周磊

（中央廣播電視總臺(tái)，北京 100020）

1 引言

北京冬奧會(huì)舉國關(guān)注、舉世矚目。中央廣播電視總臺(tái)深入貫徹“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略布局，充分踐行“科技冬奧·8K 看奧運(yùn)”戰(zhàn)略目標(biāo)，緊緊圍繞“精彩呈現(xiàn)、深入闡釋、全面展示”制作要求，積極推進(jìn)“思想+藝術(shù)+技術(shù)”融合傳播，采用世界最高電視制播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依托最先進(jìn)的4K/8K 兼容制作全I(xiàn)P架構(gòu)超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)及各類型高精尖特種設(shè)備，圓滿完成開閉幕式及部分重要賽事8K 公共信號(hào)制作任務(wù)，為中國乃至全球觀眾呈現(xiàn)了豐富多彩的奧運(yùn)盛宴。在冬奧會(huì)歷史上首次實(shí)現(xiàn)8K 制作播出，成功實(shí)現(xiàn)“科技冬奧·8K 看奧運(yùn)”目標(biāo)，是史上最具“科技驅(qū)動(dòng)力”的奧運(yùn)會(huì)。

2 8K超高清電視公共信號(hào)制作

北京冬奧會(huì)期間，中央廣播電視總臺(tái)與奧林匹克廣播服務(wù)公司（OBS）深入合作，按照“整體布局，突出重點(diǎn)”的技術(shù)適配原則，采用世界最新電視制播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)用多套頂級(jí)8K 轉(zhuǎn)播系統(tǒng)完成了多項(xiàng)賽事的8K 公共信號(hào)制作。使用總臺(tái)為冬奧會(huì)8K 轉(zhuǎn)播項(xiàng)目新建造的A 級(jí)4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播車（A6）承擔(dān)冬奧會(huì)開閉幕式8K 公共信號(hào)制作任務(wù)，使用2套大型4K/8K超高清箱載式EFP 系統(tǒng)，分別承擔(dān)速度滑冰和自由式滑雪/單板滑雪大跳臺(tái)8K 信號(hào)制作，與北京超高清協(xié)同中心合作調(diào)用一輛8K 轉(zhuǎn)播車，承擔(dān)花樣滑冰/短道速滑賽事8K 轉(zhuǎn)播任務(wù)。與此同時(shí)，在8K 賽事信號(hào)制作基礎(chǔ)上，大力增加8K 品質(zhì)節(jié)目及衍生內(nèi)容制作，為“百城千屏”8K 超高清推廣以及總臺(tái)8K 超高清頻道提供了珍貴的頂級(jí)賽事8K直播資源［1］。

2.1 開/閉幕式8K公共信號(hào)制作

北京冬奧會(huì)于2月4日在國家體育場(chǎng)隆重開幕，于2月20日落下帷幕，讓全世界見證了“中國式浪漫”?？偱_(tái)調(diào)用1 輛“中國紅”A6 4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播車及技術(shù)保障團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)場(chǎng)參與節(jié)目制作共15路，包括8K原生有線訊道7個(gè)（包括國家體育場(chǎng)內(nèi)6個(gè)機(jī)位、TVS 樓頂1個(gè)景觀機(jī)位）；接入由 OBS 提供的 6 路 4K 信號(hào)、2 路4K插播信號(hào)及1路高清字幕信號(hào)，統(tǒng)一經(jīng)上變換參與節(jié)目制作；創(chuàng)新使用1臺(tái)國產(chǎn)8K小型化廣播級(jí)攝像機(jī)作為外景機(jī)位參與制作，圓滿完成開/閉幕式自由式滑雪大跳臺(tái)/單板滑雪大跳臺(tái)8K公共信號(hào)制作及轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障任務(wù)。圖1 給出了開/閉幕式8K 公共信號(hào)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2 給出了開/閉幕式8K 公共信號(hào)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障現(xiàn)場(chǎng)畫面。

