【摘要】隨著科技的飛速發(fā)展，5G通信技術(shù)與超高清視頻技術(shù)的融合已成為媒體行業(yè)的重要趨勢。在這一背景下，5G+4K/8K超高清制播示范平臺應運而生，它不僅代表了當前媒體技術(shù)的最前沿，更是未來媒體行業(yè)發(fā)展的重要方向。本文概述了平臺的背景、建設目標及主要內(nèi)容，詳細探討了演播室SDN系統(tǒng)的基礎架構(gòu)、實施策略以及該平臺在IP化4K無壓縮信號管理、超高清視頻內(nèi)容制作與分發(fā)等方面的應用，希望為媒體行業(yè)的未來發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】5G；4K/8K；超高清制播示范平臺；演播室SDN系統(tǒng)

中圖分類號：TN929" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.23.013

5G技術(shù)以高速度、低延遲和大連接數(shù)的特性，為超高清視頻的實時傳輸提供了可能，而4K/8K超高清技術(shù)則以細膩的畫面表現(xiàn)和豐富的色彩層次，為觀眾帶來了前所未有的視覺盛宴。當這兩者結(jié)合時，便催生了“5G+4K/8K超高清制播示范平臺”這一創(chuàng)新項目，該項目通過構(gòu)建先進的超高清制播系統(tǒng)，實現(xiàn)了電視節(jié)目從制作到播出的全程超高清化，極大地提升了觀眾的收視體驗。本文圍繞5G+4K/8K超高清制播示范平臺演播室SDN系統(tǒng)及應用展開了深入探討，希望能夠推動超高清視頻技術(shù)的廣泛應用與媒體制播效率的提升。

1. 5G+4K/8K超高清制播示范平臺概述

1.1 平臺背景與建設目標

為了積極響應國家關(guān)于加快5G網(wǎng)絡建設和應用推廣的戰(zhàn)略部署，同時推動超高清視頻產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，中央廣播電視總臺牽頭承擔了“5G+4K/8K超高清制播示范平臺”項目，其目標在于打造一個集5G通信技術(shù)與超高清視頻技術(shù)于一體的先進制播平臺，通過技術(shù)創(chuàng)新和應用示范，引領我國5G媒體行業(yè)應用和超高清產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。具體而言，平臺旨在實現(xiàn)基于5G技術(shù)的“云管端”全新業(yè)務模式，形成年產(chǎn)10000小時的超高清節(jié)目制作能力，并全面對接總臺電視、新媒體、電影平臺，實現(xiàn)4K/8K超高清電視節(jié)目在各平臺的直播、點播，從而滿足人民群眾日益增長的高質(zhì)量收視體驗需求，而且該平臺還將依托總臺超高清視音頻制播呈現(xiàn)國家重點實驗室開展科技創(chuàng)新，參與單位將聚焦項目應用需求，完成5G+4K/8K相關(guān)系統(tǒng)設備的研制，并制定國家或行業(yè)技術(shù)標準，為超高清視頻產(chǎn)業(yè)的標準化、規(guī)范化發(fā)展貢獻力量[1]。

1.2 平臺主要建設內(nèi)容

1.2.1 5G+4K/8K超高清制播系統(tǒng)

5G+4K/8K超高清制播系統(tǒng)是整個示范平臺的核心，集成了先進的超高清視頻采集設備、高性能編輯制作工作站以及智能化的內(nèi)容管理系統(tǒng)。通過采用高分辨率的4K/8K攝像機進行現(xiàn)場拍攝，結(jié)合高效的視頻處理算法和編輯軟件，實現(xiàn)超高清視頻內(nèi)容的快速制作與包裝，同時系統(tǒng)支持5G網(wǎng)絡環(huán)境下的遠程協(xié)作與云制作，提高了制作效率與靈活性，確保了超高清視頻內(nèi)容的高質(zhì)量輸出。

1.2.2 5G超高清業(yè)務傳輸網(wǎng)絡

依托5G網(wǎng)絡的高帶寬特性，構(gòu)建專用于超高清視頻傳輸?shù)母咚偻ǖ溃摼W(wǎng)絡不僅支持大容量的超高清視頻數(shù)據(jù)流實時傳輸，還具備低時延、高穩(wěn)定性的特點，確保了超高清視頻在直播、點播等場景下的流暢播放體驗。

1.2.3 便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸系統(tǒng)

