4K電視發(fā)展漫談

□ 涂琛婷

近年來，國際上4K超高清電視技術(shù)逐步趨于成熟，一些發(fā)達(dá)國家的電視運(yùn)營機(jī)構(gòu)已開展4K超高清電視業(yè)務(wù)，產(chǎn)業(yè)鏈初具規(guī)模。我國“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃也將發(fā)展4K超高清電視納入其中，提出了我國超高清電視發(fā)展的計(jì)劃和目標(biāo)：到2018年，建立4K超高清電視OTT平臺，構(gòu)建高清、4K超高清電視混合播出系統(tǒng)；到2020年，實(shí)現(xiàn)4K超高清電視試驗(yàn)頻道播出。在政策驅(qū)動下，我國4K電視發(fā)展也正式提上了日程，也許在不久的將來，4K電視就能進(jìn)入千家萬戶。

一、4K技術(shù)的提升

4K超高清技術(shù)影像的基礎(chǔ)參數(shù)在五個(gè)主要方面進(jìn)行了提升：分辨率從2K到4K，幀率從50i到50p，色域從Rec.709到 Rec.2020，量化深度從8bit到 10bit，動態(tài)范圍從10檔光圈到14檔光圈。

4K技術(shù)近幾年開始應(yīng)用于家庭電視，最直接的驅(qū)動因素是家庭電視的尺寸相比過去在不斷增大。索尼中國的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，隨著電視制造技術(shù)的進(jìn)步，電視屏幕已經(jīng)自過去的14英寸發(fā)展到如今的50英寸、60英寸甚至90英寸。當(dāng)電視屏幕超過50英寸時(shí)，傳統(tǒng)標(biāo)清分辨率的節(jié)目內(nèi)容已經(jīng)無法滿足用戶需求，甚至高清分辨率的視頻都不再那么“高清”。隨著客廳電視的尺寸越來越大，分辨率的提升勢在必行。根據(jù)使用范圍的不同，4K分辨率也有各種各樣的衍生分辨率，例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV標(biāo)準(zhǔn)的3840*2160等，都屬于4K分辨率的范疇。在數(shù)字電視領(lǐng)域，4K多數(shù)情況下特指4096*2160分辨率，這樣能保持與高清電視相同的16∶9的寬高比，不會產(chǎn)生縮放和變形。分辨率提升了4倍的4K超高清能呈現(xiàn)出更多的圖像細(xì)節(jié)，對大屏電視的呈現(xiàn)更友好。圖1展示了4K超高清與傳統(tǒng)格式分辨率的大致關(guān)系。

圖1 4K超高清與傳統(tǒng)格式分辨率的關(guān)系

我國高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)采用的掃描格式為50i，即每秒50場，隔行掃描。在隔行掃描模式下，2場為1幀，50場實(shí)際上只有25幀畫面。從每秒呈現(xiàn)的畫幅數(shù)量上來看，50P是50i的2倍，增加了拍攝（和放映）影像的速率，使每秒采集到（放映出）更多的信息。更重要的是，幀率提升使動態(tài)影像的解析力更高，幀速率的提升可以很大程度上改善低幀率模式下常出現(xiàn)的運(yùn)動鏡頭跳停以及模糊現(xiàn)象，能夠消除高亮度和寬視角情況下DE臨界閃爍現(xiàn)象，帶來更好的圖像質(zhì)量。在體育賽事轉(zhuǎn)播中，高幀率的畫面呈現(xiàn)會更自然流暢。

2012年8月，ITU整合了日本Super Hi-Vision 8K超高清電視廣播系統(tǒng)與世界主流的4K超高清電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，推出了Rec.2020超高清電視廣播系統(tǒng)與節(jié)目源制作國際標(biāo)準(zhǔn)。Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)由于隸屬ITU BT電視廣播系列的推薦標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為BT.2020標(biāo)準(zhǔn)。Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)具有大范圍色彩空間，色域覆蓋了CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)視覺色域的75.8%，100%覆蓋Rec.709色域，色域?qū)Ρ纫妶D2。從圖2可以看出，整個(gè)709色域被包含在2020色域中，2020色域在綠色區(qū)域的層次明顯比709色域更為豐富。

