随着央视4K 超高清频道和广东广播电视台4K 综艺频道的播出，高质量4K 节目内容需求越来越大。本文将主要以一场CBA 比赛4K 直播为例，简要探讨4K 超高清直播信号在总控的信号调度过程，以及可能会遇到的问题。 4K 超高清直播 总控 信号调度
2018年10月16日，广东广播电视台综艺频道正式调整为4K 播出，成为全国首个省级电视4K 超高清频道，满足了观众对更清晰完美视听娱乐节目的追求。体育比赛的4K 超高清直播为频道提供了优质的4K 节目内容，给观众带来了如临现场的视听享受，也给技术部门带来了挑战。4K 综艺频道会直播广东两支CBA 球队的主场比赛，下面以时代中国广州队主场比赛为例，介绍4K 超高清直播信号在总控的调度。
一 4K 总控IP 调度系统
1. 4K 超高清标准概述
按照《4K 超高清电视技术应用实施指南（2018版）》的规定，我国的4K 超高清视音频应符合以下主要技术参数：3840×2160分辨率、50帧/秒帧率、逐行扫描、10比特量化精度、BT.2020域、高动态范围（HDR ），4K 超高清电视节目播出应支持立体声或5.1环绕声，有条件的可支持三维声。[1]
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4K 综艺频道符合相关规范，高动态范围（HDR ）采用的是HLG 转换曲线。蒸煮炉
4K 信号的分解方案有两种，分别是SQD （Square
Division ） 和2SI （Two Sample Interleave ）。SQD 是4K 画面进行2×2分割而成4个3G SDI ，2SI 是相邻8个像素分组进行分割的4个3G SDI 。
该调度系统如图1，支持SDI over IP （4K/3G/HD/SD ）的传输和其他多播数据业务的接收、调度和分发，有IPX 矩阵、SDVN 管理软件、4K 超高清交叉变换器、IPG 、4K 示波器、4K 监视、4K 解码器、延时器、录制器、IP 多画面分割器等设备。该调度系统是实时视音频多业务IP 路由中心系统，能通过SDN 软件进行管理，能实现本地总控系统同其他远距离节点间（如直播现场、演播室、播出中心等）的无压缩、压缩IP 信号的分发调度切换、监看以及SDI 信号的IP 封装、解封装等功能。切换方式支持硬件面板和软件两种方式。
调度系统平台由2台IPX IP 矩阵组成主备关系，承载各IP 信号的切换调度。此调度平台可实现演播室的4线3G SDI 的4K 信号， 2路4K 卫星接收机、解码器信号， 2路4K 收录信号，2入2出4K 交叉变换、2路4K 延时信号和送播出的4K 信号。演播室信号经由IPG 传输至IPX 矩阵，IPG 的每个10G SFP 模块可传3路3G 信号或6路HD SDI 信号。
SDVN 软件是IP 调度系统的管理核心。系统配置主备两台Magnum-HW 管理服务器，内含主备Magnum-SDVN 管理软件，两台设备间通过芯跳线互联，可自动监测故障，实现管理软件的自动倒换功能，保障系统的安全运行。而且SDVN 具有的系统拓扑图，可实现设备级、链路级、信号级三级信号追踪功能以及设备、链路连接状态自动监
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测和报警、流量实时监控等功能，如图2。
二 CBA 4K 超高清直播的信号调度
1. 概述
总控是信号的调度中心。如图3，与传统直播信号传输调度在总控的流程一样，只不过信号源是4K 信号。
时代中国广州队CBA 主场比赛场馆在天河。CBA 4K 直播时，4K 外场转播制作系统将视频信号格式设为3840×2160/50p ， HLG/1000nit ， BT.2020，5.1环绕声，2SI 的4K HDR 直播信号，主备两路传送至总控系统进行调度。总控系统分发给600平方米4K 超高清演播室集进行解说制作，再将演播室
信号送给播出中心的4K 播出中心。播出中心正式播出的4K 频道信号回到总控，经由总控送给省有线网络公司和IPTV ，用户最终接收到4K 直播信号。
2. 调度详解
（1）4K 直播信号回传总控
如图4，为保证直播播出安全，4K 信号
回传的方式采取了主备异构，主路采用4×3G 基带信号，备路采用4K 编码器传回压缩编码IP 信号（基于视觉无损），都经过专用网络主备光纤链路回到电视台总控。主路使用光传设备，采用CWDM （粗波分复用）将4路3G SDI 基带信号通过单纤回传，备路在4K 编码器设备编码后采用便携光机传IP 信号回台，由此实现了4K 链路的异构主备直播。
在电视台总控，主路由光传设备收端设备解复用成
4×3G 信号，借用调度系统通道4K DELAY-1进入IP 调度矩阵。备路由便携式光机收端设备将IP 信号给4K 解码器解码成4K 信号。登录解码器Web 页面，选择任务管理配置好相关的参数，勾选任务开始解码即可。
（2）4K 演播室集
600平方米4K 演播室集负责直播信号的制作。总控给演播室的信号均为4K （2SI ）信号。
如图4和图5，总控将基带信号4K DELA Y -1和压缩信号4K SA T2通过通道600 4K M1、B1分别送给600平方米演播室集作为主备，并将卫星接收的同一场次的高清比赛信号通过600 HD B3送过去作
