1、中央电视台电子单驱动的 4K 全流程制作设计与探讨 崔博涵 中央电视台 摘 要： 本文介绍了中央电视台以电子单驱动的 4K 全流程制作的设计, 在目前高清全流程制作的框架下, 增加或调改个别字段或枚举值, 以及相应系统的适配, 从而打通 4K 制作的全流程。关键词： 电子单驱动; 4K 全流程制作; 枚举值; 随着广播电视技术的不断发展, 逐渐从前高清时代向后高清时代转变, 与此同时, 4K 技术也紧跟其后发展迅速。近几年 4K 技术迅速发展, 但对大多数电视台来说, 实现从拍摄、制作、保存母版、最终到 4K 播出的全流程还存在一定困难, 一些关键问题还需解决。中央电视台新址系统建设时, 采用
2、了以节目生产管理系统驱动的业务模式, 在全台生产管理创建节目代码, 节目代码贯穿整个生产周期, 4K 从单机实验方式的节目制作到流程化生产遇到管理问题, 4K 电子单驱动全流程制作亟待解决, 这是一个全新的挑战。那如何在目前全高清全网络的电子单驱动框架下, 将 4K的生产业务体系纳入到其中来, 同时需要考虑尽量少对目前正常生产的高清制作体系的影响呢?1 下载原图现有完善的高清节目制播全流程如图 1。从图 1 可以看出来, 所有制作任务的源头是节目生产管理系统 PPM, 节目方首先由 PPM 创建栏目代码和节目代码以及相应的节目基础信息, 同时 TRM 技术资源预约和调度系统、CDM 播出编排系
3、统也会接收到 PPM 创建的节目代码, 节目代码通过 TRM 下发到下游各个系统, 这里包括综合节目制作岛、音频制作岛、审片系统、UQC 技审平台、媒资、转码平台以及播出系统。综合节目制作岛在收到 TRM 下发的节目制作任务后启动后期制作任务, 在制作完成后会将成品节目转码成 H.264 1.5M 的 mp4 文件送审片系统进行节目内容的审查, 在内审通过后后期制作岛会将 120M 的 DNx HD 的 MXF 高码率成品文件送 UQC 技审平台, 技审通过后直接将实体文件剪切到媒资, 转码平台会将该成品节目转码为 Long Gop 50M 的视音频一体的 MXF 文件, 送至播出系统二级缓存
4、。整个制播过程中, 节目代码、节目基础信息是唯一的凭证, 节目代码是 CCTV 内部的唯一专用代码, 节目基础信息包含节目语言版本、字幕语言版本, 节目分辨率、帧速率等关键信息。在 TRM 按单预约, 制作岛按单生产, 制作任务下发过程中同时在审片、UQC、媒资 (MAM) 产生基于该节目的内审、技审、入库任务, 通过节目代码及节目基础信息进行节目唯一性、合法性的校验。高清到 4K 的转变, 节目代码可维持原有方式, 但对于节目基础信息将发生较为重大的变化, 4K 已经不是简单的分辨率的提升, 涉及到了帧速率、色彩空间、Gamma、伴音方式等关键元数据, 这些元数据指导节目拍摄、演播室录制、后
5、期制作及技审的相关参数控制, 以及节目在收视终端的展现方式。在 PPM 中对节目基础信息的调整, 将对众多系统产生影响, 如图 2。2 下载原图从图 2 可以看出, 标红色字的部分是设计到从高清到 4K 后需要调改的部分, 其中包括:PPM、CDM、音频岛、UQC、媒资系统、近线存储、转码平台以及播出系统, 我们分别来介绍一下。一 PPM/TRM/CDMPPM/TRM 在完成资源调度后, 将调度分配结果发送至各个执行系统, 作为节目部门使用资源的身份验证依据。制作岛基于调度结果进行节目制作, 包含演播室制作、视频岛编辑、音频岛编辑、包装制作等任务。一个节目只能在一个成品提交岛内完成全部的后期制
