Perceptual Quantizer，感知量化）曲線和NHK與BBC共同推出的HLG（Hybrid Log-Gamma，混合對(duì)數(shù)γ）曲線最為著名。PQ曲線（包括Dolby Vision和HDR10）更接近人眼視覺特性，能夠再現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍是正常曝光量的10000%，峰值達(dá)到10000nit，其設(shè)計(jì)初衷是攜帶元數(shù)據(jù)，確保用戶終端（當(dāng)然能夠識(shí)別元數(shù)據(jù)）能正確呈現(xiàn)HDR或SDR視頻；HLG曲線則是為了在接收上更好地與現(xiàn)有電視系統(tǒng)妥協(xié)而設(shè)計(jì)，確保HDR視頻不攜帶元數(shù)據(jù)即可在各種新、舊電視終端上呈現(xiàn)，HLG曲線能夠再現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍是正常曝光量的1200%，峰值達(dá)到1000nit。此外，索尼、松下、阿萊和佳能等公司也在攝像機(jī)端推出了不同的HDR曲線以滿足制作端的多樣化需求。這種多元化也給電視制播帶來了困擾，包括針對(duì)不同曲線的視頻顯示選擇、不同曲線視頻的轉(zhuǎn)換和色彩層次損耗、動(dòng)態(tài)范圍和峰值的調(diào)整匹配、面向終端用戶的兼容，等等。</h3> <h3>與此同時(shí)，不同動(dòng)態(tài)范圍、色域的視頻圖像在動(dòng)態(tài)范圍、色域不匹配的終端上顯示會(huì)產(chǎn)生問題，這是一個(gè)更大的問題。譬如：具有高動(dòng)態(tài)的視頻為畫面的主體分配了相對(duì)較低的亮度值，如果把它按相對(duì)值簡(jiǎn)單匹配到低動(dòng)態(tài)范圍終端顯示，主體畫面會(huì)偏暗，并丟失細(xì)節(jié)。如果色域也不匹配，會(huì)造成進(jìn)一步的色彩丟失和偏色。Rec.2020上的HDR視頻在支持Rec.709的SDR電視終端上的顯示由于視頻表達(dá)曲線的差異，上述問題則會(huì)進(jìn)一步放大。</h3> <h3>所以，<span style="color: rgb(255, 138, 0);">對(duì)HDR的追求既值得憧憬，也充滿困難，是4K超高清要解決的關(guān)鍵問題之一，</span>要考慮到兼容問題和發(fā)展的階段性。在制播域，4K發(fā)展初期我們關(guān)注兩個(gè)問題：一個(gè)是4K HDR制作的節(jié)目如何能在高清頻道上高質(zhì)量地同播或播出？一個(gè)是當(dāng)4K HDR制作的節(jié)目傳播覆蓋到能夠接收但動(dòng)態(tài)范圍不足或更窄色域的終端，如何評(píng)估受眾的感受并更好地適配？</h3> <h1><i>2、IP還是SDI</i></h1> <h3>應(yīng)該說超高清是IP化在廣電領(lǐng)域推廣的助力器，與過去的3G SDI技術(shù)相比，IP化能夠讓制播系統(tǒng)輕松化繁為簡(jiǎn)。但隨著12G SDI技術(shù)的到來和IP化標(biāo)準(zhǔn)尚存不確定因素，IP還是SDI變成了依然可探討的話題。</h3> <h3>SDI的簡(jiǎn)單連接、即插即用和所見即所得對(duì)于廣電工程師來說深入骨髓，12G SDI即便還沒建立起標(biāo)準(zhǔn)化體系，沿用3G SDI的絕大部分框架就可以搭建起與過去工作流程大同小異的12G SDI技術(shù)體系，當(dāng)然對(duì)于12G SDI來說大規(guī)模信號(hào)調(diào)度依然是難題。與SDI上述特性相反，視頻基帶信號(hào)IP化后更容易處理大規(guī)模信號(hào)調(diào)度，但建立連接相對(duì)復(fù)雜，需要標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議支持，新的設(shè)備加入需要注冊(cè)、授權(quán)，所見的（監(jiān)看的）未必是要得到的（輸出）。所以，加強(qiáng)安全性、提高設(shè)備接入能力和速度、建立通用連接標(biāo)準(zhǔn)就成為IP化推進(jìn)的重要工作。其中，建立通用連接標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。SMPTE（電影和電視工程師協(xié)會(huì)）正在起草的SMPTE ST 2110 IP專業(yè)媒體標(biāo)準(zhǔn)在這些方面被寄予厚望。日前，SMPTE頒布了SMPTE ST 2110的前4個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)，包括SMPTE ST 2110-10（定時(shí)和定義）、SMPTE ST 2110-20（不非壓縮的有效視頻）、SMPTE ST 2110-30（不壓縮PCM音頻）和SMPTE ST 2110-21（流量整形和傳輸定時(shí)）。但標(biāo)準(zhǔn)的全面完成仍需時(shí)日，在標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)實(shí)用化之間也仍有一段路要走。