全面應(yīng)對4K傳輸挑戰(zhàn)

熊艷云

4K討論了這么些年，進(jìn)入從后端處理到中端傳輸再到前端顯示以及內(nèi)容提供的全面發(fā)展階段。近日，對4K技術(shù)堅(jiān)挺到底的4K大佬索尼，代表行業(yè)發(fā)言，宣布4K正以難以置信的速度前進(jìn)。事實(shí)確也如此，如今對于4K來說，各項(xiàng)技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)基本成熟，而且價(jià)格也越來越親民，不管是在消費(fèi)領(lǐng)域還是專業(yè)領(lǐng)域，4K整體向前發(fā)展的車輪已經(jīng)無法阻擋并呈現(xiàn)加速度狀態(tài)。那么，在4K發(fā)展中扮演運(yùn)輸通路角色的4K傳輸技術(shù)是否已經(jīng)很好地應(yīng)對了4K全面發(fā)展與之帶來的各種挑戰(zhàn)與要求，是否很好地跟上了4K發(fā)展的整體步伐？

4K傳輸表現(xiàn)

4K技術(shù)將人們熟知的HD高清信號從1，920×1，080的分辨率，提升到4，096×2，160的分辨率，其像素點(diǎn)是HD高清信號的4倍多。4K顯示召示著視訊分辨率以相比于1080p四倍的速度躍進(jìn)一個(gè)新世代。同時(shí)也意味著對傳輸提出了更大挑戰(zhàn)。對此，Lightware表示4K由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量在全高清的基礎(chǔ)上翻了一翻，這對處理芯片以及傳輸媒介都提出了更高的要求。處理芯片需要更快速的響應(yīng)速度、處理能力以及處理功能，而傳輸媒介則要承載相較于全高清視頻4倍的像素信息傳輸，還要考慮處理和傳輸中存在的延遲以及傳輸距離的問題。

如果從實(shí)時(shí)非壓縮傳輸角度而言，4K傳輸速率需要達(dá)到12Gbit/s，同時(shí)保證畫面垂直更新率。這讓許多高清視頻傳輸設(shè)備生產(chǎn)廠商又一次走到了分叉路口，如何應(yīng)對12Gbit/s的傳輸速率足以成為讓整個(gè)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)頭痛的問題。

現(xiàn)有應(yīng)對策略

那么，如何實(shí)時(shí)傳遞12Gbps而不降低畫面垂直更新率？從硬件角度出發(fā)，目前采用的方法有兩種：一是在現(xiàn)有的傳輸技術(shù)上增加平行傳輸數(shù)；二是改變傳輸介質(zhì)。

對支持4K傳輸?shù)腍DMI2.0而言，HDMI2.0通過將3條傳輸巷的每條傳輸巷的傳輸率提升至6Gbps，如此3條加總可得18Gbps，可以應(yīng)對4K傳輸，且維持60fps畫面更新率。英特爾帶來的Thunderbolt 2在Thunderbolt（TBT）的基礎(chǔ)上，打破了原有傳輸限制，使TBT的2個(gè)傳輸通道不再限定其中1個(gè)單獨(dú)配置給DisplayPort，從而提升一倍傳輸率，從10Gbps增至20Gbps，能夠?qū)崟r(shí)非壓縮傳輸4K UHD。HDMI2.0與Thunderbolt 2都可以通過對巷道、通道進(jìn)行擴(kuò)增，來增加傳輸量，很好地應(yīng)對4K傳輸。同時(shí)，被譽(yù)為“下一代影音線纜標(biāo)準(zhǔn)”的HDBaseT標(biāo)準(zhǔn)目前最高支持20Gb/s的傳輸速率，可以完全滿足所有未經(jīng)壓縮的1080p或更清晰的4K×2K視頻傳輸。

