【創刊號4K特輯──設備&經營】

傳統電視作業正面臨時代革命

──2017NAB器材展觀察簡報

文│李振中(製作部經理)、陳志銘(製作部組長)
攝影、圖表│陳志銘

世界最大廣播電視展NAB,每年展出的最新影音基礎設備及技術,都吸引全球關注,但今年這部分顯然相形失色,大廠都將重點轉移到軟體、IP(網際協定Internet Protocol)、雲端應用,一些因應相關主題的中小型展位廠商,反而有更多吸引人的亮點。

展場上可見,UHDTV超高畫質電視製作流程逐漸捨棄傳統 Baseband (SDI)方式,往數位 IP 化、檔案式技術邁進,是時下重要趨勢。

什麼是IP化?

什麼是IP化呢?你可以想像傳統我們在傳輸SDI訊號時所用的都是像同軸電纜(Coaxial Cable)這樣的線材,只能單向傳輸,而且傳輸的頻寬受限於同軸電纜的物理特性,單一條高品質的同軸電纜目前最多只能傳輸12Gbit/s上下的資料量,而HD-SDI大約是1.485Gbit/s或3Gbit/s用同軸電纜當然足夠,但到了4K(UHD)的時代,訊號在無壓縮的情況下資料量約為12Gbit/s,已幾乎達到同軸電纜傳輸的上限值。

網路 IP線
傳統SDI同軸電纜線

傳輸問題,借用IT產業技術使傳輸速度可高達25Gbit/s、甚至40Gbit/s的網路線,便能在不壓縮的情況下,有足夠的頻寬傳輸訊號,而且可雙向互傳、多工作業。而借用IT產業的技術來執行製播節目,就必須遵守IP規範,作業模式跟以往傳統的SDI完全不同,此即所謂「IP化」。

進入4K世代不像之前SD進入HD時代單純,加上IP及網路新媒體,在影音介面的技術上還缺乏明確感及一致性,過渡期似乎仍有一大段路。

4K熱潮為何相對稍微冷卻?

至於前幾年那陣提升4K解析度的熱潮,今年相對稍微冷卻了,因為,人們發現光看解析度,4K的確是當前HD的4倍,但其實讓人驚艷的效果卻不大明顯。

大家這才意識到,原來畫面品質要有突破性進展,光提升解析度是不夠的,若4K仍持續依循1990年制定的Rec.709 規範來拍攝,則在CIE1931的色域圖範圍內顏色表現受到侷限,顯示幕上效果就和HD差不多。所以用Rec.2020廣色域的規範來拍攝畫面是個關鍵,在CIE1931的色域圖中可以看出Rec.2020涵蓋整個色彩空間約75.8%,相對於Rec.709只占約35.9%,整體比率大了非常多。

IP製作技術新規範

自從節目製播開始規劃以IP方式製作以來,SMPTE(The Society of Motion Picture and Television Engineers)即致力於制定相關節目製作可依循的IP規範,從SMPTE 2022–6開始了IP製作的開端,經過實際執行後,發現許多問題,經一連串修正,今年SMPTE 2110正式發表。相關業者皆認為SMPTE 2110的規範已相當嚴謹,紛紛表態支持,也都同步宣稱即將推出相對應產品,未來製作端遵循SMPTE 2110,應是無庸置疑。

為什麼SMPTE 2022–6在實際使用上會增加使用者在工作上的難度呢?

首先來看以下圖示:

由上圖可知SMPTE 2022–6的動作原理是將影像、聲音及資料,統統整合成一個封包,當要各別處理影像、聲音或資料時,就必須要將整個串流解開後才能單獨處理,需要增加很多處理程序,造成使用者的困惱。SMPTE 2110的新規範就是為了解決這個問題。

如上圖所示影像、聲音及資料各自有各自的封包,需要處理哪一塊只要解開哪一塊的封包即可,這樣直覺又便利的處理方式,幾乎所有廠商都認同。

因此有一些廠商已開始推出相對應的產品,也承諾在下半年至明年中前一定會有一系列完整的SMPTE 2110解決方案上市。

HDR發展新趨勢

首先來了解一下什麼是HDR(高動態範圍High Dynamic Range)﹕

HDR 增加了電視影像介於最黑跟最白之間光強度的差異性元素。人眼可接受的最大動態範圍大約14–15個F Stops,HDR 就是一種嘗試將真實拍攝畫面更貼近人眼視覺系統的方式。

