广播电视台4K 超高清播出关键技术运用研究

引言：

超高清视频技术快速发展，4K/8K 分辨率逐渐成为广播电视行业的新标准，国家政策层面也在积极推动超高清产业的发展，如《超高清视频产业发展行动计划》等文件的出台，为4K 超高清技术的普及提供了政策支持。观众对高质量视听内容的需求日益增长，传统的高清播出已难以满足用户的期望，4K 超高清播出的实现涉及采集、制作、编码、传输、解码和显示等多个环节，每个环节的技术要求均远高于传统高清播出，深入研究 4K 超高清播出的关键技术，对于提升广播电视行业的竞争力、优化用户体验具有重要意义。

1. 应用 HEVC/H.265 高效视频编码技术，降低4K 超高清节目传输带宽需求

HEVC/H.265 高效视频编码技术的应用成为解决高带宽需求的关键突破，编码标准相较于传统的 H.264/AVC 编码，在保持同等画质的前提下可实现 50% 以上的码率节省，大幅降低了 4K 节目传输对网络带宽的要求。HEVC 利用采用更先进的预测编码技术、更大的编码单元划分和更精细的变换量化过程，显著提升了压缩效率。针对 4K 超高清节目50-60fps 的高帧率特性，HEVC 编码器通过优化运动估计和帧间预测算法，有效降低了时间冗余，结合4K内容特有的高动态范围和广色域特征，编码器还支持 10bit 色深和 BT.2020 色域的标准编码，确保在压缩过程中不过多损失画面质量。

已经建设完成了 1 套 4K 超高清频道，并已通过审核验收，且已试运行播出，因此我们需要构建完整的编码传输体系，在编码端采用专业级硬件编码器，利用并行处理架构实现 4K 节目的实时高效编码，在传输环节则配合自适应码率技术，根据网络状况动态调整输出码率。系统特别注重编码参数的优化配置，包括 GOP 结构、量化参数和码率控制策略等，以平衡画质与带宽的关系，为应对不同播出场景的需求，系统支持主备路编码器热切换，确保播出安全。终端解码时借助部署支持硬件加速的 HEVC 解码芯片，从而保证我台 4K 频道电视节目的流畅播放，系统还整合了智能质量监测功能，实时分析编码后的视频质量指标，及时发现并处理可能出现的编码失真问题。

2. 部署 12G-SDI 超高清基带信号传输技术，保障演播室内部信号稳定调度

12G-SDI 超高清基带信号传输技术的应用为演播室内部信号调度提供了高效稳定的解决方案，12G-SDI 凭借其高带宽特性，能够在不压缩的情况下承载 4K 超高清信号，确保画质无损传输。该技术采用成熟的同轴电缆传输架构，既兼容现有基础设施，又显著提升了信号承载能力，特别适用于演播室环境内摄像机、切换台、监看设备等关键节点之间的高质量信号调度。利用优化信号均衡和时钟同步机制，系统能够有效抑制长距离传输带来的信号劣化，满足超高清制作对信号完整性和实时性的严格要求，为4K 节目制作提供了可靠的技术支撑[1]。

需构建与之匹配的信号调度管理体系，核心在于采用高规格的矩阵切换设备，实现多路超高清信号的灵活分配与路由管理，同时配备完善的信号监测手段，确保传输过程的稳定可控。系统设计需充分考虑冗余备份，从电源供应到信号路径均设置多重保障，最大限度降低单点故障风险，精密时钟同步技术的引入，有效解决了多信号源协同工作时可能出现的时序偏差问题，使整个制作流程更加流畅高效。

3. 采用 PQ/HLG 高动态范围技术，提升 4K 节目画面的亮度与色彩层次

在4K 超高清播出系统中，PQ 和 HLG 高动态范围（HDR）技术的应用显著提升了节目画面的视觉表现力，PQ 技术基于人眼视觉特性进行光电转换优化。能够精确还原从暗部到高光的宽广亮度范围，特别适合电影级内容制作，而 HLG 技术则因其兼容性优势，更适用于广播电视直播环境。这两种 HDR 标准利用扩展亮度动态范围和色域覆盖，使 4K 节目画面呈现出更丰富的明暗细节和更真实的色彩

层次。

已建立了全流程的 HDR 制作管理体系，前端拍摄环节，采用支持 PQ/HLG 的 4K 摄像机进行素材采集，并合理设置峰值亮度和动态范围参数，后期制作时，利用达芬奇等调色系统对 HDR 信号进行精准的色调映射和元数据嵌入。终端呈现环节需对不同显示设备进行统一的 HDR 校准，确保从制作间到家庭电视的视觉一致性，HLG技术因其无需元数据的特性，在直播信号分发时具有明显优势，而 PQ技术则更适合要求严苛的影视剧等点播内容。

4. 实施 4K/HD 同播系统智能切换技术，实现不同分辨率节目的无缝兼容

实施 4K/HD 同播智能切换技术是解决新旧制式过渡期兼容性问题的关键方案，借助智能识别信号源格式，自动完成 4K 与 HD 信号之间的实时转换与匹配输出，既保证了超高清节目的高质量呈现，又兼顾了传统高清用户的观看需求。系统采用先进的上 / 下变换算法处理分辨率转换，在 4K 信号下变换为 HD 时，可利用智能降采样技术保留关键画面细节，在HD 信号上变换为4K 时，则运用基于AI 的超分辨率重建技术提升画面质量[2]。

为构建完善的 4K/HD 同播体系，需要从系统架构层面进行整体设计，核心在于部署具备智能切换功能的主备播出通道，并建立统一的内容管理系统，实现 4K 与 HD 节目素材的协同调度。信号处理时采用专业级格式转换器确保画质损失最小化，同时利用精密同步技术消除格式切换时可能出现的黑场或卡顿现象，系统还需具备智能码率适配功能，根据不同的传输带宽自动优化编码参数，既保证4K 节目的高码率需求，又满足HD 信号的高效传输。

5. 运用 IP 化 4K 播出架构技术，构建高可靠性的超高清节目分发网络

IP 化 4K 播出架构技术正成为构建现代化节目分发网络的核心解决方案，基于 SMPTE ST 2110 等国际标准，将传统的基带信号传输转变为基于 IP 网络的流媒体传输模式，实现了信号调度的高度灵活性和系统扩展性。IP 化架构通过分组交换技术，将视频、音频和元数据分离传输，不仅大幅提升了带宽利用率，还支持4K 超高清信号的低延时传输。建立多层次的技术保障体系才能构建高可靠性的IP 化 4K 播出网络，在物理层采用双网冗余设计，结合光纤和万兆以太网技术，确保网络传输的稳定可靠；在协议层严格遵循 SMPTE 标准，实现不同厂商设备的互联互通，应用层则部署智能监控系统，实时监测网络状态和信号质量。

结语：

的 4K 超高清频道播出技术的应用，是我台广播电视行业迈向高质量发展的重要标志，它不仅提升了观众的视听体验，也为行业带来了新的机遇与挑战，本研究探讨了 4K 超高清播出关键技术运用，为相关领域的技术研发和实践应用提供参考，推动超高清技术的普及与创新，助力广播电视行业的转型升级。随着5G、AI 等新兴技术的深度融合，4K 超高清播出将进一步完善，为广播电视行业注入新的活力。

参考文献：

[1] 陈晓燕. 广播电视台4K 超高清播出关键技术应用 [J]. 电视技术 , 2023, 47 (11): 212-215.

[2] 毕志刚. 广播电视台4K 超高清播出系统关键技术 [J]. 电视技术 , 2022, 46 (11): 133-136.