超高清數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)研究及分析

新疆巴音郭楞電視臺 亞森?阿不力孜

超高清數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)研究及分析

新疆巴音郭楞電視臺 亞森?阿不力孜

超高清數(shù)字電視可以為使用者提供更加優(yōu)質(zhì)的感官沖擊，是未來發(fā)展的主要趨勢。超高清數(shù)字電視的發(fā)展與興起彰顯了電視行業(yè)內(nèi)在的創(chuàng)新能力，超高清電視的本質(zhì)核心就是畫質(zhì)的整體質(zhì)量，在未來的發(fā)展過程中超高清數(shù)字電視會憑借著畫質(zhì)的優(yōu)勢，迅速的占領(lǐng)市場份額。對此本文主要探究了超高清數(shù)字電視的關(guān)機技術(shù)，對其進行了簡單的研究與分析。

超高清；數(shù)字電視；關(guān)鍵技術(shù)；研究及分析

超高清數(shù)字電視可以看作一個系統(tǒng)工程，通過各種關(guān)鍵技術(shù)的支撐，優(yōu)化電視的整體功能。在超高清電視技術(shù)的研究與設(shè)計中，各種關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用直接關(guān)系到電視的研究成功。但是在現(xiàn)階段的市場發(fā)展過程中，要想真正的應(yīng)用這些關(guān)鍵技術(shù)還是存在一定的困難的，對此本文主要對超高清數(shù)字電視的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進行了研究與分析。

1.超高清視頻處理

根據(jù)4：4：4樣本參照，基于4K模式下的超高清數(shù)字電視信號的初始數(shù)據(jù)比率大約在一秒6Gb左右；基于8K模式下的初始數(shù)據(jù)每秒鐘24Gb；而4:2:2樣本參照之下，4K的數(shù)據(jù)率為每秒鐘4Gb；8K為每秒鐘16Gb。如在這種數(shù)據(jù)量之下開展傳輸工作，現(xiàn)有的壓縮編碼是無法開展的，一定要通過全新的方式開展。對此，在2010年，一些活動圖像專家與相關(guān)視頻編碼專家構(gòu)成了一個聯(lián)合小組，主要目標就是研發(fā)一個符合超高清數(shù)字電視的壓縮編碼需求，被其成為“高效視頻編碼”的三代標準。此標準的具體要求就是在于H.264高檔次相比之下，保障其復(fù)雜程度的一致性，在保障主觀圖像質(zhì)量相同的基礎(chǔ)支行，下降百分之五十的碼率。此專家組表示，如果在適當?shù)奶岣邚?fù)雜度的基礎(chǔ)之上，可以保障碼率下降百分之二十五，這也就意味著，在4K模式下的30幀每秒的超高清視頻，通過H.264標準的應(yīng)用就可以將其壓縮至到每秒40Mb之內(nèi)，要是通過HEVC標準則可以將其控制在每秒20Mb之內(nèi)。

2.超高清電視音頻處理

在超高清電視中的音頻處理有22聲道，其中在頂層設(shè)置了9個；在中間設(shè)置了10個；在電視屏幕下方設(shè)置了3個；還有上中下三個立體環(huán)繞聲場，這22個聲道的布置，構(gòu)建了一個系統(tǒng)的空間立體聲。在此基礎(chǔ)之上，在3層聲場之下，在添加兩個低音聲道，就完成了22.2系統(tǒng)的構(gòu)建。這與現(xiàn)階段使用的7.1聲道相比，有著三維立體化的優(yōu)勢，可以給人們更為真實的感官體驗。

在22.2聲道中期音頻數(shù)據(jù)率相對較高。以每聲道每秒鐘48kb、24bit作為參考采樣，其音頻數(shù)據(jù)率在每秒28Mb，即便是通過音頻壓縮處理之后，也超過了每秒2.8Mb。在使用過程中，基于專家的角度來說，22.2聲道播出系統(tǒng)的整體聲場布置并不是普遍適用的。對此專家組在制定環(huán)繞聲標準的過程中，綜合了后向兼容因素，就是可以對現(xiàn)有的立體聲以及單聲道系統(tǒng)進行兼容或者更新。在編碼過程中，通過對聲源強度與聲道的空間性關(guān)系采取了下混處理，有效的減少了因為聲道音頻自身的數(shù)據(jù)率傳輸，利用提高少量的音源空間相關(guān)信息與數(shù)據(jù)據(jù)可依有效的提高現(xiàn)有的音頻播放整體效果。