HDR所帶來的視覺震撼雖然早已為人熟知,但以往因需花費較多時間進行後製處理,支援的顯示幕不夠廣泛,導致HDR普及率偏低,在BBC及NHK努力倡導要在Live播出時也能夠支援HDR的情況下,新的HDR(HLG)技術才應運而生。今年會場中,所有新推出攝影機的廠商,無論HD或4K,幾乎不約而同全部支援HDR,即使沒有HDR也想辦法透過模擬轉換方式具備HDR元素,可想見HDR在未來必是製播不可或缺的。

製作設備新器材

SONY大型拼接顯示器系統(ZRD1 CLEDIS Display Unit + ZRCT-100 Display Controler):

會場中最明顯的簡報區就採用了這個大型拼接螢幕,高達1000-nit/。

SONY獨特的CLEDIS顯示器科技
HDR 轉換器: SDR to HDR、HD to 4K、HLG to PQ 都支援。
Panasonic Windows AR 顯示系統
會場展示高空攝影,適合大型戶外活動使用。

VizRT→
主要方案:AR/VR 虛擬棚
展出重點:大型電視牆AR、運動、氣象節目運用

大型電視牆整合AR虛實合一,已是VizRT每年必演的戲碼,今年也不例外。他們大概認為對手都還做不到吧?整體演示仍讓人驚豔,簡直就是上節目的水準,可見此團隊之專業與經驗。

BrainStorm→
主要方案:AR/VR 虛擬棚
展出重點:軟硬體增強功能

BrainStorm推出這個技術不只可使用真的電視畫面,主要創意在VirtualGate還可使用虛擬電視牆,人物角色與物件都可穿梭進出螢幕。

Never.no→
主要方案:Story/StoryVR 運用社群媒體的搜尋與大數據分析,讓電視節目能與觀眾即時互動。

Never.no提出對社群媒體Facebook等新的運作方式概念,運用FB與電視觀眾更密切互動,甚至將網路社群的用戶拉回電視頻道。這一套完全整合電視製播流程的雲端系統,能快速將FB內容帶到Live節目中。


新營運模式與新科技過渡策略

今年NAB主軸仍以4K為重心。因傳輸大量資料的需求,製播環境及周邊介面等逐步過渡IP/IT化(網際協定/Internet Protocol、資訊科技/Information Technology),UHD(超高畫質/Ultra High Definition)、HDR(高動態範圍/High Dynamic Range)和VR(虛擬實境/Virtual Reality)、 AR(擴增實境/Augmented Reality)、MR(混合實境/Mixed Reality)等重要關鍵主題,都在展場展示和研討會議中熱烈討論,而OTT(一種直接的網路內容或服務/over-the-top)議題當然還繼續延燒中。

今年IP的主要焦點是AES / AIMS / AMWA / EBU / IABM / MNA / SMPTE / VSF這些組織所支持的IP化,一整個以IP為中心所建構的解決方案,並可在各家廠商的標準中操作互換性,包括SMPTE 2110的草案版本。

今年NAB各家廠商的4K/UHD展出,在HDR、WCG、HFR和NGA等領域與技術有很大進展及應用。如何同時支援HDR和標準動態範圍(SDR),並提供更為廣泛的色域(WCG),並利用HDR技術中的色彩部分對製作系統進一步提升畫質,也是關注焦點。

同時兼顧新舊系統的視訊切換器

展場上另一派意見是,與其花大筆錢升級UHD,電視台不如將HDR與1080p HD結合,把HDR技術加入比增加解析度更能吸引觀眾,因此,同時支援HDR和SDR訊號的視訊切換器,便顯得十分重要。

視訊切換器是信號交換的核心,它負責所有信號輸入、處理及輸出的控制及加工。面對4K、HDR和IP化轉換等新一代技術,整體必須進行一定程度上的適應。就IP化而言,切換器必須可支援最新的技術規範,像是SMPTE 2022–6、甚至是SMPTE-2110以及12G SDI傳輸,和4K TICO的壓縮方案、遠端遙控製作、網路串流媒體等功能。