圖2 開/閉幕式8K公共信號(hào)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障

2.2 自由式滑雪/單板滑雪大跳臺(tái)8K公共信號(hào)制作

北京冬奧會(huì)期間，自由式滑雪大跳臺(tái)/單板滑雪大跳臺(tái)賽事在首鋼滑雪大跳臺(tái)舉行?？偱_(tái)調(diào)用1套大型4K/8K超高清EFP系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)參與節(jié)目制作共13路信號(hào)，包括8K原生有線訊道6個(gè)，4K AI時(shí)間切片系統(tǒng)1 路，接入 OBS 提供的 4K 外來信號(hào) 4 路，均通過 12G光傳經(jīng)過SNP轉(zhuǎn)換成IP流再上變換為8K信號(hào)參與制作，以及8K 慢動(dòng)作插播信號(hào)2 路。創(chuàng)新使用8K 超高清IP 凈切換交換系統(tǒng)和4K AI 時(shí)間切片系統(tǒng)，圓滿完成自由式滑雪大跳臺(tái)/單板滑雪大跳臺(tái)8K公共信號(hào)制作及轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障任務(wù)。圖3 給出了自由式滑雪/單板滑雪大跳臺(tái)賽事8K 公共信號(hào)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3 自由式滑雪/單板滑雪大跳臺(tái)賽事8K公共信號(hào)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 速度滑冰賽事8K公共信號(hào)制作

北京冬奧會(huì)期間，速度滑冰賽事在國家速滑館“冰絲帶”舉行。總臺(tái)調(diào)用1 套大型4K/8K 超高清EFP 系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)參與節(jié)目制作共12 路信號(hào)，包括8K原生有線訊道6個(gè)，創(chuàng)新使用2 臺(tái)國產(chǎn)8K 廣播級(jí)攝像機(jī)和國產(chǎn)8K 收錄播放機(jī)進(jìn)行節(jié)目制作，圓滿完成速度滑冰8K 公共信號(hào)制作及轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障任務(wù)。圖4 給出了速度滑冰賽事8K 公共信號(hào)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖4 速度滑冰賽事8K公共信號(hào)制作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.4 花樣滑冰/短道速滑賽事8K包裝信號(hào)制作

作為冬奧會(huì)重點(diǎn)賽事，花樣滑冰和短道速滑落戶于北京首都體育館?？偱_(tái)聯(lián)合超高清視頻（北京）制作技術(shù)協(xié)同中心，使用一輛8K 超高清轉(zhuǎn)播車，全程使用JPEG?XS編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓縮傳輸，共同完成花樣滑冰/短道速滑賽事8K信號(hào)單邊包裝制作任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置2臺(tái)原生8K訊道攝像機(jī)，配置2個(gè)8K長焦鏡頭，接收2路外來信號(hào)（TOC的8K dirty PGM、4K dirty PGM信號(hào)）；再配合原生8K慢動(dòng)作回放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流程8K信號(hào)制作；音頻系統(tǒng)采用收取NHK 8K PGM的22.2三維聲下混到5.1.4全景聲來制作。圖5給出了花樣滑冰/短道速滑賽事8K包裝信號(hào)制作轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障現(xiàn)場(chǎng)畫面。

圖5 花樣滑冰/短道速滑賽事8K包裝信號(hào)制作轉(zhuǎn)播系統(tǒng)技術(shù)保障

3 8K超高清公共信號(hào)技術(shù)創(chuàng)新

作為冬奧會(huì)史上最具“科技驅(qū)動(dòng)力”的奧運(yùn)會(huì)，北京冬奧會(huì)8K 公共信號(hào)制作取得多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，全方位打造“科技冬奧”應(yīng)用創(chuàng)新的“中國方案”。

3.1 全面采用4K/8K 兼容制作超高清IP 架構(gòu)超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)

為適配冬奧會(huì)轉(zhuǎn)播需求，中央廣播電視總臺(tái)提前布局，全面推進(jìn)4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)建設(shè)。特別是新建A 類4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播車采用全I(xiàn)P 架構(gòu)，使用SMPTE 2110 標(biāo)準(zhǔn)作為8K 視音頻傳輸協(xié)議，支持8K分辨率輸出、10Bit 色彩深度、高動(dòng)態(tài)范圍、ITU-RBT.2020 寬色域、50 幀逐行掃描，同時(shí)兼容8K和4K 制作需求，具有極強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，完全滿足北京冬奧會(huì)8K和4K國際公共信號(hào)制作需求。

