作者：中央广播电视总台 李岩 刘斌

文介绍了为验证JPEG-XS技术在制播全域中应用的可行性，中央广播电视总台搭建的8K JPEG-XS全链路演示与全流程测试系统，对互联互通性、压缩比等技术关键点的测试情况进行了说明。

关键词

超高清制播 8K JPEG-XS 压缩比

目前中央广播电视总台正在从传统广播电视媒体向国际一流原创视音频内容生产发布的全媒体转变，质量和效率是总台技术局构建“超清化、移动化、智能化”技术体系的核心诉求与基础保证。

JPEG-XS浅压缩编码技术在超高清内容生产、播出、信号传送领域的应用与创新，为技术局实现质量与效率平衡提供了重要路径，也为超高清节目制播同源和文件信号同网带来可能，更为超高清技术的普及以及全产品链的本土化研发带来机遇，但是作为一项新技术，其技术路线还未完全确定，产品的兼容性有待确认，生态也需要进一步建立。

为探索8K超高清电视制播效率与质量并重的技术创新之路，验证JPEG-XS技术在制播全域中应用的可行性，技术局组织召开了系列研讨会，并搭建8K JPEG-XS全链路演示与全流程测试系统，模拟制作域、传输域实际信号流程，测试前期、后期制作及播出系统的连通性，测试关键设备的通用性、兼容性。本文就测试相关情况作简要介绍。

一、测试内容

本次测试主要包括8K JPEG-XS(以下简称XS)直播流程和录播流程的连通性、兼容性测试，采用不同压缩比进行的主客观评价比对以及浅压缩与深压缩后图像效果比对等，系统内设备全部使用High Profile4:2:2采样，10bit量化（符合ISO/IEC 21122 Profile High 444.12标准）。

主要测试内容包括：

◆10月21~24日冬奥测试赛，全链路参与，模拟真实的直播流程、录播流程、非线编辑等；

◆设计8K超高清、高动态范围、宽色域的现场拍摄场景，将8K摄像机拍摄的4×12G信号，经过不同品牌、类型的8K XS编解码器进行编码和解码，解码后的信号再经过AVS3编码器编码，通过8K AVS3机顶盒解码，在两台同型号的8K电视机分别呈现浅压缩图像和深压缩图像，进行比较；变换不同压缩比（8:1/10:1/16:1/20:1/32:1等），在8K电视机及技监上进行主观呈现比较；

◆8K测试序列，经过不同8K XS编解码器，解码后再经过8K AVS3编码器编码、8K AVS3机顶盒解码，由8K电视分别呈现浅压缩和深压缩图像进行比较；变换不同压缩比（8:1/10:1/16:1/20:1/32:1等），在8K电视及技监进行主观呈现比较；

◆4K测试序列上变8K，输出4×12G基带信号经过不同8K XS编解码器，解码后再经过AVS3编解码，在8K电视分别呈现源图像和深压缩图像，进行比较；变换不同压缩比（8:1/10:1/16:1/20:1/32:1等），在8K电视及技监进行主观呈现比较。

二、测试流程

1. 测试链路示意图

（1）链路1（直播流程）

冬奥花滑测试赛8K转播车8K XS信号（四流/单流）传回至总控，送至49层交换机，播出服务器拉XS流后，输出XS流推送至XS解码器，解码后使用8K技监及8K电视机进行主观评价，同时增加AVS3编解码环节，进行主观效果比对。

（2）链路2（录播流程）

测试赛转播车8K XS信号（四流/单流）传回至总控，送至49层交换机，49层录制服务器收录后，进行剪辑包装，将成品文件推送至播出服务器，播出服务器播放文件，输出XS流推送至XS解码器，解码后使用8K技监及8K电视机进行主观评价，同时增加AVS3编解码环节，进行主观效果比对。

（3）链路3（测试卡、8K测试序列等）

使用8K摄像机和8K播放器作为信号源，信号路由同链路1、2。

2. 测试信号源

（1）转播车PGM信号

8K转播车制作系统基于SMPTE 2110-20/30/40，本次测试转播车PGM输出回传共有两路：四路SMPTE 2110-20信号转为四流XS信号，基带4×12G输出转为单流XS信号。主要用于测试长距离回传对XS信号影响，复杂路由对信号稳定性影响，XS编解码图像与经过AVS3编解码图像对比等。

（2）反射式测试卡、超高清图像测试要素

现场搭建了8K摄像机拍摄场景（如图2、图3），主要包括测试卡，肤色娃娃、高亮发光体等，色彩元素丰富，细节较多，使用8K摄像机进行拍摄，基带4×12G输出。主要用于测试编码器对原生8K基带信号的处理情况、彩色还原情况、压缩比变化对HDR效果及画面细节影响情况、XS编解码图像与经过AVS3编解码图像对比等。

（3）超高清测试序列

使用总局规划院的8K和4K测试序列，考察编解码系统对色彩、肤色、细节、上转换等场景的处理能力，其中8K序列介绍如表1。

（4）其他素材

主要包含4K节目、8K 4×XAVC节目源、8K XS Main Profile素材等，用于测试节目上转换或转码等主观效果以及同源同压缩比下High Profile与Main Profile图像差异。

三、测试设备

本次参与测试的设备主要包括支持JPEG-XS技术的编解码器、播出服务器、收录服务器、非编系统及分析仪、画面分割器等，涵盖了制播全流程的关键节点，当前由于各厂家的技术路线仍然存在一定差异，在单流及四流选择、压缩比支持等方面并未完全统一，表2列出了参与本次测试的主要设备。

