超高清電視播出技術(shù)探究

陳明培

雖然電視出現(xiàn)到現(xiàn)在還不足百年，但是電視技術(shù)卻迅猛發(fā)展，電視的畫質(zhì)更是快速提升，讓觀眾可以享受到更好的視覺體驗(yàn)[1]?，F(xiàn)階段，電視技術(shù)仍舊處于高速發(fā)展時(shí)期，高清技術(shù)還未能得以全面應(yīng)用與普及，超高清技術(shù)便已出現(xiàn)，同時(shí)其發(fā)展態(tài)勢更為猛烈。依照電視行業(yè)的自身發(fā)展規(guī)律，結(jié)合人們的觀賞需求得出結(jié)論，超高清技術(shù)必將會(huì)取代高清技術(shù)，成為電視臺(tái)未來發(fā)展的方向。

超高清電視出現(xiàn)并得到快速發(fā)展，這也展示出了我國電視領(lǐng)域快速發(fā)展的態(tài)勢，出現(xiàn)這一現(xiàn)象根本原因還是由于電視發(fā)展最為核心的要素依舊是畫質(zhì)，觀眾最需要的還是更加清晰的畫面質(zhì)量[2]。超高清電視并非是一項(xiàng)獨(dú)立的技術(shù)，而是涉及到方方面面，它需要應(yīng)用到各種技術(shù)手段，例如，需要應(yīng)用到超高清信號(hào)的處理、傳輸及顯示等相關(guān)技術(shù)，這也使超高清電視播出系統(tǒng)如何規(guī)劃變成了一個(gè)無法回避的重要問題。

1 超高清技術(shù)應(yīng)用于電視播出中的優(yōu)勢

1.1 超清晰的分辨率

4K超清可以達(dá)到的分辨率為3 840×2 160，其中一共包含有超過80多萬個(gè)像素點(diǎn)，而8K超清電視所達(dá)到的分辨率更高，其中包含有超過3 000多萬個(gè)像素點(diǎn)。分辨率高就表示電視可以呈現(xiàn)出更為清晰的畫面，同時(shí)也可以更好地把細(xì)節(jié)部分表現(xiàn)出來。

1.2 觀賞距離

電視的觀看距離和電視屏幕大小以及畫面清晰度存在直接聯(lián)系，和高清電視對(duì)比而言，超高清技術(shù)的應(yīng)用能夠確保各個(gè)像素點(diǎn)之間距離進(jìn)一步減小，可以讓觀眾產(chǎn)生一種滿視野的視覺感受[3]。觀看超高清電視時(shí)，觀眾的中心視覺大約是50°左右，此角度范圍是最優(yōu)化的觀看角度，觀眾觀看電視的最佳距離約為3 m左右。目前4K超高清技術(shù)所能呈現(xiàn)的分辨率可以滿足觀眾對(duì)于120英寸（1英寸=2.54 cm）電視分辨率要求。

1.3 色彩提升

若僅僅是分辨率有所提升，其實(shí)對(duì)于觀眾來說其視覺體驗(yàn)無法得到非常顯著的改善。所以，在發(fā)展超高清技術(shù)的同時(shí)還應(yīng)將重點(diǎn)放在色域以及色彩的提升方面。通過顯著地提升色彩，以確保觀眾能夠獲得更好的視覺體驗(yàn)。

2 超高清技術(shù)應(yīng)用于電視播出中存在的問題

現(xiàn)階段，能夠支持4K超高清的相關(guān)設(shè)備相對(duì)較少，很多設(shè)備都是剛開始生產(chǎn)，還未能商用化，設(shè)備的穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步檢驗(yàn)，此外，由于開發(fā)新的產(chǎn)品資金投入較多，所以新產(chǎn)品的價(jià)格也會(huì)相對(duì)更高，這對(duì)于才完成高清改造的大部分電視臺(tái)而言，想要在電視播出之中應(yīng)用超高清技術(shù)，無論在技術(shù)方面還是在資金方面等都會(huì)面對(duì)非常大的壓力。

2.1 傳輸方面

目前，很多電視臺(tái)均是采用電纜傳輸?shù)姆绞健Ｒ园偻ㄉa(chǎn)的型號(hào)為1 694的電纜來看，標(biāo)清SDI信號(hào)的傳輸比特率僅僅為270 MB/s，信號(hào)的傳輸距離為超過300 m，而高清的信號(hào)傳輸比特率是1.485 Gb/s，信號(hào)的傳輸距離還不足80 m。若是想要傳輸超高清信號(hào)，所要達(dá)到的比特率要超過6 Gb/s。由此可知，超高清信號(hào)對(duì)于電纜具有非常高的要求。所以現(xiàn)階段絕大多數(shù)地方電視臺(tái)都不能達(dá)到傳輸超高清信號(hào)的相關(guān)要求，僅僅針對(duì)目前一些播出設(shè)備進(jìn)行升級(jí)是無法實(shí)現(xiàn)播出超高清節(jié)目的目標(biāo)的。

