征稿要求：
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上海广播电视台 超高清后期文娱制播系统技术实践
引言
超高清后期文娱制播系统是上海广播电视台超高清频道东方卫视技术改造工程项目的一个子系统，是为满足“融合强台”战略对超高清制播的技术要求，从而在4K/8K领域布局的重要一环。该系统承担东方卫视常规资讯类、影视剧类、大型活动类节目4K超高清制播，同时承担各项大型活动演播室收录、制作、直播等业务，满足东方卫视4K超高清节目的内容汇聚、融媒生产、演播室播出等全流程的生产制作需求，是4K超高清视频技术在SMG的一次全方位探索实践。
一、系统设计
4K超高清制播子系统支持全4K节目高效安全地制作、播出。整个系统采用全万兆网络架构，所有服务器、工作站、存储均基于10G链路接入。核心交换机和接入交换机采用40G链路连接，满足大业务并发时安全高效访问的需求，同时与外部系统采用10G链路连接。系统具备面向4K节目制作专业生产业务所需的工具能力，提供文稿工具、4K非编工具、配音工具、审片工具、松耦合协同编辑等，结合演播室系统，全链路保障4K节目的安全高效制播流程。
图一 系统设计
二、关键技术阐释
（一）专业媒体容器云
媒体容器云是实现云、边、端总体技术战略思想必不可缺的部分，能够面向私有云、专属云、混合云架构实现容器统一管理，具备多租户管理、多云管理、容器编排、服务治理、DevOps等业务功能，支持各类资源异构接入，为上层应用提供安全、稳定、高效、统一的基础底座能力，实现敏捷开发、灵活管理、维护监控，全方位助力媒体业务云原生化，推动业务创新。
图2 媒体容器云
在超高清建设中，媒体容器云还提供了面向媒体应用的高速容器网络。传统K8S容器不是面向媒体大文件设计，使用隧道网络路由形式，跨节点多次需分包转发，性能只有宿主机物理网络50%，不利于大视频类大数据量读取。容器网络不支持组播，无法实现流业务。
面向媒体应用的高速容器网络，将容器访问和媒体文件、视频流访问分离，提高网络访问效率。采用容器虚拟化网络，通过硬件虚拟化实现媒体高速访问通道，宿主机网卡利用率可到90%。媒体数据通过业务网，VF网卡直接对接交换机，支持流媒体。
图3 面相媒体应用的高速容器网络
容器云基于SR-IOV标准，将专业硬件网卡（通常为万/十万兆网卡）以独立虚拟网卡的形式共享给虚拟机，虚拟机之间通过专业硬件网卡通信，大幅提升网络传输效率。
SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）作为PCIe设备虚拟化的核心标准，通过为虚拟机分配独立的内存空间、中断向量和DMA流，绕过VMM（虚拟机监控器）实现数据访问。VF（Virtual Function）作为虚拟化的关键载体，不仅拥有独立的PCI配置区域，还能与其他VF高效共享物理网卡资源，在保证隔离性的同时实现资源的集约化利用。
在容器云与K8s集群的融合场景中，SR-IOV的优势得到进一步释放。当物理服务器节点配备专业硬件网卡并开启SR-IOV功能后，系统通过NIC（Network Interface Card）Switch将物理端口虚拟化为多个逻辑端口：部分端口以PF（Physical Function，物理功能）形式保留给宿主机使用，其余则以VF形式分配给Kubevirt创建的虚拟机，使虚拟机能够直接调用虚拟网卡资源，满足高性能网络需求。
这种架构彻底重构了节点内外的通信模式：同一物理节点内，宿主机上的容器化应用与虚拟机中的业务应用可通过NIC Switch实现本地高速通信，无需经过复杂的软件转发层；跨节点通信时，数据则直接依托底层专业硬件网卡传输，完全规避了K8s原生容器网络在大规模数据交换时的性能损耗问题。SR-IOV为云原生环境中的高性能计算、实时数据处理等场景提供关键支撑。