為滿足戶外直播、移動報道等靈活需求，開發(fā)了便攜式5G+4K/8K直播編碼傳輸設備，該系統(tǒng)集成了超高清編碼器、5G通信模塊與電池供電系統(tǒng)，能夠在各種環(huán)境下實現(xiàn)超高清視頻的實時編碼與傳輸，為新聞采集、體育賽事、文藝演出等提供了便捷的直播解決方案。

1.2.4 AVS2/AVS3標準超高清電視影院直播系統(tǒng)

基于我國自主研發(fā)的AVS2/AVS3超高清視頻編碼標準，構(gòu)建了兼容性強、效率高的超高清電視影院直播系統(tǒng)，它不僅支持高清到超高清的平滑過渡，還優(yōu)化了編碼效率與圖像質(zhì)量，為用戶帶來更加細膩、逼真的視覺享受，同時通過推廣AVS標準的應用，促進了我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展[2]。

1.2.5 5G和超高清相關(guān)測試體系

為了保障平臺各系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，建立了全面的5G和超高清視頻測試體系，其中涵蓋了網(wǎng)絡性能測試、視頻質(zhì)量評估、編解碼效率對比、系統(tǒng)兼容性驗證等多個方面，通過科學的測試方法和嚴格的測試標準，為平臺的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品迭代及行業(yè)應用提供了有力的技術(shù)支撐，推動了超高清視頻技術(shù)與5G融合創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展。

2. 演播室SDN系統(tǒng)基礎與架構(gòu)

2.1 SDN技術(shù)簡介

軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Networking，SDN） 是一種革命性的網(wǎng)絡架構(gòu)和管理方法，它通過將網(wǎng)絡控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源的集中管理和靈活調(diào)度，其核心思想在于將傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備中的控制邏輯提取出來，集中到一個中心控制器中，從而使得網(wǎng)絡管理變得更加高效、靈活和可編程[3]。在5G+4K/8K超高清制播示范平臺中，SDN技術(shù)的應用為超高清視頻內(nèi)容的制作、傳輸和播放提供了強有力的網(wǎng)絡支撐。

2.2 演播室SDN系統(tǒng)硬件架構(gòu)

演播室SDN系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括SDN控制器、網(wǎng)絡設備以及相關(guān)的服務器和存儲設備。SDN控制器是整個系統(tǒng)的核心，負責網(wǎng)絡資源的集中管理和調(diào)度，它通常基于高性能的服務器平臺，運行專門的SDN控制軟件，通過開放的接口（如OpenFlow）與網(wǎng)絡設備進行通信。網(wǎng)絡設備包括交換機、路由器等，它們負責數(shù)據(jù)平面的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)SDN控制器下發(fā)的指令進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由。為了支持超高清視頻內(nèi)容的制作和播放，演播室SDN系統(tǒng)還需要配備高性能的服務器和存儲設備，用于存儲和處理超高清視頻數(shù)據(jù)。

2.3 SDN管控監(jiān)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

SDN管控監(jiān)系統(tǒng)軟件架構(gòu)是演播室SDN系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源的集中管理、監(jiān)控和調(diào)度，該軟件架構(gòu)通常包括以下幾大模塊：①網(wǎng)絡管理模塊負責網(wǎng)絡設備的配置、狀態(tài)監(jiān)控和故障處理；②資源調(diào)度模塊根據(jù)業(yè)務需求和網(wǎng)絡狀態(tài)，動態(tài)分配和調(diào)整網(wǎng)絡資源，監(jiān)控與分析模塊對網(wǎng)絡流量、性能指標等進行實時監(jiān)控和分析，為網(wǎng)絡優(yōu)化和故障排查提供依據(jù)；③安全策略模塊則負責網(wǎng)絡的安全防護和策略配置，確保網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行。這些模塊通過協(xié)同工作，實現(xiàn)了演播室SDN系統(tǒng)的高效管理和運維。

2.4 SDN與IP演播室系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺中，SDN與IP演播室系統(tǒng)之間存在著緊密的邏輯關(guān)系。SDN為IP演播室系統(tǒng)提供了靈活、高效的網(wǎng)絡支撐，通過SDN的集中管理和調(diào)度，IP演播室系統(tǒng)可以更加便捷地獲取和傳輸超高清視頻內(nèi)容，提高了制作效率和播放質(zhì)量。

IP演播室系統(tǒng)作為超高清視頻內(nèi)容的制作和播放平臺，對網(wǎng)絡資源的需求日益增加，而SDN的引入正好滿足了這一需求，為IP演播室系統(tǒng)提供了豐富的網(wǎng)絡資源和靈活的網(wǎng)絡配置選項。