在現(xiàn)有的技術(shù)條件之下，要想有效的處理超高清信號(hào)輸送問題，可以采用下列方法。 把超高清信號(hào)拆分為多路高清SDI信號(hào)，在系統(tǒng)之內(nèi)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，在輸出端位置把這些拆分后的信號(hào)加以合并處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槌咔逍盘?hào)。這種解決方法會(huì)導(dǎo)致大量的資源被占用，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步的擴(kuò)容處理，這也需要非常多的資金投入才能實(shí)現(xiàn)；采用SDI Over IP方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，現(xiàn)階段交換機(jī)設(shè)備信號(hào)傳輸?shù)乃俾矢哌_(dá)10 Gb/s，能夠達(dá)到超高清信號(hào)傳輸穩(wěn)定需求。

在未來技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，IP流傳輸技術(shù)所擁有的穩(wěn)定性將逐漸增大，其也是今后超高清信號(hào)傳輸?shù)陌l(fā)展方向，不過，對(duì)于大多數(shù)電視臺(tái)而言，依舊要構(gòu)建整套的系統(tǒng)，這也要投入較多的資金。

2.2 數(shù)字化播出方面

現(xiàn)階段，電視臺(tái)播出方式還是以視頻服務(wù)器文件化播出為主。通常，標(biāo)清文件碼率是12 MB/s，對(duì)于單頻道來說，其一天的節(jié)目容量變?yōu)?26.5 Gb，高清文件碼率是50 MB/s，對(duì)于單頻道來說，其一天的節(jié)目容量變?yōu)?27.3 Gb，而超高清文件的碼率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高標(biāo)清的，其文件所占用的存儲(chǔ)容量將會(huì)大大增加，此外，為了保證高碼率的節(jié)目文件能及時(shí)遷移到各級(jí)存儲(chǔ)，超高清播出對(duì)存儲(chǔ)的讀寫帶寬也提出了更高的要求。

2.3 網(wǎng)絡(luò)播出方面

現(xiàn)階段，大部分電視臺(tái)節(jié)目都采取了網(wǎng)絡(luò)送播的方式，節(jié)目均會(huì)在主干平臺(tái)之中傳輸。通常情況下高清素材在不同節(jié)點(diǎn)上的直接傳輸速率是15 MB/s～40 MB/s。若是傳輸超高清素材，則其內(nèi)存比高清素材大得多，若傳輸速率也要隨之提升，便會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)擔(dān)進(jìn)一步增加，系統(tǒng)就有可能出現(xiàn)崩潰問題。而若不改變傳輸速率，則會(huì)導(dǎo)致傳輸素材所需時(shí)間大幅增加，傳輸時(shí)間的增加嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致電視節(jié)目不能正常進(jìn)行播出。因此，想要達(dá)到超高清節(jié)目網(wǎng)絡(luò)的送播，要求應(yīng)當(dāng)加大資金投入，對(duì)目前主干系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的升級(jí)與擴(kuò)容處理。

3 超高清技術(shù)在電視播出中的規(guī)劃

超高清播出智能運(yùn)行架構(gòu)如圖1所示。

圖1 超高清播出智能運(yùn)行架構(gòu)

在超高清播出系統(tǒng)之中，包含有統(tǒng)一的技審平臺(tái)，這一平臺(tái)的作用是匯聚電視臺(tái)中所有素材進(jìn)行審核，審核完成后放入IP播出系統(tǒng)之中，利用IP播出系統(tǒng)發(fā)送至全媒體分發(fā)系統(tǒng)中。在超高清播出過程中，支持獨(dú)立4K頻道、高清頻道、手機(jī)頻道以及網(wǎng)絡(luò)頻道等。利用全媒體分發(fā)平臺(tái)，能夠把播出系統(tǒng)所提供的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N碼流，發(fā)送至各平臺(tái)中。