轉(zhuǎn)播車車體使用內(nèi)外套大跨度雙側(cè)拉結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新研發(fā)了電控側(cè)拉箱和國產(chǎn)液壓支撐腿系統(tǒng)，轉(zhuǎn)播車體展開后使用面積從29.6 平米提升到66.6 平米，共設(shè)置6個(gè)工作域，節(jié)目制作和技術(shù)支持工位達(dá)50個(gè)，有效地提升了轉(zhuǎn)播車的工作效率和能力，以及轉(zhuǎn)播車現(xiàn)場(chǎng)部署便利性及安全性。圖6給出了新建A類4K/8K超高清轉(zhuǎn)播車車體及車內(nèi)布局圖。

圖6 新建A類4K/8K超高清轉(zhuǎn)播車車體及車內(nèi)布局圖

3.2 8K公共信號(hào)制作實(shí)現(xiàn)從制作到傳輸全I(xiàn)P架構(gòu)

冬奧會(huì)期間，前方各賽事8K 公共信號(hào)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)全部采用IP 架構(gòu)。在開/閉幕式8K 公共信號(hào)轉(zhuǎn)播期間，技術(shù)人員搭建轉(zhuǎn)播車——IBC 機(jī)房——臺(tái)內(nèi)演播室全鏈路完整IP 通路，采用ST2110 協(xié)議，將前方4K/8K 轉(zhuǎn)播系統(tǒng)主備核心交換機(jī)使用2個(gè)100G 端口與IBC 機(jī)房進(jìn)行系統(tǒng)IP 直連，在IBC 端直接接入總控核心IP 調(diào)度系統(tǒng)中。通過4個(gè)視頻流、2個(gè)音頻流、1個(gè)輔助數(shù)據(jù)流的方式傳輸一路8K IP 信號(hào)，世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)冬奧會(huì)開/閉幕式及部分重要賽事8K無壓縮IP傳輸。圖7給出了開/閉幕式8K信號(hào)無壓縮IP傳輸結(jié)構(gòu)圖。

圖7 開/閉幕式8K信號(hào)無壓縮IP傳輸結(jié)構(gòu)圖

在冬奧會(huì)花樣滑冰/短道速滑賽事8K包裝信號(hào)制作中，首次使用JPEG?XS編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)8K制作IP傳輸。JPEG?XS編碼技術(shù)支持多種圖像格式，原生支持8K視頻分辨率。在一定壓縮比下編碼質(zhì)量接近視覺無損，多次迭代編解碼后的圖像質(zhì)量高，同時(shí)其超低壓縮延時(shí)的特點(diǎn)可以滿足制播域內(nèi)的信號(hào)處理要求，支持流化信號(hào)和文件兩種格式，可基于SMPTE 2110?22協(xié)議進(jìn)行IP傳輸。轉(zhuǎn)播期間，由于首都體育館帶寬資源有限，將8K視頻信號(hào)分解為4路12G基帶SDI信號(hào)，通過10∶1的壓縮比編碼封裝為4路XS IP信號(hào)，同時(shí)符合2022?7標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)8K信號(hào)傳輸。圖8給出了花樣滑冰/短道速滑賽事8K JPEG?XS編碼傳輸架構(gòu)圖。

圖8 花樣滑冰/短道速滑賽事8K JPEG?XS編碼傳輸架構(gòu)圖

3.3 多款國產(chǎn)電視裝備彰顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)

為打破廣電行業(yè)長期依賴國外進(jìn)口設(shè)備的局面和瓶頸，中央廣播電視總臺(tái)充分踐行科技冬奧創(chuàng)新理念，大力發(fā)揮國產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不斷進(jìn)行自主研發(fā)，設(shè)備國產(chǎn)替代進(jìn)程逆勢(shì)而上，取得重要突破。

4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)方面，所有“中國紅”4K/8K 超高清轉(zhuǎn)播車及配套輔助車均采用國產(chǎn)車體，視頻核心調(diào)度系統(tǒng)均使用自研集中控制系統(tǒng)、8K 廣播級(jí)攝像機(jī)、8K 超高清IP 凈切換交換機(jī)、4K/8K 監(jiān)視器以及在線包裝系統(tǒng)、虛擬合成系統(tǒng)等，在超高清信號(hào)采集、調(diào)度、終端呈現(xiàn)等方面實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化應(yīng)用，有力地推動(dòng)了我國8K/4K電視裝備的國產(chǎn)化。