還有一種方法同樣能實(shí)現(xiàn)4K傳輸，那就是在保證12Gbps的傳輸速率上降低畫面垂直更新率。如HDMI1.4，MHL3.0等。HDMI1.4通過將畫面垂直更新率自60fps降至24fps來達(dá)到4K UHD傳輸。同樣MHL3.0通過將畫面垂直更新率自60fps降至30fps也可以實(shí)時(shí)非壓縮傳輸4K UHD。姑且不論各種傳輸方式的好壞優(yōu)劣，以上技術(shù)都可以應(yīng)對4K UHD傳輸。

對于傳輸介質(zhì)而言。銅線的物理極限約10Gbps，對于HDMI2.0的6Gbps來說仍然有提升空間，而對于傳輸速率已經(jīng)達(dá)到全額10Gbps的Thunderbolt來說，若想再增加傳輸速率，已無法再用銅線，需改用其他傳輸介質(zhì)，如光纖。而光纖傳輸對于4K甚至未來8K的信號傳輸來說都是最理想的傳輸媒介。Lightware公司相關(guān)人士表示，4K的高數(shù)據(jù)量和高發(fā)送頻率通過傳統(tǒng)電信號傳輸，除了視頻的傳輸距離受限，數(shù)據(jù)本身也會更容易受到外部的電磁干擾從而改變視頻像素的特性甚至造成圖像畸變。而光纖傳輸?shù)南忍靸?yōu)勢就是對電磁信號不敏感，距離相較于雙絞線能傳輸?shù)酶h(yuǎn)并且能承載的數(shù)據(jù)量也更大。

除了硬件應(yīng)對策略之外，對于4K傳輸來說，軟件演算也在努力應(yīng)對。MPEG-4、H.264已經(jīng)力有未待，不敷使用，而壓縮率增強(qiáng)版的H.265成為目前4K壓縮的應(yīng)對之道。H.265的壓縮比相對于H.264提高了一倍。4K信號經(jīng)H.265壓縮后的帶寬為1080p進(jìn)行H.264壓縮后的帶寬的2倍。天翼訊通表示，H.265使得4K網(wǎng)絡(luò)傳輸成為可能。如果不是對壓縮比要求極高的場合，采用一些更早期的壓縮算法如JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)，由于其算法簡單容易實(shí)現(xiàn)，在光纖傳輸場合可以得到很好的應(yīng)用。例如4Kp60帶寬為18G，采用JPEG進(jìn)行6：1的壓縮為2.97G就可以通過現(xiàn)有的SDI設(shè)備進(jìn)行傳輸，具有很大的成本優(yōu)勢。

無線4K傳輸

4K有線傳輸已經(jīng)具備一定的高度，在無線傳輸方面廠商們同樣積極備戰(zhàn)?？焖悸敱硎?，建立在流媒體基礎(chǔ)上的無線傳輸技術(shù)，一步步從Mbone、RealNetworks走到Adobe、Youtube。有線傳輸受到布線距離、費(fèi)用、設(shè)備接口等問題的制約，越來越難以滿足當(dāng)今人們移動化的需求。手機(jī)、平板、超極本，這些電子設(shè)備越來越輕薄，容易攜帶，人們在這些設(shè)備上觀看超高清視頻的需求使得媒體無線傳輸必然成為技術(shù)的熱點(diǎn)。Crestron的流媒體技術(shù)已經(jīng)為4K做好了準(zhǔn)備，在4K時(shí)代，我們也能享受無線傳輸?shù)谋憷?/p>

在NWC2013通訊展上，韓國LG公司展示了一項(xiàng)利用手機(jī)無線傳輸技術(shù)將4K內(nèi)容投射到超高清4K電視上的技術(shù)“Wireless Ultra HD Transmission ”，這也是世界上第一個(gè)基于無線傳輸4K的技術(shù)展示。該技術(shù)可以傳輸手機(jī)中的各種多媒體文件，并且數(shù)據(jù)順滑，不會產(chǎn)生明顯的延遲。此外手機(jī)的內(nèi)容還會自動調(diào)整，以適應(yīng)電視機(jī)不同的分辨率。據(jù)悉，LG將在未來的手機(jī)上配備這項(xiàng)技術(shù)。鑒于無線傳輸?shù)木嚯x和速率等限制，4K無線傳輸要被廣泛應(yīng)用可能還有較長的路要走，但可幸的是4K無線傳輸技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)上道了。

