江苏跨年与央视春晚4K大型现场制作解析（1）--4K现场制作系统的特点

索尼中国专业系统集团与江苏省广播电视总台和中央电视台合作，利用索尼4K现场转播系统，完成了2015年江苏跨年演唱会和中央台春节联欢晚会的4K节目制作这两场制作所采用的系统，与巴西世界杯上3场4K直播所使用的系统基本相同。与之前我们在国内支持的其他4K现场制作的主要差别在于，所有4K摄像机都能够实现光缆远距离传输信号、机身供电以及摄像机控制，这样就避免了过去必须通过4根3G-SDI线缆来传输一路4K（ 3840X2160，50P）信号，而且会受到传输距离的限制，无法实现正常摄像机控制，还需要解决同步、通话、TALLY和返送信号等问题。

通过对PMW-F55加装摄像机光缆适配单元CA-4000，使F55支持SMPTE标准光缆传输，在后端通过基带处理单元BPU-4000将光缆传回的4K信号解回4路3G-SDI的基带信号，再进入系统。这个处理过程的关键在于，4K（50P）基带信号传输需要12Gbps带宽，而普通SMPTE光缆带宽上限为10Gbps，理论上无法支持单光缆传输4K信号。CA-4000将F55送出的4K信号转换为无损压缩的16 bit RAW文件（2Gbps@4K 50P），这样就可以用普通光缆进行传输，通过BPU-4000再将RAW文件解回到基带信号，这样就实现了4K（50P）的远程传输，剩余带宽还可以用于音频、通话等其余信号的传送。摄像机的控制，依然由高清摄像机基站HDCU-1080（加装支持3G处理板卡）来实现，通过传统摄像机控制面板RCP-1500，即可以完成所有摄像机的设置工作。HDCU-1080与BPU-4000通过一根SMPTE光缆进行对接。

图1. 索尼 4K现场制作系统示意图

对于摄像师操作，无论是画面监看还是功能设置，与以往高清摄像机操控没有任何区别。CA-4000可以直接安装高清演播室摄像机寻像器（这两次使用的都是索尼OLED 7寸高清寻像器HDVF-EL75），并且面对摄像师的适配器后背开关和接口与HDC-2580高清演播室摄像机完全相同。为了摄像师更好的完成4K聚焦，CA-4000特别设计了DYNAMIC FOCUS（动态聚焦）功能，可以比传统PEAKING焦点勾边功能更好的用于4K的精确聚焦，并且可以自由设置勾边颜色，利于眼睛识别。

BPU-4000送出的4K基带信号，通过4路3G-SDI方式传给切换台和矩阵。在最新版本的BPU-4000菜单设置中，已经可以选择输出4K或下转高清信号为S-LOG模式或者ITU-R709的伽玛和色域标准，还可以选择是否使用超高清国际色域标准ITU-BT.2020。对于正常4K直播，需要给客户所见即所得的现场还原，通常伽玛曲线和色域（预制色彩矩阵）必须选择为ITU-R709标准，也就是摄像机预制的电视标准，在江苏跨年演唱会4K制作中，一切系统设计都是按照未来4K直播进行要求，并且系统中还接入了高清上转的信号源，所以画面参数就必须按照高清的电视标准来设定。但是在央视春晚的4K方案设计时，台里希望能够在画面上区别于高清春晚，即能够利用4K高宽容度和广色域的优势，将画面象数字电影的影像质量靠近，最终，我们将整个BPU-4000的4K输出信号设置为S-LOG2伽玛曲线和色域标准，在现场我们获得的实际是保留了大量色彩和亮度层次的“胶片负片”画面，需要通过后期调色来展现出“正片”品质。

图2. BPU-4000输出4K信号可选择S-LOG模式

能够支持4K信号处理的系统切换台和矩阵，必须要支持3G-SDI的信号输入输出，由于国内在高清制作领域的标准为1080i（1.5Gbps），所以大多数系统设备并不都支持3G-SDI。江苏跨年制作的4K系统设备，主要来自于在北京集成中的江苏台4K转播车，由于设备在跨年制作后还需回到北京继续调试，考虑到设备运输安全我们尽可能精简了现场制作系统设计。所以江苏跨年4K制作中，并没有使用矩阵进行信号调度，系统核心是切换台MVS-7000X，支持3G-SDI输入和4K模式的视频制作。央视春晚我们在系统设计时，利用了央视现有的8讯道3D EFP系统（支持3Gbps处理能力），将其视频矩阵和周边设备与索尼的4K讯道系统进行整合，实现完整的4K系统架构。