SDN與IP演播室系統(tǒng)的結(jié)合還促進了超高清視頻技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的深度融合，推動了媒體行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。具體來說，SDN的可編程性和靈活性使得IP演播室系統(tǒng)能夠更加輕松地實現(xiàn)超高清視頻的實時傳輸、遠程協(xié)作和云制作等功能，從而提升了整個制播流程的效率和質(zhì)量。

3. 演播室SDN系統(tǒng)實施策略

3.1 系統(tǒng)設計與規(guī)劃

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺演播室SDN系統(tǒng)的設計與規(guī)劃階段，需要根據(jù)演播室的實際布局和業(yè)務流程，設計合理的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，確保超高清視頻信號能夠高效、穩(wěn)定地傳輸，并結(jié)合SDN技術(shù)的優(yōu)勢，規(guī)劃出控制平面與數(shù)據(jù)平面分離的網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的集中管理和靈活調(diào)度。在設計過程中，還需充分考慮系統(tǒng)的可擴展性和兼容性，可以采取模塊化設計，使各功能模塊相互獨立，并預留足夠的資源冗余，以容納未來更多的設備和功能。

3.2 系統(tǒng)集成與部署

系統(tǒng)集成與部署是演播室SDN系統(tǒng)實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一階段需要將SDN控制器、網(wǎng)絡設備、服務器、存儲設備等硬件設備進行集成，并安裝相應的軟件系統(tǒng)和應用程序。這一過程中不僅要確保各硬件設備之間的物理連接正確無誤，更要注重軟件層面的集成，即安裝與配置相應的軟件系統(tǒng)和應用程序，使得整個系統(tǒng)能夠協(xié)同工作，同時要采用統(tǒng)一的接口和通信協(xié)議，從而實現(xiàn)順暢的數(shù)據(jù)交換和通信[4]。在部署環(huán)節(jié)，需嚴格遵循前期的系統(tǒng)設計規(guī)劃，將各設備精準地安置在預定位置，并逐一進行必要的配置與調(diào)試工作，確保系統(tǒng)能夠按照既定要求穩(wěn)定運行。

3.3 系統(tǒng)測試與優(yōu)化

在測試階段，需要制定詳細的測試計劃和測試用例，對系統(tǒng)的各項功能和性能進行全面的驗證，測試內(nèi)容應包括網(wǎng)絡連通性、帶寬利用率、時延、抖動等關(guān)鍵指標以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性等方面，從而可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題和不足之處，并及時進行修復和優(yōu)化。在優(yōu)化過程中，需要根據(jù)測試結(jié)果和實際應用需求，調(diào)整網(wǎng)絡配置、優(yōu)化資源分配、改進系統(tǒng)架構(gòu)等，有效提高系統(tǒng)的性能和效率，同時還需要持續(xù)關(guān)注系統(tǒng)的運行狀態(tài)和性能指標，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。

3.4 安全管理措施

由于超高清視頻內(nèi)容的制作和傳輸涉及大量的敏感信息和數(shù)據(jù)，因此必須采取嚴格的安全管理措施來保護系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的完整性。首要任務是構(gòu)建一套健全的安全策略和管理體系，明確劃分不同級別用戶的權(quán)限與職責，嚴格限制未授權(quán)訪問及操作，充分維護系統(tǒng)的安全性，同時還需要采用前沿的加密技術(shù)和安全防護手段，確保超高清視頻數(shù)據(jù)在存儲及傳輸環(huán)節(jié)均得到加密保護，有效防止數(shù)據(jù)在傳輸途中被非法竊取或篡改。

4. 5G+4K/8K超高清制播示范平臺演播室SDN系統(tǒng)應用

4.1 IP化4K無壓縮信號管理

傳統(tǒng)演播室系統(tǒng)往往采用基于串行數(shù)字接口（serial digital interface，SDI）的信號傳輸方式，這種方式在傳輸4K/8K超高清視頻信號時存在帶寬限制和信號衰減等問題，而IP化信號傳輸則通過將視頻信號封裝成IP數(shù)據(jù)包，在以太網(wǎng)中進行傳輸，從而突破了傳統(tǒng)SDI接口的帶寬限制，實現(xiàn)了更高質(zhì)量的視頻信號傳輸。

