中央广播电视总台8K超高清电视制播技术及春晚应用

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2023年12月13日发(作者：)

2021年第3期 总第179期 月刊No. 03 2021 monthly No. 179中央广播电视总台8K超高清电视制播技术及春晚应用赵贵华（中央广播电视总台，北京 100859）【摘 要】 梳理中央广播电视总台8K超高清电视系统流程和主要技术，并以2021年央视春晚8K直播为例，解析8K制播的

方案和实现流程。【关键词】 8K超高清；制播创新；央视春晚；编解码；IP网和5G网组播；终端呈现DOI：10.3969/.1674-8239.2021.03.004Production and Broadcast Technology of 8K Ultra HD TV of China Media Group and Application of Spring Festival GalaZHAO Gui-hua(China Media Group, Beijing 100859, China)【Abstract】The process and main technologies of 8K UHDTV system of China Media Group were analyzed, and the 8K live

broadcast of 2021 CCTV Spring Festival Gala was taken as an example to analyze the plan and implementation

process of 8K production and broadcast.【Key Words】8K Ultra HD; production and broadcasting innovation; CCTV Spring Festival Gala; codec; IP network and 5G

network multicast; terminal rendering中央广播电视总台（以下简称“总台”）为了推动2021央视春晚开展技术创新，以北京冬奥8K转播为目标，以总台超高清视音频制播与呈现国家重点实验室为研究平台，联合企事业科研单位，积极推进总台8K超高清电视的科技创新，研发了8K制播呈现全链路试验系统，包括8K演播室和后期制作系统、8K IP主控调度分发系统、8K播出系统、8K AVS3编解码系统、8K IP电视集成分发和接收系统。2021年2月1日至2月28日，总台8K超高清电视频道在台内以IP网和5G网组播方式进行播出试验。2月11日除夕夜，总台8K超高清播出试验频道对2021年央视春晚进行8K直播，为广大用户提供了超清画质、绚丽多彩的视觉盛宴。进行了8K超高清电视的卫星传送。2018年5月欧洲卫星运营商SES首次通过其卫星系统播出8K超高清电视信号，分辨率为7 680×4 320，帧率为60P，色彩深度为10 bit，采用HEVC编码，码率为80 Mb/s。而对于北美，基本上是采用网络流媒体服务的方式提供超高清电视节目，未见到正式的8K超高清电视节目播出。2021年2月1日，央视8K超高清电视频道播出试验仪式在北京梅地亚中心顺利举行，发布仪式现场播放了8K超高清电视频道试验系统筹备建设宣传片，展示了8K技术给电视带来的全新升级。按照国家《超高清视音频产业行动计划（2019年—2022年）》预测，2022年中国超高清视频产业总体规模将超过4万亿元。根据全国家用电器工业信息中心的数据，2019年中国8K电视销量约2.3万台。从近年来电视行业整体发展情况来看，电视机已进入存量市场，年销量保持在470万台左右，按照5%的渗透率计算，2022年8K电视销量预计将达到23.5万台。1 世界8K超高清电视发展情况日本是最早开展8K超高清电视技术研究和电视节目制作播出的国家。2018年12月日本开通了首个8K超高清电视频道，并以卫星传输的方式播出，分辨率为7 680×4 320，帧率为59.94P ，色彩深度为10 bit，采用HEVC编码，码率为100 Mb/s。欧洲近几年对体育节目和国际重大赛事2 总台8K超高清电视制播创新研究2018年10月1日总台开播了4K超高清电视频道，加18演艺科技

