4K超高清電視技術(shù)分析

李蕾

摘 要：高清分辨率彩電的快速發(fā)展，將對網(wǎng)絡(luò)電視、數(shù)字電視產(chǎn)生了巨大的推進(jìn)作用。4K超高清電視技術(shù)的應(yīng)用將成為電視行業(yè)發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑。4K超高清技術(shù)的推廣帶動(dòng)起相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，內(nèi)容涵蓋信源壓縮編碼、傳輸信道編碼，在接收機(jī)端，涉及到超高清數(shù)字電視的接收和解碼、顯示。

關(guān)鍵詞：4K；超高清；數(shù)字電視；分辨率

超高清電視（UHDTV）是HDTV的下一代技術(shù)，包括4K分辨率（3840×2160像素）和8K分辨率（7680×4320像素），我們目前所指的超高清電視即4K分辨率電視。4K超高清技術(shù)能夠最好地還原畫面的真實(shí)，觀眾在使用超高清技術(shù)觀看電視時(shí)，展現(xiàn)出4倍于全高清的畫面信息量畫質(zhì)更加清晰細(xì)膩，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更加充分，消費(fèi)者可以得到更逼真的觀感，會(huì)產(chǎn)生與肉眼直接觀看類似的效果。4K超高清技術(shù)打破了超大屏幕與超高清一直以來無法兼得的限制。超高清大尺寸，能夠真正地滿足消費(fèi)者對電視畫質(zhì)日趨日上的需求。4K超高清技術(shù)的推廣帶動(dòng)起相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，內(nèi)容涵蓋信源壓縮編碼、傳輸信道編碼，在接收機(jī)端，涉及到超高清數(shù)字電視的接收和解碼、顯示。

我國國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國電子商會(huì)制定關(guān)于4K超高清電視首個(gè)行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，《4K超高清電視選購標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：配備專業(yè)級UHD超高清顯示屏；具備四核及以上處理器且內(nèi)置4K解碼芯片，搭載Android4.2及以上版本操作系統(tǒng)；應(yīng)用成熟的2K轉(zhuǎn)4K畫質(zhì)提升技術(shù)；具備USB3.0HDMI1.4及以上版本的高速傳輸端口；搭載豐富智能云應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)家庭多終端互聯(lián)互通。

1 4K超高清數(shù)字電視編碼方式

超高清數(shù)字電視圖像的數(shù)據(jù)量巨大，不能使用目前的MPEG-2或MPEG-4（AVC）標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)信源壓縮編碼。

（1）H.265編碼方式。目前有線電視和數(shù)字電視廣播主要采用的仍舊是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。跟MPEG-2相比，同樣的內(nèi)容，H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。H.265（ISO/IEC 23008-2 HEVC）編碼壓縮方式是繼H.264/MPEG-4 AVC后的新一代壓縮方式。該編碼方式由JCT-VC視頻編碼的聯(lián)合協(xié)作小組根據(jù)ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG擬議，通過了國際電信聯(lián)盟（ITU-T）批準(zhǔn)。它覆蓋了從QVGA（320×240）到1080p和超高清UHDTV（7680×4320），還根據(jù)噪聲電平、色域和動(dòng)態(tài)范圍，改進(jìn)了圖像質(zhì)量。H.265的壓縮效率是H.264的兩倍。與H.264高檔次（High Profile）對比，在保持計(jì)算復(fù)雜度基本一致，主觀圖像質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，將碼率下降50%。在稍微增加復(fù)雜度的前提下，還可以將碼率下降到25%。首批H.265硬件實(shí)現(xiàn)可能會(huì)普遍缺乏UHDTV所需要的main10profile支持，目前上市的第一波4K超高清電視還不具備H.265硬件解碼器。

（2）KDDI及J：COM編碼方式。日本KDDI及J：COM采用了一種新的圖像壓縮技術(shù)，可以在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)傳送高清、4K、8K的圖像，并進(jìn)行50%的壓縮。這樣，即可保證了現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)使用，減少投入，不影響原有有線電視業(yè)務(wù)。KDDI提供的數(shù)據(jù)顯示，同樣的圖像采用H.264壓縮在160Mbps時(shí)，HEVC達(dá)到80Mbps，而KDDI的技術(shù)可以達(dá)到70Mbps。同時(shí)傳送使用的是差分技術(shù)。在同時(shí)傳送高清、4K、8K節(jié)目時(shí)，把各種大小圖像分辨率的差分信息進(jìn)行壓縮，再整理組合，用以在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行頻分傳送。復(fù)合后的圖像與源圖像不會(huì)有差異。

2 4K超高清數(shù)字電視視頻接口

視頻接口有兩種接入方式：一種是HDMI，普通電視使用一根HDMI1.4的cable即可，幀數(shù)是24fps/30fps下一代的HDMI標(biāo)準(zhǔn)，使用4個(gè)電纜，同時(shí)推送4路Full HD的方法，支持4K的60幀/秒處理能力。另一種是視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)VESA發(fā)布DisplayPort雙模式1.1標(biāo)準(zhǔn)，支持4K的60幀/秒處理能力。

3 4K超高清數(shù)字電視的傳輸技術(shù)

關(guān)于如何廣播傳輸超高清電視，目前集中于現(xiàn)今還未使用的2GHz衛(wèi)星頻段，但地面數(shù)字電視廣播最終也有可能傳輸U(kuò)HDTV，因此新一代的衛(wèi)星和地面、有線方式的信道傳輸標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前使用的第二代DVB標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)輸入可以是1路或多路 MPEG-2傳輸流（TS），和/或是1路或多路通用封包流（GES）。輸入預(yù)處理器（它不屬于系統(tǒng)模型），可以是業(yè)務(wù)分割器或解復(fù)用器，用來將業(yè)務(wù)分割成1個(gè)或多個(gè)邏輯數(shù)據(jù)流，通過物理層管道進(jìn)入系統(tǒng)輸入。這樣使第二代DVB標(biāo)準(zhǔn)能夠靈活地支持多種業(yè)務(wù)。第二代DVB標(biāo)準(zhǔn)中糾錯(cuò)編碼采用BCH+LDPC，取代了原來的RS（204，188）。BCH與RS編碼一樣屬于線性循環(huán)編碼，具有糾錯(cuò)能力。LDPC是低密度奇偶校驗(yàn)編碼，采用BCH+LDPC的級聯(lián)糾錯(cuò)編碼，在接收信號(hào)載噪比高于門限時(shí)，幾乎可以達(dá)到“準(zhǔn)無誤碼”的理想接收。第二代DVB標(biāo)準(zhǔn)普遍采用高階調(diào)制，DVB-C2最高達(dá)到4096QAM，DVB-T2達(dá)到256QAM，使一個(gè)調(diào)制符號(hào)攜帶更多的數(shù)據(jù)比特。DVB-C采用單載波QAM調(diào)制，而DVB-C2采用OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制。采用上述最新技術(shù)后，除了傳輸性能的提高，在頻譜效率方面DVB-T2 的數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到40Mbit/s以上，DVB-C2 的數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到56Mbit/s可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)8MHz帶寬的傳輸通道內(nèi)傳輸4K模式超高清壓縮編碼的信號(hào)；采用頻道綁定技術(shù)，在32MHz帶寬的通道內(nèi)可以傳輸8k模式的超高清電視信號(hào)。

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