SDN系統(tǒng)在這一過程中發(fā)揮了重要作用，通過SDN控制器的集中管理和動態(tài)配置，IP化4K無壓縮信號可以在演播室內(nèi)部實現(xiàn)高效、穩(wěn)定地傳輸。SDN控制器能夠?qū)崟r監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài)，并根據(jù)業(yè)務需求動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡資源的分配，確保超高清視頻信號在傳輸過程中的低延遲、無壓縮和高質(zhì)量，同時SDN系統(tǒng)還支持多路徑傳輸和負載均衡等功能，進一步提高了信號傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性[5]。

在實際應用中，IP化4K無壓縮信號管理使得演播室內(nèi)部的信號傳輸更加靈活和高效。例如，在大型體育賽事或演唱會等直播活動中，需要同時傳輸多個超高清視頻信號，SDN系統(tǒng)可以根據(jù)信號的重要性和實時性要求，動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡資源的分配，確保關(guān)鍵信號的優(yōu)先傳輸。

4.2 超高清視頻內(nèi)容的制作與分發(fā)

5G+4K/8K超高清制播示范平臺不僅支持超高清視頻信號的高效傳輸，還提供了強大的超高清視頻內(nèi)容制作與分發(fā)能力，SDN系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要作用，通過集中管理和動態(tài)配置網(wǎng)絡資源，確保了超高清視頻內(nèi)容在制作和分發(fā)過程中的高質(zhì)量和高效率。

在制作階段，SDN系統(tǒng)可以與視頻編碼器、解碼器等設備進行聯(lián)動控制，實現(xiàn)視頻質(zhì)量的動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。例如，在錄制超高清視頻時，SDN系統(tǒng)可以根據(jù)視頻內(nèi)容的特點和傳輸要求，動態(tài)調(diào)整編碼參數(shù)和碼率，確保視頻質(zhì)量的同時降低傳輸帶寬需求，而且還支持多格式視頻內(nèi)容的制作，包括4K/8K超高清視頻、高清視頻以及多種音頻格式等，能夠滿足不同平臺和終端的播放需求。

在分發(fā)階段，SDN控制器可以實時監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài)和帶寬使用情況，并根據(jù)業(yè)務需求動態(tài)調(diào)整分發(fā)策略。例如，在大型體育賽事或演唱會等直播活動中，SDN系統(tǒng)可以優(yōu)先保障關(guān)鍵區(qū)域的視頻分發(fā)質(zhì)量，同時根據(jù)用戶需求和觀看習慣進行智能分發(fā)和推薦，而且還支持跨平臺、跨終端的視頻內(nèi)容分發(fā)，使得超高清視頻內(nèi)容可以覆蓋更廣泛的受眾群體。

4.3 基于SDN的演播室資源管理與控制

在5G+4K/8K超高清制播示范平臺的演播室中，SDN系統(tǒng)還實現(xiàn)了對演播室資源的全面管理與控制。通過引入SDN技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測和管理演播室內(nèi)的各種資源，包括視頻信號、音頻信號、存儲設備、網(wǎng)絡設備等，它提供了統(tǒng)一的資源管理平臺，使得制作人員可以方便地查看、調(diào)度和使用演播室內(nèi)的各種資源，提高了資源利用效率和制作效率。

同時，SDN系統(tǒng)還支持對資源的靈活配置和動態(tài)調(diào)整，能夠根據(jù)實際的制作和播出需求，快速調(diào)整資源的分配和使用方式。例如，在制作高峰期，系統(tǒng)可以自動增加存儲資源和網(wǎng)絡帶寬，確保超高清視頻信號的順暢傳輸和處理。這一應用不僅提升了演播室資源的管理水平，還為超高清視頻節(jié)目的制作和播出提供了有力的保障。

5. 結(jié)束語

通過整合5G技術(shù)與超高清視頻技術(shù)，5G+4K/8K超高清制播示范平臺不僅提升了視頻制播的效率與質(zhì)量，更為觀眾帶來了前所未有的視聽盛宴。演播室SDN系統(tǒng)作為平臺的重要組成部分，通過其靈活高效的網(wǎng)絡架構(gòu)與智能化的資源管理，為超高清視頻的制播提供了有力支撐。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進步與應用的深入拓展，5G+4K/8K超高清制播示范平臺及演播室SDN系統(tǒng)將持續(xù)推動媒體行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，進而引領行業(yè)邁向更加輝煌的未來。

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作者簡介： 姜濤（1975—），男，北京人，工程師，研究方向：新聞直播演播室IP化發(fā)展、4K/8K超高清/新聞演播室攝像機調(diào)整。