在IP化、超高畫質、HDR等逐漸新增的技術需求下,視訊切換器讓既有的製作標準可在過渡期保持不變,不影響原本的播出品質。

今年有廠商將其自有相關產品整合起來,藉以輕鬆切換IP和SDI設備,具體處理範圍包括到四條1080p 3G-SDI、12G-SDI傳輸、SMPTE 2022–6標準和單一條TICO壓縮IP化的4K傳輸。在超高畫質影像處理方面,1080p的影像可以通過設備內的處理模組Up-convert至4K,而且原本的4K超高畫質信號還可以在2SI(Two-Sample Interleave)和SDQS(Square-DivisionQuad Split)中自由切換,這樣的技術讓4K傳輸介面幾乎可統整在一個設備內作訊號交換。

許多廠商推出以IP路由管理的架構

另外也有廠商以分散製作方式配置,來依使用者需求進行客製化調配。使用這種架構的一大特點是,使用者不會受到硬體的限制,例如像是Video Switcher M/E、輸入按鍵總數,或任何類型的專有硬體的數量限制等。以一個具有SDI功能的IP切換台設計,靈活且有彈性,讓用戶可以一路從HD延伸到4K,甚至到8K,也因無傳統架構限制,可讓單一使用者的傳統模式容易延伸到多重用戶/多重位置網路上,有別於之前把所有的攝影機信號傳回副控室的做法,能把訊號處理模組放在任何需要的場所,只需應用IP進行控制,所有信號就像在本地一樣靈活。
因此,在IP化的環境下,所有的控制、監看和操作權限都可以利用IP靈活完成,不像以前那樣必須使用點對點的接線,和受其它硬體種種限制。

今年NAB上,已有很多廠商推出以IP路由管理的架構。在現場節目製作中,它能提供所有IP串流的控制和監管。因應不斷增長的媒體來源和素材格式,將來的媒體工作流程勢必將轉向IP化。目前,大多廣播業者都已在非現場轉播技術架構方面先進行IP化,而現場轉播領域卻仍採用傳統SDI介面和其它點對點信號傳輸方式架構,但往後幾年應該會變化很快。

格式切換過程中如何抉擇是業界大挑戰

雖然通過IP傳輸HD無壓縮即時影音功能非常強大,但如何保證IP網路的環境條件和今天的SDI一樣方便可靠?如何保證隨機、信號交換的IP網路和SDI連接一樣簡單,可同步無縫切換信號?這些對轉型中的廣播電視系統和相關行業都是是很大的挑戰。

IP廣電製作環境是利用標準的10GB乙太網和區域網路,以及商用的Cisco網路交換機,取代當前的影音切換器等特定廣電設備。傳統做法是在視頻設備之間連接長長短短的SDI電纜,通過Base band方式進行點對點傳輸,而IP系列視頻製作系統不同,它不需考慮每個設備在LAN中如何連接,在輸入或輸出過程中,SDI信號被轉換成了IP信號,理想的條件下,應該不會發生延遲或不同步的問題。

但目前客戶在硬體設施方面面臨著許多重大抉擇,例如是繼續採用12GSDI傳統方面發展,還是逐步過渡到IP化來解決4K傳輸問題?在格式切換過程中,電視工程及製作人員最在意的是影像延遲,也是各家廠商必須解決的難題。

整體來說,SDI是大家慣用的傳輸標準,它被大量常用於影音製作上,其直覺性(即插即用)普受工程師喜愛。其次,每種基於IP的影音方案採用不同方式封裝影像、音頻和資料,必須提供適當信號同步作無縫切換使用,而今年看到SMPTE將其架構在TR-04、TR-03標準納入SMPTE2110草案中,似乎平息了一切紛擾,但事實仍需時間來證實。

以IP基礎架構的電視廣播,使用的是一般商用網路硬體,而非廣播行業專用的設備,將帶來一個營運成本更低、應用更靈活有彈性的、新的管理與服務模式,這也是Video over IP的最大初衷。

(原刊登於《開鏡》2017/07 創刊號 1 )

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