各類型特種設(shè)備方面，“獵豹”超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)、錐桶無線傳輸攝像機(jī)、陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)、AI時(shí)間切片系統(tǒng)等高精尖特種設(shè)備均為總臺(tái)自主研發(fā)，顯著提升了4K/8K公共信號(hào)制作水平，充分彰顯了國產(chǎn)技術(shù)的硬核實(shí)力。

（1）自研“獵豹”超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)充分展現(xiàn)賽事特點(diǎn)

為契合OBS對(duì)速度滑冰賽事轉(zhuǎn)播高速度、寬視野和多角度呈現(xiàn)的技術(shù)需求，總臺(tái)潛心研發(fā)多款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精尖特種設(shè)備。而贏得全網(wǎng)重點(diǎn)關(guān)注的“獵豹”超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)就是其中最具代表性的高尖端重型特種設(shè)備，全面契合速度滑冰賽事特點(diǎn)。該系統(tǒng)由高速軌道系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、4K圖像傳輸及陀螺儀遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等部分組成，采用感應(yīng)式直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，搭載國產(chǎn)五軸陀螺穩(wěn)定云臺(tái)和圖像采集系統(tǒng)，最高速度達(dá)25米/秒（是高于速滑運(yùn)動(dòng)員速度的更快速度），加減速度大于3.5米/平方秒，可滿足高速直道和彎道運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目4K跟蹤拍攝需求。且軌道電機(jī)、陀螺減震、微波通訊等關(guān)鍵構(gòu)件均采用國產(chǎn)設(shè)備。該系統(tǒng)完全契合科技冬奧創(chuàng)新理念，打破了歐美在高端影視直播特種拍攝設(shè)備領(lǐng)域的壟斷，是全世界僅有的兩套可滿足冬奧會(huì)等世界頂級(jí)賽事的超高速軌道拍攝系統(tǒng)之一，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

為充分契合國家速滑館賽道和OBS拍攝需求，技術(shù)人員在U型軌道上高速運(yùn)行時(shí)，通過布設(shè)雙層護(hù)擋板、優(yōu)化系統(tǒng)延時(shí)量、配置電子剎車和機(jī)械剎車雙重保險(xiǎn)、設(shè)置終端安全系統(tǒng)等多重技術(shù)手段，保障設(shè)備安全運(yùn)行。采用移動(dòng)供電技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行實(shí)時(shí)大功率供電；采用多軸陀螺穩(wěn)定技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定畫面拍攝；采用數(shù)據(jù)打包技術(shù)將多碼率、非同步的多種雙向數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)單一頻點(diǎn)占用的數(shù)據(jù)鏈，提高信道抗干擾性；采用磁制動(dòng)器牽引阻攔索方式進(jìn)行終端安全保護(hù)；采用超級(jí)電容存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌道車自主剎車；將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)和變頻器分離，達(dá)到最佳的制動(dòng)和響應(yīng)效果。圖9給出了超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)架設(shè)示意圖，圖10給出了超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)參與完成速度滑冰賽事8K公共信號(hào)制作現(xiàn)場(chǎng)畫面。

圖9 超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)架設(shè)示意圖

圖10 超高速4K軌道拍攝系統(tǒng)參與完成速度滑冰賽事8K公共信號(hào)制作

（2）自研4K AI 時(shí)間切片系統(tǒng)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)還原滑雪跳臺(tái)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作

該系統(tǒng)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)捕捉和時(shí)間切片技術(shù)，還原和解析運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)作細(xì)節(jié)，完成運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和技術(shù)動(dòng)作的三維定格回放，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)還原了谷愛凌、蘇翊鳴等挑戰(zhàn)奪冠選手的高難度技術(shù)動(dòng)作。該系統(tǒng)基于AI深度學(xué)習(xí)算法，結(jié)合視覺暫留技術(shù)、圖形學(xué)、圖像學(xué)及自動(dòng)化控制技術(shù)構(gòu)成AI圖像處理系統(tǒng)，只需15秒就可完成技術(shù)動(dòng)作剝離運(yùn)算和時(shí)間切片包裝渲染，實(shí)現(xiàn)逐幀呈現(xiàn)和提煉放大的“時(shí)間切片”數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)效果，并結(jié)合AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種虛擬影像呈現(xiàn)，具有智能化、多樣性和及時(shí)性等特點(diǎn)，可充分滿足電視直播實(shí)時(shí)性需求［1］。

