如图2所示，在监听监看模式上，4K超高清系统仍然采用了集中监看与技术监听监看相结合的方式。4K超高清系统配置了三块77寸OLED大屏用于系统集中监看，其中中间大屏用于系统末级信号的监看，左侧大屏与右侧大屏用于IP信号源与基带SDI信号源的混合集中监看。操作台工位上分别配置了IP链路与基带链路的技术监看系统。

4K超高清系统不仅从系统架构上面临着基带与IP的选择，同时从信号质量层面来说，与高清电视技术相比，4K超高清电视的图像分辨率从1920×1080/25P提升至3840×2160/50P;图像动态范围由SDR提升至HDR;色域空间由Rec.709提升至Rec.2020;声音由立体声、环绕声提升至三维声。这些变化与视音频IP化一起给4K超高清系统的监听监看系统带来了更多的挑战。下面我们将从IP与基带两种信号类型、由高清到4K的信号质量变化给监听监看带来的改变这两个方面详细展开。

二、4K超高清系统中IP链路与基带链路的监听监看设计

1.基带链路监听监看　　

4K超高清系统的基带链路上配置了基带4K示波器、监听单元、4K监视器，通过基带矩阵选切信号进行技术监听监看。同时，通过多画面分割器进行基带信号的集中监看。由于系统基带信号选用了4×3G SDI，2SI模式，在集中监看方面，有两种监看方式可以选择，第一种是对四路信号分别进行监看，第二种是对四路合成的4K信号进行监看。第一种监看方式的最大特点是直观，任一路信号只要出现问题，都能很快发现和定位，但是对于四路信号的同步性等内容无法进行判断。第二种方式可以直接观看四路合成的信号，但是在2SI模式下，损失任何一路信号后，画面只是损失部分信息，在进行主观监听监看时容易忽略，在这种模式下，需要多画面分割器具备对四路信号输入信号进行检测的功能，当任何一路信号故障时，能够进行主动报警。　　

CCTV 4K超高清播出系统集中监看选用了第一种监看方式为主，即对链路内的四路信号监看点分别进行监看，并结合系统末级信号采用第二种方式单独监看。两种方式相互结合，相辅相成。同时，在进行信号集中主观监看的同时，还需要通过示波器等技监链路对四路信号的同步性、序列等指标进行监看。如图3所示。　　

4×3G SDI，2SI这种信号格式决定了系统在进行监听监看设计时，需要综合考虑单一信号监看内容和四路信号之间关联性等方面，同时结合设备支持情况，选择合适的监听监看方案。　　2.IP链路监听监看　　

CCTV 4K超高清系统通过配置兼容IP输入信号的多画面分割器进行IP信号的集中监看，同时，链路内所有的IP信号均接入交换机，通过配置的IP示波器、IP监听单元与4K监视器等技术监听监看设备，可以通过IGMP组播协议选切相应的IP组播流进行IP信号的技术监听监看。通过示波器监看IP信号组播流如图4所示。　　

系统IP链路在设计时，支持SMPTE 2022-7架构，2022-7协议定义了IP数据包信号无缝路由切换保护，因此，IP链路上的设备在物理连接上均支持双IP物理链路，双链路的设计保证了在任一单IP链路发生故障时，系统链路内信号监看不会中断。但是如果故障不能及时发现，就会成为系统运行的隐患。这也就给我们的系统监看设计带来了新的要求，即如何尽快发现单一IP链路中断的故障。针对这一情况，CCTV 4K超高清系统建立了一套IP组播流的监看控流程，通过交换机内组播流策略、交换机端口状态、端口流量逻辑判断，IP转换网关报警等一系列方式可以对IP数据流进行实时监测。如图5，图6所示。

　　

3.IP监看与传统基带监看的区别　　

CCTV 4K超高清监听监看系统在设计时，经过比较、选择，最后选用了基于微服务架构的多画面分割器。基于微服务架构的多画面分割器，是在通用服务器的基础上，将原来硬件的功能最大程度地“软件化，这样使得整个多画面分割器的集中监看功能很大程度地走向了软件定义。正是由于“微服务理念的应用，使得“软件化的多画面分割器具备兼容IP信号和基带SDI信号的功能，从而实现了IP信号与基带SDI信号的同屏混合监看，大大增加了整个系统集中监看的便利性。同时，在“软件化的多画面分割器上，两台多画面分割器可以在软件层面，实现内部信号的共享，很大程度地扩展整个多画面分割器系统的监看范围。　　