图4 SUVC技术原理
（二）超高清分层编码编辑
系统采用成都索贝数码科技股份有限公司的SUVC编码技术。作为国内首个自主研发的编解码格式，该格式实现了4K、8K乃至16K等更大幅面的超高清制作。
SUVC的基本原理在于对超高清视频进行分层编码处理，超高清视频源经过SUVC编码形成基本层+增强层码流，其中基本层幅面为原始超高清视频幅面的1/4，增强层+基本层可构建全幅面，基本层和增强层的编码方法各自独立。
输入超高清视频源经过离散小波变换得到低频分量和高频分量。低频分量数据构成基本层数据，基本层数据不压缩或选用一种专业压缩方式（如XAVC、ProRes等）进行基本层编码，得到1/4原始超高清幅面的基本层码流；将高频分量与基本层残差数据组合成增强层数据并通过SUVC-EL编码方式进行增强层编码，可得到增强层码流，最终统一打包组装。
SUVC分层编码支持HD/4K的分层与4K/8K的分层两种格式。在保证与主流专业编码质量一致的同时，解决了超高清大幅面制作面临的存储和带宽压力、计算压力、代理码率编辑缺陷等难点痛点，以原创、开放、自主可控的方式大幅提升了制作效率，强势打造超高清全生态环境，提供灵活创新的制作体验。
4K/HD分层编码SUVC文件的编码分为基础层、部分增强层、增强层三层码流。在前端基础编辑时，直接读取基本层数据，实现高清编辑。在前端增强编辑时，只解码基本层+部分增强层的码流，实现HD SDR编辑。在合成成片或高级编辑的时候才调用后台算力进行4K大幅面的编解码和渲染。同时SUVC增强层自主研发，编码效率高、延迟低，质量满足广播级制作要求，不使用任何可能涉及专利问题的技术，实现完全的自主可控。
图45==5 4K/HF=D分层编码制作
（三）协同调色
图6 协同调色
为了简化4K后期制作流程、消除各工具间兼容性问题、降低制作成本，该制播系统采用了“一站式”全域制作方案。非编系统囊括了剪辑、调色、调音，避免各工具间切换工作，避免了第三方工具之间交互产生的兼容性问题，提升制作效率，以一个工具覆盖多个制作工具实现的功能，降低制作工具成本。
针对非编内嵌的调色系统，支持多人同时对同时间线进行剪辑/调色操作，颠覆传统线性工作流程，在剪辑时即可开始调色工作，实现真正的多人协同。
在剪辑时即可同时开始调色工作，同一条时间线的编辑与多个调色终端同时进行，实现真正的多人协同。此创新的工作流程可改变团队成员之间的协作方式，缩短节目制作周期，不必等剪辑完成后再开始调色，减少传统后期线性工作流程中大量反复交接修改的过程。
（四）自动化色彩管理
由于4K超高清素材的多样性，各种摄像机差异化的宽色域及伽马曲线，4K超高清制作的色彩管理十分必要，但实际操作起来又复杂繁琐。基于索贝公司全新一代Cutlist SDK智能编解码引擎及A.R.T.10非线性编辑渲染引擎，可以在色彩管理上做到自动识别和自动转换。
该系统能够实现在文件输入时即可自动识别出各素材的色彩信息,在进行时间线上进行编辑时，根据时间线的设置，素材将做出自动转换，使色域和伽马曲线的匹配时间线的色域和伽马曲线；在输出时，系统能够根据不同的输出目标做出适配，自动将时间线上所编辑的色彩空间和伽马曲线做出转换匹配输出目标，也支持SR-LIVE黑压缩转换流程，能够更好地保留暗部细节，呈现与人眼无限接近的视觉体验。
图7 自动色管理
结语
4K超高清技术将从“视听升级”迈向“全产业赋能”，通过内容、传输、终端、应用四维协同，重塑媒体、通信及泛娱乐生态。目前，4K视频内容匮乏一直被业界认为是超高清产业发展的主要拦路虎，而造成此现象的主要原因是超高清内容生产链还不健全。希望本次上海广播电视台超高清后期文娱制播系统的探索，将有助于完善这一生产链，为各级媒体机构提供建设经验。
（作者单位：上海广播电视台技术中心）