未來發(fā)展

對傳輸設(shè)備而言，4K意味著高帶寬，所以，對傳輸設(shè)備的硬件指標(biāo)基本要求就是要支持高帶寬，高帶寬也已成為未來傳輸控制產(chǎn)品的發(fā)展趨勢?；诖?，Lightware推出的面向未來的25G矩陣切換器，其每一個(gè)端口都支持25G的傳輸速率。其超高的傳輸速率以及豐富的功能保證用戶的投資在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)都不必?fù)?dān)心為了支持新格式而更新?lián)Q代的問題，支持4K傳輸沒問題，支持未來的8K傳輸亦沒有問題。來自安瑪思的全系列AMX Enova DGX8/16/32/64，EPICA DGX288機(jī)箱都支持4K，通過光纖傳輸兼容HDCP的UHD超高清視頻信號。此外，要求高帶寬的4K傳輸未來將推動光纖傳輸?shù)钠占?，促使光纖傳輸產(chǎn)品全面開花。天翼訊通、寬博等都已推出應(yīng)對4K傳輸?shù)墓饫w設(shè)備與解決方案。

HDBaseT技術(shù)亦是未來4K傳輸發(fā)展的亮點(diǎn)。HDBaseT被譽(yù)為“下一代影音線纜標(biāo)準(zhǔn)”，雖然HDBaseT的設(shè)備目前還沒有得到普及，但是由索尼、LG、三星以及以色列的半導(dǎo)體公司Valens Semiconductor強(qiáng)大陣容組成的HDBaseT聯(lián)盟已經(jīng)在開發(fā)最新的HDBaseT 2.0。

據(jù)了解，HDBaseT 2.0標(biāo)準(zhǔn)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高清信號傳輸，還加入了對5.1聲道的支持，幾乎可以兼容所有的視頻和音頻信號源；同時(shí)，考慮到移動設(shè)備，HDBaseT還加入了對USB 2.0的支持?？焖悸敱硎荆琀DBaseT技術(shù)是高清時(shí)代IT技術(shù)與傳統(tǒng)AV技術(shù)的融合，傳統(tǒng)AV技術(shù)中，不同的設(shè)備需要不同的線纜，使得從傳統(tǒng)設(shè)備過來的各種AV設(shè)備不得不配備多種接口，以適應(yīng)不同第三方設(shè)備的需要。而HDBaseT技術(shù)則統(tǒng)一了接口技術(shù)、傳輸技術(shù)，將不同設(shè)備都統(tǒng)一成了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。4K技術(shù)掀起新一輪的高清技術(shù)浪潮，日漸被公眾熟悉的HDBaseT技術(shù)當(dāng)仁不讓的作為4K技術(shù)和傳統(tǒng)AV技術(shù)的橋梁，將所有的標(biāo)準(zhǔn)都統(tǒng)一在HDBaseT的平臺下。這意味著，傳統(tǒng)影音設(shè)備的布線方式將徹底被顛覆。

與此同時(shí)，為了解決傳輸瓶頸，加速4K普及，國內(nèi)航天數(shù)字傳媒公司已率先推出了4K超高清數(shù)字衛(wèi)星傳輸解決方案，解決了4K超高清片源在傳輸方面的瓶頸。航天數(shù)字傳媒稱，未來將與4K產(chǎn)業(yè)鏈的上下游合作，把4K視頻內(nèi)容通過衛(wèi)星傳輸推送給用戶。由此觀之，從硬件支持到軟件演算，從有線傳輸?shù)綗o線傳輸，行業(yè)都具備了全面應(yīng)對4K傳輸挑戰(zhàn)的相關(guān)產(chǎn)品與解決方案，有了4K傳輸?shù)母M(jìn)與支持，4K的普及將指日可待。