</h3> <h3>盡管如此，這些問題其實(shí)并不妨礙我們?cè)谝恍┚钟蛐缘闹撇?quot;島"內(nèi)（譬如演播室）采用SDI或現(xiàn)有的IP化解決方案。重要的是系統(tǒng)間連接和信號(hào)調(diào)度要符合共同的規(guī)則，并最好能夠升級(jí)到全面符合未來的SMPTE 2100標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，<span style="color: rgb(255, 138, 0);">IP化不會(huì)是終點(diǎn)而是一個(gè)新的起點(diǎn)，廣電人需要思考IP化對(duì)于傳統(tǒng)制播工藝和技術(shù)保障帶來的根本變化，并去積極適應(yīng)。在這個(gè)過程中SDI仍具有其積極意義，定位也有待觀察。</span></h3> <h1><i>3、對(duì)電影制作模式的借鑒和異化</i></h1> <h3><span style="color: rgb(255, 138, 0);">回到文章開始的大屏夢(mèng)，我的理解是在追求電視的電影化。</span>在4K超高清電視來臨的時(shí)候，成熟的電影制作流程自然會(huì)被借鑒到電視中來。但是，電視和電影仍具有重大差異，這些差異難免會(huì)導(dǎo)致制作模式的異化。電視節(jié)目量大、快速、小團(tuán)隊(duì)制作的特點(diǎn)，使得它在"拿來"電影制作模式時(shí)有點(diǎn)消化不良。</h3> <h3>譬如前期，更多時(shí)候電視缺少像電影那樣龐大的攝制工種，通常是兩三個(gè)人的小制作團(tuán)隊(duì)，強(qiáng)調(diào)設(shè)備的便捷性，攝像機(jī)的配重、耗電就成為重要問題，外置記錄和其它配套設(shè)備也會(huì)成為負(fù)贅。而25P幀率節(jié)目的精細(xì)攝制對(duì)于大部分強(qiáng)調(diào)時(shí)效性的電視節(jié)目來說難以玩得轉(zhuǎn)。所以，重視設(shè)備的輕便性和50P幀率記錄格式非常必要。</h3> <h3>后期，數(shù)字電影制作通常有代理剪輯、回批、合成和調(diào)色等環(huán)節(jié)，復(fù)雜的還需要多級(jí)校色。電影素材追求16bit線性RAW格式記錄，謀求精細(xì)調(diào)色過程中盡量減少色彩層次信息的損耗和丟失。這些對(duì)于電視來說，或許就是奢望，除了少量精品，<span style="color: rgb(255, 138, 0);">4K電視的大部分節(jié)目可能不是追求把電視做成電影，而是要把電影快餐化。</span>所以，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)訪問帶寬突飛猛進(jìn)的情況下，探討合理地存儲(chǔ)碼流和現(xiàn)有技術(shù)對(duì)多層實(shí)時(shí)編輯的支持能力以及HDR的準(zhǔn)確展現(xiàn)，成為半年多來我們和后期設(shè)備生產(chǎn)廠商交流的主題。</h3> <h1><b>四、更多的積極因素</b></h1> <h3>總體來說，在關(guān)注上述問題的時(shí)候，我們也在積極推動(dòng)、協(xié)調(diào)和解決這些問題。和數(shù)字化、高清化不同，廣東省政府推動(dòng)的4K超高清電視發(fā)展著眼于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)廣電來說是外力，沒有標(biāo)準(zhǔn)，沒有儲(chǔ)備，技術(shù)處于開發(fā)期，內(nèi)容創(chuàng)作模式有待實(shí)踐，是探索性的實(shí)驗(yàn)工程，但也恰恰可以通過電視的播出達(dá)至行業(yè)的規(guī)范、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這對(duì)于電視臺(tái)來說是壓力也是機(jī)遇。</h3> <h3>現(xiàn)在談4K的未來，積極正面的因素更多一些，我們看到基于國(guó)標(biāo)AVS2的4K編、解碼和傳輸設(shè)備處于量產(chǎn)前期，針對(duì)HDR的測(cè)試據(jù)說也富有成果；從制播到傳輸，盡管配套不足但設(shè)備逐步豐富，我們期待的"更快的計(jì)算和訪問、更大容量的存儲(chǔ)、更寬的傳輸帶寬資源"正在逐步符合4K超高清電視發(fā)展的需求，不僅是廣電，電信也在積極配合全力推動(dòng)4K IPTV的發(fā)展戰(zhàn)略；電視終端，具有"更大的尺寸、更寬的色域和更高的動(dòng)態(tài)范圍"的平板電視正在起步發(fā)展；一系列國(guó)有標(biāo)準(zhǔn)的制定正在緊鑼密鼓地進(jìn)行。</h3> <h3>我個(gè)人而言，更關(guān)注從電視制播到傳輸?shù)浇K端的全鏈條協(xié)調(diào)式發(fā)展，但愿經(jīng)過3年的一個(gè)階段性探索，到2020年我們可以真正迎接4K超高清電視時(shí)代的到來。</h3> <h5><i>作者：邢衛(wèi)東 廣東廣播電視臺(tái)教授級(jí)高工，國(guó)務(wù)院特殊津貼專家</i></h5>