索尼MVS-7000X切换台，当设定为4K模式时，将四路3G-SDI输入绑定为一路4K输入，并将四路3G-SDI输出绑定为一路4K输出，通过四路同步处理来实现4K的交叉点切换。在此状态下，可以实现4K画面的硬切、叠化和基本划像功能。4K模式下的切换台会自动将4路信号中的第一路作为主通道，其余三路跟随，在设置输入输出接口以及切换面板的交叉点时，只需要设定第一路即可，操作非常便捷。7000X切换台支持两路高清信号上变换功能，在江苏跨年制作中，为了避免高清游击机位上舞台造成4K画面穿帮，我们特意将一台高清斯坦尼康和高清伸缩炮的画面进行了4K上变换，作为两路额外讯道来调用。

在江苏跨年4K制作中，还首次使用了新奥特的4K字幕机A10-4K，将制作好的4K CG模板，通过4路键源（KEY SOURCE）和4路键填充（KEY FILL）的方式，送至切换台进行设置。

画面监看，包括技术区监看，导演监看和最终4K输出信号监看。技术区调光监看与导演的讯道监看，不需要观察4K画面细节，所以与高清系统设计相同，都是通过将4K讯道下转的高清信号输出，通过画面分割方式显示到大屏上。技术区的主技术监视器，和导演监看PGM、PVW画面，则是通过索尼PVM-X300 4K监视器，进行4K信号的审看。另在导演PGM监视器旁还放置了一台X300监视器，设置为焦点检查功能，通过黑白画面下的红色焦点勾边（类似于摄像机寻像器的PEAKING功能）来检查PVM预监画面的焦点情况，可以及时对摄像师进行提示。

图3. 导演 监看4K PGM、PVW和焦点检查画面

江苏跨年演唱会的现场光线整体照度较低，摄像机在大多数情况下必须使用较大的光圈进行拍摄，对于摄像师焦点把控是很大的考验。很多时候导演助理都需要通过用于焦点检查的PVM-X300监视器来仔细确认画面焦点，才能放心切出画面。
央视春晚由于在4K制作中使用了S-LOG2色域和伽玛曲线，输出到切换台的4K画面是低对比度低饱和度的影像，我们通过PVM-X300的LUT（显示对照表）将S-LOG2影像转换为ITU-R709正常对比和反差标准，供导演进行监看。

在央视春晚4K制作中，我们使用了Leader利达公司支持的一台LV5490 波形监视器，支持4K信号输入，主要是检查信号整体质量以及各通道的延时量，4K对于四路信号拼接的单通道延时量要求不能超过0.4毫秒（400ns）。
为了能够在现场感受4K影像带来的沉浸观感，我们在江苏跨年和央视春晚导播间内都架设了一台84寸4K电视，可以充分体会4K带来的细节和宽阔视角的画面震撼。切换台输出的4路3G-SDI信号，通过AJA HI5-4K转换器转换为HDMI 2.0信号，通过4K电视进行显示。
最后的素材记录，主通道都是使用索尼PWS-4400服务器，可以将4K信号用一个XAVC文件进行封装，记录码率为500Mbps（10bit 4:2:2, 3840X2160/50P）。这两场晚会的时长都不超过4个半小时，而PWS-4400本次自带的4TB硬盘（满配可达8TB）可以记录总长14.75小时的4K（50P）素材，所以我们将服务器设置为3入1出，即可满足同时3路信号输入，每个通道最长可以记录4小时55分钟。

江苏跨年4K制作时，我们还使用了一台SR-R1000录像机，利用SR-MEMORY存储卡直接记录4K PGM信号（4个HD文件封装一路4K信号），一张1T容量的SR-MEMORY卡在SR-LITE模式下可记录74分钟，信号的记录码率高达1.8Gbps。
央视春晚4K制作过程中，我们测试了用FLAME硬盘阵列，通过万兆网直接拷贝PWS-4400的网关处理器PWS-100MG1 输出的4K素材，能够实现超实时2.5倍以上的效率，这个结果对于未来的4K信号传输和素材传递的效率提升非常有参考价值。

图4. PWS-4400 4K多通道录制和万兆网传输4K素材至FLAME硬盘阵列

这两场制作中，音频系统都是直接收录高清系统送过来的立体声信号，延时量根据现场对口型实测，大约在145ms左右。同步系统整体为BB信号，个别设备根据其设备需要选择了三电平信号。