四、测试结果

本次测试重点关注8K XS编解码的连通性及压缩比，附带测试4K下的编解码连通性、画面分割器、网络分析等方面。下面仅就互联互通和压缩比主客观评测做说明。

1. 互联互通

◆单流与四流编解码器之间互相不通；

◆单流编解码器有SQD和2SI之分，波视和Evertz之间不通，但是大洋播出服务器可以解码，其输出XS信号波视和Evertz均可以正常解码；

◆四流编解码器本质上还是4个4K XS，互相之间可以正常解码；

◆记录服务器目前仅支持2SI单流；

编解码器与播出服务器之间的互联互通情况见表3。

2. 压缩比

本次测试编解码器压缩比有两种设置形式，一类是设置绝对码率，另一类是设置压缩比。对于编解码器来说，可以设置的压缩比范围较大，基本都可以涵盖8:1到32:1的范围；对于播出服务器来说，目前最大压缩比支持到16:1，记录服务器则只支持16:1。

（1）主观评价

◆直播信号全链路采用了16:1压缩比，与经过AVS3编解码的图像对比，运动物体差异不易察觉，静态场景细节差异大；

◆个别厂商编解码器输出图像存在“拼缝”问题；

◆使用现场8K摄像机输出的4×12G信号，变换压缩比，部分编码器在16:1及更深压缩比时会出现较为明显杂波；

◆使用8K测试序列，变换压缩比，个别场景10:1与16:1略可觉察差异，但画面质量均可达优良等级（依据GY/T340-2020超高清晰度电视图像质量主观评价方法双刺激连续质量标度法）；30:1以上图像出现损伤，导致不可用；

◆使用4K上转换8K，经过XS编解码与直接上转换图像对比，变换压缩比，10:1与16:1无差异，20:1主观感觉个别图像有损伤但仍可用，30:1以上图像出现损伤，导致不可用。

（2）客观结果

使用两组测试序列，对不同编解码链路在不同压缩比下的图像进行客观分析，以下数值为所有序列的平均值。

不同压缩比下各编解码器及服务器PSNR-Y对比结果（序列组2）见表4。

不同压缩比下PSNR（YUV）及SSIM（YUV）平均值对比结果（序列组1）见表5。

通过表5可以看出，改变压缩比对于PSNR及SSIM值会产生明显影响，但需要注意的是PSNR及SSIM值与主观感受并不完全一致，只能作为参考使用。

不同压缩比下PSNR平均值对比结果（序列组2）见表6。

通过AVS3编解码后，PSNR数值下降较多，JPEG-XS 16:1和4路XAVC表现基本相当。

多代复制PSNR对比结果见表7。

3. 测试结果小结

通过本次测试，以JPEG-XS浅压缩编码技术为基础的8K制播系统，在技术上是可行的，当前关键设备均有现成产品，且研发速度较快，国产化产品跟进积极；综合质量、效率、成本各方面，16:1的压缩比基本可以满足制播域的需求，且最为高效经济，但是存在的问题还需要进一步论证解决；单流或是四流需要根据系统情况来确定，单一8K系统建议使用单流，需兼顾4K的系统使用四流更为灵活；用于存储、交换、编辑、播出的8K文件须为单一文件。

五、总结及下一步工作

本次测试与展示，为总台8K超高清电视频道的开播及8K超高清公共服务平台的建立进行了技术创新性的探索，对基于XS的8K超高清制播流程的关键设备和环节进行了验证，为总台下一步相关标准的制订提供了实践支撑，同时也为技术局各部门、各相关厂商、行业内科研及兄弟单位提供了针对JPEG-XS相关技术的学习和交流平台，项目达到预期效果。

围绕JPEG-XS编码，下一步仍然需要紧跟技术发展方向，及时掌握相关设备研发情况，积极了解相关行业应用情况；同时进一步探讨压缩比、评价标准及方法等关键问题，探索流管理的相关方法，提升测试效率，同时结合各部门实际需求，更加深入开展相关技术应用测试和研究工作，力争能够尽快出台相关的规范标准，为总台XS发展提供更多指导性信息，未来的工作计划从以下几个方面开展：

1. 工程实践

本次为第一次全链路测试，重点在连通性、技术可实施性上，所设链路较为简单，下一步需要针对具体系统的工程实现做进一步研究工作，模拟各制作、传输、编辑、播出系统，纳入更多生产系统中必需的设备，对4K、8K系统的兼顾性做更多测试，对超高清的生产流程和生产流程中的关键环节做更深入研究。

2. 流管理

本次测试由于没有管理调度系统，所有设备均使用了拉流或静态路由推流的方式，给测试带来了较大不便，下一步对于XS流管理及设备管理做更多研究测试工作，研发轻量化的管理系统，能够实现对所有设备集中发现、管理，实现对所有SMPTE 2110-20/-22/-30/-40等IP流统一管理与调度。

3. 测试标准建立

下一步应当对XS编码标准符合性、解码适应性、文件封装标准符合性、IP流标准符合性、主客观图像评价等开发测试工具、确定测试方法、积累测试数据，从更深层次、更广范围对设备、系统进行衡量。

4. 网络安全

由于设备限制，本次未能测试XS对2022-7等安全策略的支持情况，需要在后续工作中补充相关内容。

5. 音频

本次音频部分测试较为简单，只是实现了2110-30组播流的拉流，下一步需要根据实际工作情景，设计测试内容，测试设备对音频的支持情况。

6. 技术标准

形成基于JPEG-XS编码的8K信号、文件及检测规范等相关技术标准。

本文受超高清视音频制播呈现国家重点实验室资助。

来源：选自2021年第12期《现代电视技术》