6、作。节目信息 (技审任务) 与第一批技术资源调度结果一起下发, 每次只下发一个节目信息。预约技术资源必须依据已经下达的任务进行, 除紧急任务外预约申请须经审批和预扣完成后才能进行调度。3 下载原图CDM 系统用于节目播出编排, 各制作岛接收播出编排单并展现, 提示节目制作周期、播出计划, 与 TRM 系统类似, 引用了 PPM 的节目基础数据, 为后期制作提供参照, 为播出系统提供播出编排、播出计划调整。PPM 创建的节目代码包含的节目基础数据之前只考虑到标清和高清的情况, 现在需要把 4K 相关字段考虑进来, 如表 1。表 1 下载原表 从表 1 可以看出, TRM 从 PPM 取下发的节目
7、代码后, 其中的节目主数据中有“高标清标志”“AFD”和“声道信息”三个字段涉及到调改, 最小的改动量那就是在不增加字段的情况下, 增加个别字段中的枚举值, 考虑到目前是在高清和 4K 共同存在的情况下, 除了增加 4K 25P 4K 50P 和 4K 100P 三个枚举值以外, 还考虑增加了对高清 50P 和 100P 的支持, UHD/4K 与 HD 不涉及幅型变换, 固定AFD 值为 16:9, 对于声道信息, 在高清的基础上增加了一个对三维声 16 声道的支持, 此为简单修改方式, 无需增加独立字段, 仅对原有字段的枚举值进行调整。对于 4K 技术较高清来说, 除了增加对分辨率和帧率的
8、支持以外, 同时还需要考虑增加对于动态范围信息的支持, 实现真正的 4K 支持, 与高清最大的差别是SDR 和 HDR, SDR 为标准动态范围, 直接对应 Rec709 色域, 而对于 HDR 来说, 对应的就是 Rec 2020 宽色域, 同时 HDR Rec 2020 的宽色域还应对应目前的两条伽马曲线, 分别为:HLG 和 PQ 曲线。所以在 PPM 下发的主数据中还需同时增加 SDR 和 HDR 两个字段, 如表 2。表 2 下载原表 简单修改方式将在接口中修改高标清枚举, 完整的修改方案将增加独立的字段, 增加枚举项和增加字段后, 各制作岛在引用 TRM 下发数据包的 Schema
9、 数据校验会出现问题, 上游使用节目基础信息的 PPM、TRM、CDM 相关的全部接口需全部更新;而下游所有的制作系统、审片、播出等系统全部需要进行适配, 对应进行系统修改。二审片系统对于 UHD 不同帧速率成品统一转换为 640360 1.5Mb H.264 25P MP4 格式用于内审, 与现有内审保持一致, 无需调改。内审通过后, 审片系统会反馈一个内审通过的状态告知 PPM。三 UQC 技审平台UQC 为全台技术质量自动检测系统, 主要实现节目文件的技术质量自动检测。文件检测结果中包括了文件封装检测、压缩编码检测、综合对比检测三个层面的检测结果, 检测结果类型分为 Info、Warni
10、ng、Error 三种, 主要用于标识特定检测项的检测结果。当 PPM 收到审片系统对该节目内容通过的消息后会反馈给制作该节目的后期制作岛, 后期制作岛再和 UQC 系统交互, 并添加质检任务请求。自动检测系统接收任务之后, 反馈给制作岛接收状态。4 下载原图UQC 系统的检测在原有高清制作情况下包含文件封装检测、压缩编码检测、视音频检测和综合对比检测。其中文件封装检测仅包括 MXF OPAtom 的检测;压缩编码检测仅包括 DNx HD 为主的编码格式检测;视音频检测包括视频检测和音频检测;综合对比检测则是对文件封装层面和压缩编码层面相关参数的一致性检测。4K 制作后, 编码层增加了对 Ap