ENTERTAINMENT TECHNOLOGY快推进了4K超高清节目内容和4K电视机的快速发展。近两年来，总台注重8K超高清技术的研究，承担了相关科研项目和重大活动超高清制作，积极推动了8K超高清技术和项目的创新发展。2.1 5G+4K/8K超高清制播示范平台项目2020年，总台牵头承担了国家发改委“5G+4K/8K超高清制播示范平台”项目，项目建设内容包括在总台北京总部和上海传媒港建设5G+4K/8K超高清制播系统、5G超高清业务传输网络等基础设施、建设便携式5G+4K/8K直播编码传输系统、AVS2/AVS3标准超高清电视影院直播系统，以及5G和超高清相关测试体系等。该项目在建设的同时，开展科研创新完成5G+4K/8K相关系统设备的研制，并制定国家或行业技术标准。项目建成后，将首次实现基于5G技术的“云管端”全新业务模式，形成年产10 000小时超高清节目制作能力，并全面对接总台电视、新媒体、电影平台，实现4K/8K超高清电视节目在各平台的直播、点播，满足人民群众更高的收视体验需求。2.2 8K超高清图像测试序列超高清图像测试序列是广播电视图像质量主观评价的基础，广泛应用于广电技术装备与节目质量的检测。总台联合国家广电总局规划院，共同制作的4K/8K超高清电视图像序列获得国际高度认可，其中65个超高清电视图像序列已被ITU（国际电信联盟）接受，成为ITU-R

BT.2245国际标准，并应用国际4K/8K超高清电视系统设备技术评估。2.3 国内重大活动的8K超高清制作总台采用8K超高清技术录制了国庆70周年庆祝活动和2020年央视春晚，获得了大量的8K超高清节目素材并积累了丰富的8K制作经验。2020年，总台制作了首部全流程8K系列纪录片《美丽中国说》，共5集，每集30分钟。这是总台首部以自然为题材的8K系列纪录片，该片用8K超高清技术真实地再现了中国特有的大熊猫、羚牛、中华秋沙鸭等物种憨态可掬、自由自在的生存状态，无论是在国内还是在国际传播中都受到人们真心喜爱和广泛欢迎。这部高品质的8K系列纪录片也是总台全面构建“5G+4K/8K+AI”战略布局、推动技术和内容深度融合的最新成果。音视频集成专题Audio and Video Integration2.4 4K/8K超高清制播平台研究项目随着超高清制播技术的发展，广播电视系统基础架构逐渐由SDI向IP化过渡。2019年，总台负责科技部4K/8K超高清制播平台项目研究，主要研究国产化超高清IP制作技术和设备，包括研发大带宽、高吞吐量满足广电IP技术标准的国产化路由交换设备，开发SDN综合控、管、监管理系统，构建IP调度交换矩阵的组网架构和组网技术、业务流调度、可视化监控监测方案，基于IP架构的国产化媒体节点产品研发和归一化视音频信号处理产品研发，并对PTP时钟在广电IP域中组网方式进行研究以及IP架构在现场制播系统的应用适配研究等。2.5 科技冬奥8K重点专项研究总台负责了科技冬奥重点专项“超高清8K数字转播技术与系统项目”，针对8K数据量大、码率高、效率低的困难与挑战，重点研究冬奥赛事的8K图像收录、处理、存储、传输、显示技术和转播系统。项目围绕“冬奥超高清8K数字转播技术与系统”采集制作、编码传输和终端呈现，从关键技术、平台构建和应用示范三个层次进行研发和实践。研究8K内容采集制作关键技术并制定适合中国的8K电视转播制作的流程和规范；研究基于有线电视网络超高清8K跨域传输覆盖、入户接收技术及应用，并对超高清8K图像显示技术和终端设备进行研制，构建涵盖采集、制作、编码、传输、点播和呈现于一体的冬奥超高清8K数字转播平台。3 总台8K超高清电视制播系统2020年，总台依托国家重点实验室，联合华为、格非、当虹科技等视音频技术厂商，共同开展技术研究，积极推动超高清技术创新发展，整个研究涵盖了从前端制作、调度分发、播出控制到终端呈现等系统，具备了全流程8K视音频编辑制作和播出分发能力。3.1 8K电视演播室和后期制作系统8K超高清电视演播室系统采用SMPTE-2110国际标准进行无压缩8K信号制作，系统中切换、拍摄、放像、字幕包装等8K设备均采用IP信号，实现高带宽低延时处理和传输。演播室输出采用4个12 Gb/s的视频IP组播信号流方式实现8K超高清信号传输。演艺科技