圖2 4K及HD色域?qū)Ρ葓D

數(shù)字信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，量化是對數(shù)據(jù)造成損失最多的步驟，量化比特?cái)?shù)的增加將會使模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)所造成的失真減少，更大程度地還原信息。更大的信息量，更高的碼率，給受眾直觀的感受就是色彩和亮度的層次更豐富了。

高動態(tài)范圍（High-Dynamic Range，簡稱HDR）比起普通模式的圖像，可以提供更多的動態(tài)范圍和圖像細(xì)節(jié)。我們在大光比的環(huán)境下拍攝時(shí)，畫面往往會出現(xiàn)亮部過曝導(dǎo)致亮部細(xì)節(jié)丟失或暗部過暗導(dǎo)致暗部細(xì)節(jié)丟失的情況。想要明暗兩極的細(xì)節(jié)都保留，需要通過加裝濾鏡或者后期處理來實(shí)現(xiàn)，而其中后期處理是效果最不理想的?，F(xiàn)在有了亮度范圍更廣的HDR技術(shù)，可以很大程度上解決這個(gè)問題，在大光比的環(huán)境下可以同時(shí)讓亮部和暗部細(xì)節(jié)都保留，色彩更加細(xì)膩?zhàn)匀弧?/p>

二、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

4K技術(shù)帶來了視覺效果的又一次飛躍，也給業(yè)界帶來了新一輪的挑戰(zhàn)。性能的提升同時(shí)也帶來了數(shù)據(jù)率的提升，4K超高清電視的傳輸數(shù)據(jù)量是普通高清電視的10倍以上，這給現(xiàn)有的電視網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。無論有線、無線還是衛(wèi)星中傳輸，都需要對現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行改造，并配置4K接收終端。這一方面對本已非常緊張的廣播電視傳輸帶寬帶來了巨大的挑戰(zhàn)，另一方面也會增加接收成本，這對于用戶的推廣是不利的。

目前國際上標(biāo)準(zhǔn)化組織針對4K超高清電視制定了70多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，我國的4K超高清電視發(fā)展既要考慮與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，又要基于本國的國情，綜合考慮支持民族工業(yè)與自主知識產(chǎn)權(quán)等方面的問題。此外，為避免陷入國外專利糾紛，還需要加大自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究與推廣力度。

2016年國家新聞出版廣電總局向各省新聞出版廣電局及總局各直屬單位正式發(fā)布了《新聞出版廣播影視“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃明確提出發(fā)展4K超高清電視，要求各相關(guān)單位積極貫徹落實(shí)。在規(guī)劃的潮流中，GY/T 307-2017《超高清晰度電視系統(tǒng)節(jié)目制作和交換參數(shù)值》應(yīng)運(yùn)而生，作為我國超高清廣播電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了超高清晰度電視系統(tǒng)節(jié)目制作和交換中所涉及的基本參數(shù)值，適用于超高清晰度電視節(jié)目制作及節(jié)目交換，也同時(shí)適用于超高清晰度電視系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收、運(yùn)行和維護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)概括給出了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和適用范圍，列出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件，最重要的是給出了超高清晰度電視系統(tǒng)的圖像空間特性、圖像時(shí)間特性、系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換特性及彩色體系、信號格式、數(shù)字參數(shù)。