3.超高清電視傳輸技術(shù)

第一，衛(wèi)星傳輸。在操作過程中，衛(wèi)星傳輸設(shè)備有著高效率、覆蓋廣的自身優(yōu)勢，大多數(shù)運營商都會通過此種方式進行各種超高清信號的傳輸，其中一些衛(wèi)星運營商已經(jīng)完成了測試。例如。日本的SKY Perfect JSAT在2012年以及2013年就直播、傳播了4K格式的比賽。我國的航天數(shù)字傳媒也發(fā)布了關(guān)于衛(wèi)星傳輸基礎(chǔ)開展的4K相關(guān)方案，此方案可以穩(wěn)定的以每秒64Mb的傳輸速率推送相關(guān)4K視頻內(nèi)容。其他一些國家也其進行了測試。

第二，地面?zhèn)鬏敗３咔宓孛鎮(zhèn)鬏敎y試使用的標準有著較為明顯的區(qū)域性差異，其中在日本、歐洲以及美國三個地方就有三種標準。

其中，日本的地面電視廣播網(wǎng)絡(luò)使用的主要是ISDB-T標準。在2014日本公司就完成了8K的超高清電視的相關(guān)傳輸實驗與基于ISDB-T標準之下的4K超高清相關(guān)內(nèi)容的測試。在歐洲主要使用的地面電視傳輸標準是DVB-T，在2014年捷克、法國以及英國基于此標準實施了4K超高清的傳輸測試。在2014年的美國Technicolor公司通過ATSC3.0規(guī)范進行了4K超高清電視的無線傳輸功能測試。

第三，光纖傳輸。在光纖傳輸中的最大特征技術(shù)傳輸?shù)拇笕萘浚@一特征對于基于高數(shù)據(jù)率的超高清電視信號發(fā)展有著一定的優(yōu)勢。其中日本公司，通過光纖開展了不同形式的超高清電視傳輸實驗，并且開放了短距離的傳輸設(shè)備。

第四，新興傳輸途徑。在基于傳統(tǒng)的廣播電視以及相關(guān)傳輸通道之上，個別企業(yè)也逐漸的拓展了其他有效的超高清傳輸途徑。首先，基于互聯(lián)網(wǎng)開展的超高清傳輸測試的興起，在2013年，日本的一家公司通過IPTV IPv6網(wǎng)絡(luò)將4K超高清電視節(jié)目在新加坡、東京以及菲律賓之間進行了傳輸，保障其接收點視頻碼率高達每秒120Mb。我國也在2013年4月通過I P T V寬帶網(wǎng)絡(luò)進行了4K節(jié)目的播出，構(gòu)建了百兆傳輸速率到60in一個測試環(huán)境。同時在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上開展的4K串流技術(shù)也在不同國家進行了小范圍的實驗與應(yīng)用。例如，美國的YouTube與Elemental Technologies集團就先后通過VP9以及HEVC編碼技術(shù)的開展了4K串流技術(shù)的實驗，有效的優(yōu)化了基于互聯(lián)網(wǎng)的超高清電視傳輸效率。其次，在2014年波蘭的公共廣播機構(gòu)TVP也在歐洲范圍之內(nèi)進行了基于HbbTV傳輸?shù)?K信號，開辟了混合廣播作為超高清傳輸?shù)牧硪煌緩健?/p>

4.超高清電視顯示

超高清電視要想真正的實現(xiàn)超高清功能，就要具備一定的高清信號接收、處理以及面板等相關(guān)基本要素。

第一，當分辨力為3840*2160的時候，就可以成為4K超高清面板。現(xiàn)階段國內(nèi)外一些主流面板集團都已經(jīng)具備了這種能力，面板主要分為VA軟屏以及IPS硬屏兩種類型。因為超高清電視的顯示屏幕主要在大屏幕展示出來，所以對固有分辨力的要求相對較高，面板尺寸主要在55與65in.