ENTERTAINMENT TECHNOLOGY192021年第3期 总第179期 月刊No. 03 2021 monthly No. 1798K超高清电视节目视频录制信号格式为7 680×4 320/50p、HLG/1 000 nit、10 bit、BT.2020色域，音频格式为5.1环绕声格式。总台建设4K/8K超高清后期制作系统，可直接导入8K超高清原码文件（如XAVC）进行编辑，也可采用4K或高清代理编码制作流程。编辑完成后，输出成品工程文件到精编工作站套片，完成编辑、调色与音频文件交互、合成等工作，确保8K超高清电视节目图像的高质量要求。图1为8K电视演播室和后期制作系统。3.2 8K IP主控调度分发系统8K IP主控调度分发系统主要负责全台各8K超高清电视制播系统间的8K超高清电视信号调度和分发。对于视频信号，按照SMPTE ST 2110标准进行IP化封装并采用4个12 Gb/s的视频IP组播信号流方式实现全台各系统间8K超高清电视信号的调度和交换；对于外来的8K信号，按照台内统一标准进行处理后，纳入全台调度系统使用。音频信号按照SMPTE

ST 2110标准进行全台范围分发，按照4个音频IP组播流方式实现8K超高清信号的全台各系统间的调度和交换，各制播系统按需从IP流中取用。图2为8K IP主控调度分发系统。3.3 8K 超高清电视播出系统8K超高清电视播出系统用于播出的控制、管理、监控，其视音频交互接口采用无压缩IP或SDI，IP链路采用4路SMPTE ST 2110标准作为封装调度的参考依据，SDI链路采用4路12 Gb/s信号传输。4路子画面的分割采用SQD方式。对HDR、环绕声和三维声的元数据及编码信号进行透传。20演艺科技

ENTERTAINMENT TECHNOLOGY8K超高清电视节目文件格式采用SQD方式分割为4个4K子文件，节目文件整备主要来自于台内制作岛，制作岛将成品播出节目文件及其技审单送播；节目单据由播出系统内部生成与管理，节目文件技审单由制作岛送播文件时一并提供。图3为8K超高清电视播出系统。3.4 8K AVS3编解码系统AVS3标准是中国具有自主知识产权、聚焦8K超高清的视频编解码标图1 8K电视演播室和后期制作系统图2 8K IP主控调度分发系统图3 8K超高清电视播出系统准，总台以此为基础构建了8K超高清电视传播体系。AVS3标准创新了块编码结构模式，在运动模型方面引入高阶参数模型，并通过块匹配方法在参考帧中找到最佳匹配。推进AVS3标准的应用，使得中国在4K/8K超高清产业标准和专利上拥有自主权，有利于推动中国超高清视频产业快速健康发展。8K超高清电视信号编码器，具备4×12 Gb/s和SMPTE ST 2110的8K超高清信号输入接口，ASI和TS/IP码流输出接口；8K超高清电视信号解码器，具备ASI和TS/IP码流输入接口，4×12 Gb/s和SMPTE ST 2110的8K超高清信号输出接口。图4为8K

AVS3编解码系统。3.5 8K IP电视集成分发和接收系统8K超高清IP电视播控平台，实现了基于IP化的8K信号播出和控制，总台IPTV网络直播组播传输遵循UDP协议，组播中的节目采用透明传输，利用用户分组来鉴权管理；时移、回看单播传输遵循HLS协议。8K超高清电视视频采用AVS3标准，码率不低于120 Mb/s，音频采用信源透传。总台以华为海思芯片为核心，研发了8K编解码器和8K/4K转换器等设备，满足8K超高清电视终端呈现需求。8K机顶盒解码芯片支持AVS3输出HDMI 2.1接口。图5为8K IP电视集成分发和接收系统。4 2021央视春晚8K超高清电

