從高清到 4K，是目前電視技術發展的大趨勢。本文從攝像機技術的變革，到演播室系統變革，再到音視頻後期工藝變革等多角度分析了 4K 技術發展所帶來的電視技術系統各環節的革新發展，充分說明了從高清到 4K，將是一場偉大的技術變革。

一 、4K 電視與高清電視的比較

1. 性能比較

有部分廠商代表談到了 4K 電視與高清電視比較所呈現的優勢，即更高的解析度，更高的幀速率，更廣的色域，更寬的動態範圍，以及更大的量化位深。

解析度（空間解析度），即圖像在特定空間範圍內所包含的像素數量。像素數量越多，圖像越清晰。普通的高清電視解析度為 1920×1080，而 4K 超高清電視的解析度是 3840×2160，很顯然，4K 電視比高清電視有更高的清晰度，能帶給觀眾更逼真的視覺感受。

色域（彩色解析度），即一個技術系統能夠產生的顏色的總和。現行高清電視採用的是 ITU BT.709 色域，它的面積是可見光譜的 33.5%。4K 超高清電視採用的是 ITUBT.2020 色域，它的面積是可見光譜的 63.3%。更廣的色域意味著色彩更加豐富，顏色的飽和度更強，可以獲得更加真實的色彩還原。

動態範圍（寬容度解析度），指的是畫面中最亮部與最暗部亮度的比值。現有高清電視的動態範圍是依據 CRT 顯像管的性能制定的，我們可以稱之為標準動態範圍（SDR）。在經過一系列的處理之後，這個範圍只有 10 3 :1，也就是1000:1，遠不及人眼所能感知的亮度範圍，大量的亮度細節損失掉了。而 4K 電視的 HDR（高動態範圍）技術，其目標是使動態範圍達到人眼在瞳孔不調節情況下觀看到的亮度範圍，也就是 10 5 :1。直觀來說，就是儘可能多地保留畫面中高光部分和陰影部分的細節，不至於過曝與全黑，讓我們看到畫面亮部與暗部的更多細節。

幀速率（時間解析度），即每秒視頻所包含的幀的數量。幀數越高，畫面越流暢自然，否則畫面不連貫，偶爾會伴有運動模糊、拖尾、抖動等現象。現有的高清電視一般採用的是每秒 25 幀，隔行掃描的方式。而 4K 超高清電視，將以逐行掃描的方式取代隔行掃描，每秒 50 幀，最高可達到 120 幀，運動圖像的畫質將得以很大的改善。

量化位深（灰度解析度），即數字技術採用有限灰度階再現模擬圖像的灰度變化。高清電視一般為 8 比特，而 4K電視一般為 10 比特。

色彩空間，是由色域和亮度（伽瑪）構成的立方體，用於形象地描述拍攝和顯示的彩色、亮度和對比度性能。很明顯，4K 電視採用 BT.2020 色域和 HDR 伽馬，比高清電視有著更廣闊的色彩空間。

2. 主流編碼及碼率的比較

從解析度角度講，4K 的數據量是高清的 4 倍（幀率相同時），如 4K 25p 相當於高清 50i。從幀率角度講，4K 50p幀率是高清 50i 的 2 倍。綜合解析度、幀率，4K 的數據量是高清的 8 倍或更高。例如：

1. 索尼 XAVC 為 500Mb/50p，與松下 AVC Ultra 壓縮類似，且有優化；
2. 松下高清 AVC Ultra 為 100Mb/50i，4K AVC Ultra 為800Mb/50p；
3. 蘋果編碼高清 ProRes 422 為 120Mb/50i，4K ProRes422 為 960Mb/50p；
4. AVID 高清 DNxHR 為 185Mb/50i（10bit），4K DNxHR為 1.5Gb /50p（10bit）。

二、攝像機技術的創新發展

從高清到 4K，是電視技術史的一次有挑戰的變革，這次變革，要涉及電視領域采編播各個環節技術上的變革，攝像機技術的創新發展必然是首當其衝的。

1. 技術變革發展

傳統的高清攝像機一般採用 2/3 英寸成像器件，採用BT.709 色域，電視伽瑪，拍攝的畫面所見即所得。

而 4K 攝像機主要分為兩種類型：一種採用單片大畫幅4K成像器件，採用PL鏡頭卡口，所拍攝畫面呈現淺景深，追求電影藝術風格；另一種採用 3 片 2/3 英寸 4K 成像器件，採用 B4 鏡頭卡口，所拍攝畫面為全景深，滿足電視實況轉播需求。這兩種機型均具備 BT.2020 色域和 BT.709 色域，且具備不同類型的伽馬曲線，能滿足 HDR 拍攝需求。

2. 4K 攝像機幾款主流機型簡介

索尼公司發布的兩款手持式攝錄一體機，分別是 PXW-Z190 和 PXW-Z280，這兩款機型均支持 4K 拍攝，有強大的 HDR 處理能力，且機身小巧，簡單便攜。其中，Z190 配備 1/3 英寸 Exmor RCMOS 成像器，可以拍攝 4K 50p/60p，兼容 HLG，支持索尼 HDR 工作流程；Z280 配備全新的 3 片 1/2 英寸 Exmor RCMOS 成像器，能夠幫助用戶實現 F12（59.94p）/F13(50p)的高靈敏度，長變焦比率和深景深的拍攝，無級ND濾鏡，先進的人臉檢測自動對焦（AF）功能，12G SDI 等介面，能支持不同應用類型的 HDR。