該系統(tǒng)性能優(yōu)異，打破了國外公司長期的技術(shù)壟斷，在系統(tǒng)渲染能力、數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間等方面遠(yuǎn)優(yōu)于國外同類設(shè)備。顯著提升自由式滑雪/單板滑雪大跳臺(tái)4K/8K 公共信號(hào)制作水平，獲得OBS 高度贊賞和廣泛關(guān)注。圖11給出了AI時(shí)間切片系統(tǒng)參與完成滑雪大跳臺(tái)賽事8K公共信號(hào)制作現(xiàn)場(chǎng)畫面。

圖11 AI 時(shí)間切片系統(tǒng)參與完成滑雪大跳臺(tái)賽事8K公共信號(hào)制作

（3）自研多個(gè)國產(chǎn)8K 廣播級(jí)攝像機(jī)圓滿完成8K公共信號(hào)制作

首次使用一臺(tái)國產(chǎn)8K 小型化廣播級(jí)攝像機(jī)，作為外景機(jī)位參與完成冬奧會(huì)開閉幕式8K 公共信號(hào)制作；首次使用2 臺(tái)國產(chǎn)8K 廣播級(jí)攝像機(jī)，參與完成冬奧會(huì)速度滑冰8K公共信號(hào)制作。

各臺(tái)8K 廣播級(jí)攝像機(jī)均支持現(xiàn)有廣電標(biāo)準(zhǔn)的BT2020色域與HDR曲線，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)滿足行業(yè)8K技術(shù)規(guī)范，完美適配8K 超高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，拍攝畫質(zhì)優(yōu)異。圖12給出了國產(chǎn)8K廣播級(jí)攝像機(jī)參與完成冬奧會(huì)多賽事8K公共信號(hào)制作現(xiàn)場(chǎng)畫面。

圖12 國產(chǎn)8K廣播級(jí)攝像機(jī)參與完成冬奧會(huì)多賽事8K公共信號(hào)制作

（4）試制8K 超高清IP 凈切換交換機(jī)系統(tǒng)圓滿完成8K公共信號(hào)制作

該系統(tǒng)是國際上首個(gè)基于交換機(jī)的8K 超高清視頻凈切換系統(tǒng)。由IP交換機(jī)和控制服務(wù)器組成，其中100G 端口可編程IP 交換機(jī)負(fù)責(zé)8K 視頻流的傳輸、調(diào)度和切換，控制服務(wù)器負(fù)責(zé)控制。圖13 給出了8K 超高清IP凈切換交換機(jī)設(shè)備圖。

圖13 8K超高清IP凈切換交換機(jī)設(shè)備圖

該系統(tǒng)支持多種格式視頻凈切換和超高清4K/8K 多分辨率，可實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換，切換端到端時(shí)延一幀以內(nèi)，輸出圖像不夾幀、不黑場(chǎng)、不卡頓。在轉(zhuǎn)播系統(tǒng)中與葉/脊交換機(jī)相連，接收葉/脊交換機(jī)拉取由攝像機(jī)/CCU/SNP 生成的多路8K 流，進(jìn)行凈切換后轉(zhuǎn)發(fā)切換后的視頻流到葉/脊交換機(jī)，之后進(jìn)行節(jié)目的播放。

北京冬奧會(huì)期間，作為新建4K/8K 超高清EFP 系統(tǒng)的應(yīng)急切換系統(tǒng)，運(yùn)行可靠，性能良好，圓滿完成自由式/單板滑雪大跳臺(tái)賽事8K 公共信號(hào)制作任務(wù)，充分彰顯科技冬奧創(chuàng)新理念。

4 結(jié)束語

中央廣播電視總臺(tái)北京冬奧會(huì)8K 公共信號(hào)制作傳播效果顯著，取得矚目成績(jī)。在冬奧會(huì)歷史上首次實(shí)現(xiàn)8K 制作播出，以獵豹為代表的高精尖國產(chǎn)特種設(shè)備的成功亮相成為了全球焦點(diǎn)，以國際一流新型主流媒體制播水準(zhǔn)傾情展現(xiàn)了精彩、非凡、卓越的奧林匹克新篇章。同時(shí)對(duì)整個(gè)行業(yè)起到了超強(qiáng)的示范應(yīng)用效應(yīng)，極大地推動(dòng)了8K 超高清電視制播體系的建設(shè)以及我國超高清全產(chǎn)業(yè)鏈的跨越式發(fā)展。