视制播呈现为了规范8K超高清电视制播和2021年央视春晚8K应用，2021年1月总台发布了《中央广播电视总台8K音视频集成专题Audio and Video Integration图4 8K AVS3编解码系统图5 8K IP电视集成分发和接收系统图6 2021年央视春晚8K超高清制播和屏幕呈现流程超高清电视节目制播技术要求》，内容涵盖8K节目制播流程、视音频基本技术参数、视音频制作技术要求、总控系统技术要求、播出系统技术要求、播出信号编码压缩技术要求、分发技术要求、大屏幕显示技术要求等方面。2月1日，总台8K超高清电视频道在台内以IP网和5G网组播方式进行播出试验，用户可通过8K AVS3机顶盒收看。同时，总台联合中国移动、中国电信、中国联通以及中国广电，除夕夜将央视春晚的8K超高清电视信号传送到北京等10个城市公共场所的大屏幕同步直播。图6为2021年央视春晚8K超高清制播和屏幕呈现流程。演艺科技

ENTERTAINMENT TECHNOLOGY212021年第3期 总第179期 月刊No. 03 2021 monthly No. 1794.1 信号制作和传输为制作2021央视春晚8K PGM节目信号，总台在春晚演播大厅布置了9台8K摄像机，其中包括3台讯道机和6台单机进行拍摄。在8K导控室部署了8K播放服务器和字幕包装设图7 8K超高清演播室系统和立柜机房图8 成都和广州8K央视春晚屏幕呈现22演艺科技

ENTERTAINMENT TECHNOLOGY备，通过8K演播室系统输出主备两路央视春晚8K PGM节目信号。图7为8K超高清演播室系统和立柜机房。在光华路办公区总控机房新建IP主控调度分发系统，实现8K信号调度系统的部署和应用。该系统采用无压缩IP化方式，实现全台8K制播系统间的信号调度分发，确保8K画面的质量和效果。在复兴路办公区三层播出域建设8K频道播出系统，春晚8K直播送播信号格式为8K HDR、5.1环绕声+立体声。在光华路办公区总控建立8K AVS3编码系统对播出传送的信号进行处理，并提供主备两路120 Mb/s码率的8K信源送至IPTV平台进行分发。总台和浪潮集团联合研发了国内首款8K信号接收机顶盒。该机顶盒采用华为海思最新芯片可对8K央视春晚视频流进行解码，满足8K终端设备收看需求。4.2 屏幕呈现为了向台内用户展示央视春晚8K超高清图像，总台在北京四址、上海国际传媒港及深圳大湾区制作中心共6个办公区制作了超高清技术展板，设立了LED屏幕或8K电视机。总台IPTV平台接收总控传输的AVS3编码格式的8K节目流，使用流媒体集群系统通过总台内部网络推送UDP组播流视频信号和HTTP单播流视频信号，输出码率为120 Mb/s，总台用户可通过8K机顶盒直接收看8K春晚节目。同时，总台联合四大运营商将央视春晚8K播出信号传输到北京、上海、深圳、广州、成都、杭州、济南、青岛、海口、福州10个城市的35块户外大屏幕或8K电视机同步呈现，8K超高清大屏均选择城市地标景点或人流集中的广场进行部署。总台IPTV平台通过专线传输UDP组播流视频信号和HTTP单播流视频信号至当地8K超高清机顶盒，同时通过专门研制的解码设备将HDMI2.1信号转4路HDMI2.0或者12 Gb/s信号，最终将解码后的4路信号传输给8K超高清户外大屏呈现。图8为成都和广州两地8K央视春晚屏幕呈现现场。

2021年春节期间，总台开展8K超高清电视频道播出试验，并进行央视春晚8K直播，对全球8K超高清电视发展具有引领和示范意义，这标志着中国已走在世界超高清电视发展的前列。总台以2021年央视春晚8K超高清电视直播为契机，将继续发挥在视音频制作领域的技术优势，加快推进超高清电视的创新发展，让广大人民群众真正体验到8K超高清节目带来的无以伦比的视听享受，助力中国超高清电视产业快速发展。

（编辑 杜 青）

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