11、ple Pro Res 422、AVC-Intra 4K 422 (AVC-Ultra, 仅素材) 、Avid DNx HR HQ/SQ、XAVC 4K Inter VBR class 300 的支持。封装层增加了对 MOV 的支持, 文件封装检测仅需做小的调改, 适配 Pro Res Mov 和 XAVC Op1A MXF, 修改的工作量较小。4K 相关编码支持 Rec 2020 色域和 HDR, 以高清 Rec709 支持的色彩模型, 去校验色彩范围更广的 2020 色域和 HDR 高动态, 系统将认为大量场景处于超标状态, 出现误报的情况。4K 节目制作支持 2020 色域和 HDR 后
12、, UQC 系统的视音频检测势必配合调改。UQC 系统将通过节目基础信息获取相关的色域信息、Gamma 值等, 指导后端的执行器按不同色域分别进行画面的检测, 产生正确的检测报告。高清制作采用 DNx HD 120Mb 格式为主, 4K 节目素材采用 XAVC, 码率 500Mbps, 制作过程中使用的 Pro Res 和 DNx HR 码率在 960Mbps 或更高, 由于 UQC 系统采用公共资源部署, 岛内人工复核时, 千兆网已经不能支撑 4K 文件的高码率回放, 适配 4K 节目制作, 基础网络环境也需进行相应的升级, 所有 4K 后期制作岛从桌面工作站到 UQC 存储从 1Gb 带宽
13、升级到 10Gb, 同时要求 UQC 质检效率不低于2 倍速。5 下载原图四音频制作岛原有的视频岛与音频岛协作生产时, 视频制作岛负责视频及相关技审单、技审报告的生成, 音频岛提供带 Dolby 元数据环绕声音频 (16 轨) 、无元数据的音频 (78 轨) 、音频技审单及技审报告, 视频岛仅对未包含元数据的 78 轨进行操作、上时间线试听, 确认无误后将全部文件送交媒资系统。高清 DNx HD MXF 和 4K DNx HR MXF 采用 Op Atom 方式, 分离的视音频文件利于实现视音频分离制作和送播, 但用于紧急直送的 XDCAM MPEG-2 50Mb Op1A, 由视频岛统一生成
14、, 仅引用无元数据的 78 轨, 提交播出立体声文件, 含元数据的环绕声文件 16 轨无法识别。6 下载原图4K 编辑选定的 Pro Res Mov, XAVC MXF 为 Op1A 封装, DNx HR MXF 为 Op Atom封装, 由于码率问题, 优先选择了 XAVC 格式, 码率约 500Mb, 仅为 Pro Res Mov 和 DNx HR 的 1/2 或更低, XAVC MXF 与 XDCAM MPEG-250Mb 类似, 视频岛无法继承元数据并封装到 Op1A 文件中, 甚至在 4K 节目采用更多轨道的三维声, 元数据的结构更为复杂, 强制修改的 XAVC MXF 文件与原有的
15、格式存在兼容性, 导致部分国外的非编产品不能正常识别。7 下载原图结合文件特性, 建议将 Dolby 元数据分离, 采用 xml 等格式单独携带, Dolby元数据对视频制作域没有任何作用, 主要用于传送和接收端, 指导终端机顶盒如何处理环绕声音频, 为电视提供一个合适的伴音方式, 并在参数中指导机顶盒芯片如何对环绕声进行下变换。因此建议按频道节目类型, 对元数据进行固化, 由播出系统完成, 精品类节目自带元数据, 转码播出码率环节再将元数据嵌入到文件, 播出系统自动使用文件本身的元数据替换频道固化的元数据。元数据需求项如表 3。原来音频系统分别产生各自文件的方式, 通过 MD5 对文件的合法