为备份，广东体育高清频道由600 HD M3送过去作为监看需要。正式播出的4K 频道信号RE BC 也由通道600 4K M2给演播室集，用来观察直播效果。
（3）4K 播出中心
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如图6，总控将演播室回传制作好的4K （2SI ）信号由通道600 4K M1和600 4K B1经过交叉变换器4K UDX-1和4K UDX-2后成为4K （SQD ）信号，最终通过4K BC-1和
幕等成为正式播出的4K 超高清频道信号。
（4）4K 频道信号给有线公司和IPTV
最后直播的4K 频道信号经由总控以基带信号送给省有线网络公司前端；进行4K AVS2和4K H.265编码后给IPTV 前端。最终4K 频道进入千家万户，人们得以观看4K CBA 比赛。
3. 4K VTR 录制回看
总控的两台监视器可进行录制，插入硬盘后可按屏幕下方REC 键开始录制，再按一次停止或直接按PLAY 键回放。这样信号发生故障后记好时间可进行翻查。
三 探讨4K 直播遇到的问题
1. 4K 信号校对
直播前为保证播出安全，总控需校对信号，确定其符合4K 制作规范。
参照BT.2100中对主观评价环境的要求，直观上通过4K 监视器设置的调整来监看信号，参数设置Color Space BT.2020，EOTF BT.2100，变换SQD 或2SI 模式监看画面，可观察分割四路3G SDI 或整体4K 画面是否正常。监听声音为5.1环绕声，无任何杂音干扰。
目前用4K 超高清波形监测仪进行信号的校对。它常用的功能菜单包括Waveform ，Audio ，Picture ，Event log ，Stop Display ，Video Session 等，能进行大概的4K 信号校对。但应有更专业的HDR 监测设备。
校对时，Video Session 下可用CRC 等手段判断链路的稳定性，Event log 下也会有错误信息记录。
4K 频道现用标准HDR 为固定的HLG 曲线和BT.2020域。为保证直播信号符合标准，应该对HDR 和SDR 、BT.2020和BT.709相关标准的监测比较熟悉。
4K 信号由于使用了HDR ，其亮度幅度会有所不同，在Stop Display 或Wave form 可粗略判断制作的信号格式。若发现问题需通知直播前方及时调整。通用积分
一般用Stop Display 检查信号较为直观，它有亮度的大致标记，如室内肤、室外肤、室外高光等。
在Wave form 下，BT.709域较窄，信号电平较高，而BT.2020域较广，信号电平较低。SDR 和HLG 波形上两者暗部比较接近，亮部HLG 相比较低。75%HLG （203nit ）是重要的参考指标[2]
。良好的4K 信号亮度电平、字幕电平等主要集中在75%HLG 以下；在只有灯光等高光部分处于75%
HLG 以上位置；底电平也不应太高，不然信号展现不出明暗细节，缺乏动态范围。如图7，只有灯光等高光部分处于75%（203nit ，红线）以上位置，如果波形大量集中在此或以上，画面将比较刺眼，节目质量就比较差了。
2. 问题探讨
4K 超高清直播信号，特别是备路IP 信号，或多或少
z 解码器图像花屏：可能是直播前方编码器编码码率过高，需要前方降低码率。或者是误码后未自动恢复，需要手动重启解码任务；
minip2pz 视频图像锯齿：该故障一般由于使用2SI 的传输通道中线序错误或线路故障引起，严重时会呈现出网格状黑点代表信号中断；
z 视频图像闪跳：可能是连接线路故障造成了误码。也可能是黑场同步等问题造成设备不稳定；
z 视频图像出现红残影：直播现场可插拔或者更换编码器信号采集卡；
z 矩阵线路不能切换：可能是该通道上的带宽占用过高所致，需删除链路中不在用的视音频IP 流；
z 视频图像中间出现透明细横线：在4K 信号画面快速变化时，监看器屏幕中间偶尔会明显出现透明细横线，SQD 信号特有现象，暂时无法解决。
四 结束语
4K 超高清产业正在迅速发展，4K 超高清直播也会越来越多。广电的IP 化发展给传统广电人提出新的挑战。我们唯有迎难而上，不断更新知识，才能跟上时代的步伐。
参考文献
[1]《4K 超高清电视技术应用实施指南（2018版）》，2018.
[2]ITU-R BT.2408-2 Guidance for operational practices in HDR television production ，2019.
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的建设中发挥更大作用。四是推进技术和产品创新。加快运用物联网、云计算、大数据等先进技术，积极推进电视、电脑、手机等终端的融合，为党委政府和市民众提供更好的使用体验。五是提升服务能力。牢固确立既要建好更要用好的建设发展理念，进一步完善内容采集编辑和审核发布的管控工作流程，完善网络平台和终端渠道的运行监测维护管理制度，加强与各合作方的联系沟通协调，建立用户个性化需求 “一站式”服务快速响应机制。
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