此外，目前中央電視台主要有索尼 PMW-F55、松下V35 等攝像機機型。其中，索尼 PMW-F55 的性能特點主要是：具有 35mm 4K CMOS 成像器，擁有 14 檔寬容度，高靈敏度，低噪波，更寬的動態範圍和色域等；松下 V35 的特點主要有：具有高性能尋像器，能監看畫面整體焦點的輔助聚焦功能，攝像機內置色彩調整功能，有 AVC-ULTRA4K 4:4:4（12 比特）高畫質壓縮編碼，4K/120p 的 RAW 數據記錄等。利用這些攝像機，已完成《2016 年春晚》《永遠的長征》《2017 年春晚》《G20 峰會歡迎晚會》等大型 4K節目的拍攝和製作工作，為 4K 節目的製作和播出做好了充分的準備。

三、虛擬 PGM 合成系統助力演播室 4K節目的製作播出

升級改造而設計並建成的 4K 虛擬 PGM 合成系統。該系統主要由 4K 多通道錄製伺服器、虛擬切換及 4K 合成伺服器、4K 播放伺服器組成，能夠自動獲取高清切換台切點信息、切換特技信息及當前時碼信息，針對收錄的 4K 素材，自動生成與高清對應的 4K PGM 內容。在節目錄製 6秒以後，即可形成 4K 版本的視音頻文件。該系統比原有人工比對高清節目製作 4K 節目的方式，大大降低了人工成本，縮短了製作周期，提高了 4K 節目生產效率，為 4K 節目的備播做好了充足的準備。目前該系統已完成了《2018年央視春晚》《2018 年元宵晚會》《星光大道》《匠心築夢》《開門大吉》等多檔節目的 4K 版本錄製。

四、視頻後期製作工藝的變革

1. 調色是視頻後期製作的重點環節由於高清攝像機採用電視伽瑪，BT.709 色域，拍攝的畫面所見即所得，所以一般不需要對拍回的素材進行色彩還原和校正，只需根據需要做少量的色彩調節工作。而對於 4K 攝像機來說，為了保留畫面高光、中間層次、暗部的所有細節，實現高動態範圍，採用 log 對數拍攝模式，使得拍回的素材畫麵灰暗不透亮，後期必須進行色彩還原和校正，並根據需要進行色彩調節，以使畫面更加生動逼真，色彩艷麗。有時，根據不同節目類型，還需做藝術風格化的處理。因此，區別於高清製作，4K 製作的調色工作是整個後期製作的重點環節，需要由具有專業的色彩理論知識和豐富的實踐經驗的人士來完成。

2. 套片流程較為常見

對於 4K 節目的後期製作，主要分為兩種工藝流程：第一種是利用索尼 4K 攝像機（如 F55）拍回的 XAVC 文件，在蘋果 FCP X 精編軟體中進行編輯，然後對編輯完的工程進行調色處理，之後加包裝、特效，拍唱詞，最後輸出成品文件；第二種是對於大碼率的 RAW 文件，先進行高清代理素材編輯，將編輯完的工程對應存儲硬碟中的 RAW 素材進行套片上載，之後再進行調色、特效、字幕合成等，最後輸出 4K 成片。其中，第二種套片編輯模式較為常見，既保證了製作的流暢性，又大大提高了後期視頻編輯的效率。

五、音頻製作工藝的變革

1. 環繞聲製作

區別於高清單純製作立體聲的工藝模式，4K 節目需要製作環繞聲，即在製作立體聲播出聲左和右兩聲道的同時，還需製作環繞聲播出聲左前、環繞聲播出聲右前、環繞聲播出聲中置、環繞聲播出聲低音、環繞聲播出聲左後、環繞聲播出聲右後等幾個聲道，保證觀眾能從多角度感受到節目音響所帶來的震撼效果。

具體的工藝流程是，首先將演播室或外拍採錄的同期聲和立體聲參考聲等傳到視頻後期製作島，將完整音頻素材傳迴音頻製作島，視頻後期先進行聲音畫面的同步剪輯，將剪輯好的「第 N 版混音 5.1+ST」鋪到時間線上，同時傳給音頻製作島，一同傳輸的還有第 N 版成片及其 EDL信息文件、新素材 AAF 文件等，音頻島根據節目成片及EDL 信息，對所有音頻素材進行處理，最終將製作好的音頻文件傳給視頻後期進行視音頻合成，輸出成片。

2. 三維聲製作

隨著 4K 技術的發展，電視節目製作有時也採用電視三維聲的音頻製作方式，以期提升觀眾的視聽感受。電視三維聲採用 5.1+4H 格式進行製作和播放，包括：雲計算、資料庫、大數據分析等技術，整合了內容資源，提升了數據存儲挖掘利用能力，並運用 4G 傳輸、流媒體傳輸、移動直播等技術提升了信息傳播的效率和穩定性。五是建立適應媒體深度融合發展的體制機制，充分發揮市場機製作用，探索以資本為紐帶的媒體融合發展的路徑，堅持開放帶動、創新驅動，積極探索廣告經營、信息服務、版權合作等多種盈利渠道，通過台網一體統籌，協同發力做活新媒體品牌，粉絲數、關注度、點擊量均大幅提升，把貴州台優質內容、平台流量轉化為實際收益。

五、結語

電視技術的發展，從高清到 4K，將是一次偉大的變革。這場變革，從攝像機技術的變革，到演播室系統變革，再到音視頻後期工藝變革等等，將是一次徹底的技術革命，整場變革從中國到世界，將帶來全球電視技術系統的創新發展，使未來整個電視行業的發展具有更強的生命力。

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