16、性进行验证, 采用元数据分离的方式, 视音频文件统一由视频岛生成, 文件的唯一性成为问题, 建议视音频采用合署方式制作, 视音频技术人员一起工作, 最终未包含元数据的视音频文件由双方分别现场签章, 解决元数据分离携带方式下文件合法性、唯一性的控制。五媒资系统媒资系统是全台所有业务系统的心脏, 肩负着非常重要的作用, 涉及到的业务有:保存制作岛送来的成品节目, 保存制作岛推送过来的素材文件, 成品文件和素材文件生成预览低码率、给后期制作岛回迁所需要的素材, 给播出提供将制作码率转码后的播出码率文件等。涉及到的业务系统有:转码平台、近线存储、在线存储。表 3 元数据需求项 下载原表 制作系统直接将
17、节目文件打包到公共备播区的预定目录下;制作岛调用媒资导入允许, 提交节目入库后, 媒资系统根据导入允许中的节目文件名称, 将最终版本的节目文件剪切到媒资的备播文件夹中 (因为在同一备播存储区, 所以实际并不产生文件迁移动作, 瞬间完成) 。终版文件剪切完成后, 媒资系统将制作路径下对应该节目的子文件夹及其内部文件全部删除。上述工作完成后, 媒资向制作岛返回入库成功的结果通知, 并通知播出节目备播完成。8 下载原图9 下载原图节目进入备播流程之后, 由媒资系统根据策略将进入备播周期的节目添加转码平台任务, 由转码平台通过一读一写完成制作码率文件 MD5 校验、转码生成播出码率文件、字幕合成、自动
18、质检、目标文件 MD5 计算功能, 将执行结果反馈媒资系统, 媒资系统进入后续的通知备播及近线归档流程。表 4 下载原表 4K 业务上线后, 涉及到媒资需要调改的内容有:z 媒资直接接收后期岛的各主流格式的 4K 成品节目或素材, 如:XAVC、DNx HR、Pro Res422;z 4K 节目入库依赖 PPM 的节目主数据, 成品入库依然检测节目基础数据字段, 用于触发不同的流程;z 媒资近线存储支持 4K 分段打点下载, 包括新址媒资和资料馆;z 4K 节目暂时在高清频道播出时, 转码平台支持 4K 转 50Mb 高清播出格式;z 媒资成品转低码、素材转低码, 由转码平台统一完成;z 原有
19、高清制作岛下载 4K 素材/成品, 由媒资驱动转码平台完成 DNx HD 120 高清格式的转换;z 文件统一命名按原有规范, Op Atom 视频字段为 V4K, Op1a 视音频字段为VAQ。文件命名沿用原规范, 对部分字段进行定义, 如表 4。Op Atom 视频:0-P2010F00010001-UE2-00-0001-00-000V4K.MXFOp Atom 音频:0-P2010F00010001-UE2-ZH-0001-00-000A01.MXFOp1A 文件:0-P2010F00010001-UE2-ZH-0001-00-000-VAQ.MXF0-P2010F00010001-U
20、E2-ZH-0001-00-000-VAQ.MOV六播出系统播出系统是节目最终的出口, CDM 系统指导播出计划及播出变更, 全部包含节目基础信息, 播出系统通过引用 PPM 新增的枚举值, 对 Video、AFD、Audio 等字段进行解析, 指导后续的播出方式。其中最关键的 HDR 数据, 直接影响接收端的展现, 节目基础数据提供的亮度曲线的值, 建议在播出末级嵌入, 并传递给最终用户。1 0 下载原图七融合媒体发布在 4K 频道开播前, 可以通过后期制作岛将 4K 成品节目转码成 H.265 的 MP4 文件经融合媒体生产平台和全台集成分发平台, 送央视专区, 以点播的形式入户播出。八总结随着电子单驱动 4K 全流程制作的打通, 中央电视台的 4K 制作也全面进入到了一个新的时代, 这不仅在技术上找到了一个成功的解决方案, 也在业务上拓宽了节目本身的展现形态, 为提高中央电视台节目质量奠定了良好的基础, 为实现国际一流媒体又迈出了坚实的一步。