第二，在顯示屏中還有一個較為重要的技術(shù)——驅(qū)動接口。驅(qū)動接口自身的傳輸速率與刷新率直接關(guān)系到顯示效果。現(xiàn)階段，較常使用的驅(qū)動接口主要包含LVDS接口與V-by-One兩個接口。其中LVDS是基于低壓差分信號技術(shù)的接口形式，其支持的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可為每對每秒1.05Gb；V-by-One則支持刷新頻率為240Hz；色彩12bit，每對每秒的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為3.75Gb。在應(yīng)用過程中，如果通過LVDS對30bit的色彩、數(shù)據(jù)為240Hz進行處理，則要耗費48對的LVDS信號線。因此在實踐過程中，為了節(jié)省資源則主要使用V-by-One作為驅(qū)動接口。

第三，芯片。這是超高清畫質(zhì)中的關(guān)鍵技術(shù)。主要進行圖像解碼、圖像編碼以及圖像顯示等相關(guān)功能。現(xiàn)階段，超高清電視主要使用的是雙芯片的運行方式，其中一個芯片負責圖像處理，另一個負責進行運動補償相關(guān)操作。圖像處理芯片在開展圖像解碼功能的基礎(chǔ)上，還可以有效的實現(xiàn)各種圖像格式的變換，也就是upscaler，可以對圖像為1920×1080格式進行系統(tǒng)的運算與估計，進而將其轉(zhuǎn)換為3840×2160開展顯示。上變換技術(shù)在操作過程中主要包含了主芯片內(nèi)置以及外掛處理芯片兩種有效方式。現(xiàn)階段的4K芯片方案日漸成熟，也就是說超高清電視的以及離我們不遠了。現(xiàn)階段的主流芯片企業(yè)有MTK，MSTAR，REALTEK等，我國相關(guān)企業(yè)也提高對4K芯片的開發(fā)與研究。

5.4K超高清頻道發(fā)展概況

現(xiàn)階段的超高清傳輸測試已經(jīng)取得了顯著效果，超高清逐漸應(yīng)用了起來，一部分國家已經(jīng)開設(shè)了4K超高清試驗頻道。其中在2014年，韓國上線了全球首個超高清模式的有線電視頻道U-max，可以進行各種紀錄片、動畫以及各種現(xiàn)場音樂會與體育賽事等近百個超高清節(jié)目。

日本的SKY Perfect JSAT公司也在2015年開設(shè)了4K電視節(jié)目頻道，進行職業(yè)足球聯(lián)賽等相關(guān)體育賽事的直播、進行各種電影等內(nèi)容的現(xiàn)場直播等。

美國的運營商DirecT V在2014年發(fā)射了4K衛(wèi)星DirecT V-14，進行4K格式的電影以及相關(guān)紀錄片的播放。

在我國2014年，也進行了有線4K超高清頻道的試播，主要進行了各種超高清電影與紀錄片以及相關(guān)風光片的播放。

6.結(jié)束語

現(xiàn)階段，國內(nèi)外對于高清試驗頻道較為重視，可以說超高清電視已經(jīng)國內(nèi)外取得了較為顯著的成效。各種超高清試驗頻道已經(jīng)日趨成熟，但是要想大面積的進行超高清的應(yīng)用，仍需努力。相信在不久的將來，各種超高清技術(shù)以及相關(guān)標準的完善與優(yōu)化，會為超高清數(shù)字電視的發(fā)展起到一定的促進作用。

[1]孫樂民,薛永林.超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電視技術(shù),2012,06:17-20.

[2]李東山.超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢探討[J].數(shù)字通信世界,2016,02:48-52.

[3]秦雷,朱秀昌,劉峰,張暉,胡棟. 超高清數(shù)字電視新進展和展望[J]. 電視技術(shù),2014,04:56-59.