在传统基带信号链路的监看及故障排查方面，视音频信号及辅助数据都是在一条物理链路里，从信号源发生、经过信号处理设备，最后送至信号选切设备，信号从设备有进有出，链路表现为典型的有方向的线性结构，逻辑上清楚易懂。在发生故障时可以通过前后设备的信号好坏判断出故障点。但是在IP信号链路上，所有IP设备均与交换机连接，信号接收和发送都以交换机为核心，整个系统链路更多地表现为以交换机为中心点的“放射型结构。而且由于系统采用了SMPTE 2110协议，视频信号、音频信号、辅助数据分别表现为独立的视频数据组播、音频数据组播、辅助数据组播，每一项组播拥有独立的IP地址，传输路径也不尽相同，只是在最后的监听监看环节进行了捆绑监看。这就给系统的监听监看带来了思路上的转变，在观察到系统内画面、声音、辅助数据出现问题，排查故障时，不能像基带信号那样，去切换单一的信号，而应该是根据对应的组播流地址，去查看对应的视频、音频、辅助数据等组播流的情况。

三、4K超高清系统视音频信号指标监听监看设计

　　1.HDR、色域监看设计

　　

从高清电视信号到4K电视信号，信号质量方面由SDR提升到HDR，色域上由Rec.709提升至Rec.2020。因此在系统监看设计时，要充分考虑信号质量方面的监看。在4K超高清系统中，一方面我们通过在技监监视器上配置了标准监看模式，即在监视器上设置了默认监看参数，当输入信号与默认监看参数有差别时，能够迅速通过画面发现。另一方面，4K超高清系统配置了相应的示波器进行相关信号指标监看。

　　

CCTV 4K超高清系统对于HDR、色域等方面的监看尚不完善，更多的是通过监视器、示波器等设备主观监看方式。随着4K超高清电视技术的深入发展，未来可以期待在示波器、多画面分割器上，增加信号检测的功能，在输入信号格式与预设值不符合时，可以主动报警，从而能够实现主动监看与被动监看相结合的综合报警。　　

2.三维声监听设计　　

在高清电视系统应用较多的立体声(2声道)和环绕声(5.1声道)，是声音在空间二维的层面上声道数量的扩展，而发展到4K超高清系统，声音开始向空间三维的层面扩展，在5.1环绕声的基础上，可以增加向上、向下的扩展声道，形成三维声场，让整个声场从水平方向和垂直方向“包围环境中的听音者，从而让听音者真正沉浸其中，体验“身临其境的听觉感受。三维声是一种基于对象型的声音结构，主要包含声床和声音对象，三维声的应用能够最大限度地还原真实现场氛围，增加听音者的“临场感，真正地做到“沉浸式听觉感受。目前市场上主流的三维声方案主要有5.1.4、10.1、22.2等，CCTV 4K超高清系统提供了最大可支持16声道的通道需求。相比于传统的立体声和环绕声，三维声无论在声道数量、空间扩展性还是渲染方式上，都有所不同。在即时监听方面，传统的双声道监听音箱下混方式已经不能够满足三维声多方面的监听需求。因此，4K超高清系统配置了一套三维声监听环境，整个三维声监听环境系统构成如图10所示。　　

整个三维声监听环境分为三维声监听控制系统和扬声器系统两个部分，其中控制系统主要负责对输入的视音频信号进行音频解嵌，然后在三维声音频元数据的指导下，对整个三维声的声床及声音对象进行渲染，并还原到扬声器系统中对应的扬声器中，从而完成对三维声的实时监听。除了对三维声整体效果的监听，系统还可以选择单一声道和声音对象进行单独监听，比如主客队解说的选择、标准电视制作效果、现场场地效果(无解说)等多种监听模式，从而为三维声的监听提供了更多的选择，最大限度地满足各种场景下的三维声监听需求。

四、小结

综上，相比于高清技术，4K超高清技术给电视播出信号带来了更高的画面分辨率，更宽广的色域空间，更加身临其境的听觉感受。同时得益于IP技术的应用，IP化后的播出系统在信号切换处理方式、链路监听监看方式等方面均与传统基带链路有着截然不同的思路，这两个方面都给播出系统设计、播出安全带来了巨大的挑战。在这样的背景下，作为系统信号实时监控、信号质量检测的重要环节，4K超高清信号的监听监看系统设计就显得尤为重要。我们也期待着未来随着4K超高清技术的发展，厂商设备的不断成熟与完善，4K监听监看系统能够更加全面和智能化。 【来源：中央电视台】