我國針對4K超高清電視應(yīng)用，近年自主研發(fā)了視頻編碼技術(shù)，并已于2016年頒布了《高效音視頻編碼第1部分：視頻》標(biāo)準(zhǔn)，簡稱AVS2.0，該標(biāo)準(zhǔn)是我國4K超高清電視視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。2017年，國家新聞出版廣電總局發(fā)布了《4K超高清電視節(jié)目制作與交換參數(shù)值》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對我國4K超高清電視節(jié)目技術(shù)格式進(jìn)行了規(guī)范。此外，我國由中央電視臺牽頭，聯(lián)合相關(guān)研究機(jī)構(gòu)還在開展高動態(tài)范圍廣播電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和三維聲（3D Audio）廣播電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范日趨成熟，對4K頻道的推廣提供了標(biāo)準(zhǔn)支撐，也對4K的發(fā)展給出了指導(dǎo)性的意見和方向，為今后4K電視的普及奠定了基礎(chǔ)。

三、業(yè)界發(fā)展現(xiàn)狀

2014年韓國率先開通了4K超高清頻道，之后歐洲、北美、韓國、日本等國家和地區(qū)的廣播電視播出機(jī)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，基于有線、衛(wèi)星以及IPTV平臺陸續(xù)開播4K超高清頻道70多個(gè)。目前已開通的4K超高清頻道節(jié)目類型主要包括體育、電影、電視劇、新聞、文藝、娛樂、紀(jì)錄片等，其中體育類節(jié)目占比最大，約占總數(shù)的23%；電影、文藝、紀(jì)錄片節(jié)目占比次之，均在16%到19%之間；新聞類節(jié)目占比最小，僅有1%?？梢娫趭蕵奉I(lǐng)域，4K還是很有市場的。由于衛(wèi)星傳輸具有大帶寬、高速度、廣覆蓋等多種獨(dú)特優(yōu)勢，目前歐洲、北美、日本和韓國開播4K超高清頻道的運(yùn)營商，多數(shù)傾向于采用衛(wèi)星方式傳輸。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，基于衛(wèi)星傳輸?shù)?K超高清頻道占比達(dá)到了49%；基于有線、IPTV和OTT傳輸?shù)?K超高清頻道占比分別為15%、24%和12%；基于地面無線方式僅停留于傳輸試驗(yàn)，目前尚未開播地面無線4K超高清頻道。盡管4K超高清頻道開播數(shù)量日益增長，但受限于4K超高清節(jié)目片源問題，目前已開通的部分4K超高清頻道尚難以支撐全天24小時(shí)節(jié)目不重復(fù)播出。例如日本Sky perfecTv 4K movie頻道，采用每天輪播3—4次的方式播出；美國Fashion One 4K頻道，每天共有12個(gè)節(jié)目穿插播放，每個(gè)節(jié)目時(shí)長在15分鐘左右。

在我國，目前中央電視臺以及北京、上海、廣東、湖南等地電視臺已經(jīng)開展了4K超高清電視節(jié)目制播試驗(yàn)。北京、四川、深圳、廣東、湖南、重慶等地有線電視網(wǎng)絡(luò)相繼推出了4K體驗(yàn)專區(qū)服務(wù)；中國電信、中國移動和中國聯(lián)通三大運(yùn)營商相繼發(fā)布了4K超高清點(diǎn)播、推送等業(yè)務(wù)；優(yōu)酷、樂視、小米等廠商也推出了4K超高清的OTT接收盒子。

有國際經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)試點(diǎn)的支撐，在政策的引領(lǐng)下，隨著技術(shù)團(tuán)隊(duì)的不斷成熟，相信在不久的將來，我們將能在直播電視上看到更多4K節(jié)目的身影。

1.徐迅.4k電視技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展研究 [J].電子世界,2017(14):95.

2.駱蕭蕭.4K節(jié)目生產(chǎn)進(jìn)行時(shí)——超高清制作關(guān)鍵點(diǎn)分析[J].視聽界(廣播電視技術(shù)),2017(5).

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4.孫巖,王惠明,汪芮,馬悅.超高清晰度電視系統(tǒng)節(jié)目制作和交換參數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].廣播與電視技術(shù),2018(1).