3.1 超高清播出

采用超高清播出技術(shù)能夠讓觀眾感受到更好的視覺體驗(yàn)，不過，這也會(huì)對(duì)超高清信號(hào)的傳輸帶寬等指標(biāo)提出更高要求。對(duì)于整個(gè)電視而言，應(yīng)當(dāng)全面考慮電視節(jié)目制作儲(chǔ)存、播出分發(fā)及終端接收等不同的過程，現(xiàn)階段，超高清播出分發(fā)是重點(diǎn)工作，同時(shí)也是難點(diǎn)所在。要想確保超高清播出分發(fā)，最為重要的是解決好信號(hào)傳輸問題。因?yàn)槌咔逦募姆直媛史浅８?，未?jīng)過壓縮處理的4K原始碼流要求的傳輸比特率為12 Gb/s，而目前我國一般高清節(jié)目的傳輸比特率為1.5 Gb/s，絕大多數(shù)電視臺(tái)的電纜和系統(tǒng)能夠支持最高傳輸比特率為3 Gb/s。目前，在超高清播出方面，可以考慮用IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)SDI信號(hào)傳播。

3.2 IP化播出

要想達(dá)到IP化播出的目標(biāo)，首要工作是應(yīng)當(dāng)確立統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已制定發(fā)布的SMPTE 2022標(biāo)準(zhǔn)，其中所涉及的內(nèi)容包含了壓縮、無壓縮的視頻傳輸和無中斷保護(hù)機(jī)制，為超高清信號(hào)利用IP技術(shù)進(jìn)行傳輸提供了重要的基礎(chǔ)保障。在IP系統(tǒng)中，還需要有一套精密時(shí)鐘系統(tǒng)，確保網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)間能保持同步。SMPTE 2059 PTP采用最優(yōu)主時(shí)鐘算法實(shí)現(xiàn)同步，時(shí)間同步后，任意兩個(gè)子時(shí)鐘設(shè)備間的時(shí)間誤差小于1 μs，能恢復(fù)性能良好的頻率和相位基準(zhǔn)，使以太網(wǎng)技術(shù)所固有的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間波動(dòng)降低到可以接受的范圍。目前，越來越多的視頻供應(yīng)商不斷地嘗試?yán)肐P化技術(shù)完成信號(hào)傳輸，IP矩陣、IP多畫面各種設(shè)備開始出現(xiàn)。隨著統(tǒng)一開放標(biāo)準(zhǔn)SMPTE 2110的發(fā)布，經(jīng)過視頻供應(yīng)商持續(xù)的探索，SDI over IP同樣可以和SDI信號(hào)一樣得以廣泛的普及和應(yīng)用，不同廠家設(shè)備可以互聯(lián)互通，共同構(gòu)建全新的播出系統(tǒng)。

目前，純IP化播出還有一定難度，將來一段時(shí)間IP與SDI混播模式還會(huì)存在，但未來發(fā)展的趨勢必然是IP化播出。在采用IP化播出后，系統(tǒng)擁有的架構(gòu)會(huì)更加精簡，如果利用40 G光纖網(wǎng)絡(luò)，可以同時(shí)傳輸25路高清信號(hào)或3路12 G超高清信號(hào)，這樣便可以節(jié)省大量線纜。IP化播出還能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源共享，借助軟件提升系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

3.3 全媒體發(fā)布

通過全媒體發(fā)布平臺(tái)，可以把不同的節(jié)目一起發(fā)布到有線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星、各個(gè)網(wǎng)站和移動(dòng)軟件等平臺(tái)之中。由于不同平臺(tái)用戶具體的習(xí)慣有所差異，所以，在節(jié)目發(fā)布時(shí)間及發(fā)布內(nèi)容方面同樣也要差異化對(duì)待，要進(jìn)一步地進(jìn)行細(xì)化調(diào)節(jié)。不管是對(duì)于電視而言，還是對(duì)于PC而言，均應(yīng)當(dāng)采取自定義觀看模式，確保用戶能夠依照自身的需求與喜好點(diǎn)播不同頻道，系統(tǒng)還要依照用戶具體行為完成大數(shù)據(jù)的收集處理及節(jié)目推送工作。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，高清信號(hào)在一定程度上可滿足人們觀看的需求，電視畫面清晰度已有極大的改善，不過，像之前由模擬信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)一樣，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，人們對(duì)超高清信號(hào)需求也在不斷增加，超高清播出必定會(huì)發(fā)展成為將來電視播出的主要形式。

[1]孫蘇川,常健,劉晨鳴,等.超高清電視發(fā)展對(duì)策研究[J].廣播與電視技術(shù),2017(9):28-32.

[2]但京.國際超高清電視技術(shù)動(dòng)態(tài)——日本InterBEE國際廣播設(shè)備展觀感及韓國KBS超高清電視計(jì)劃[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2016(3):44-48,71.

[3]裘鈺.4K超高清電視節(jié)目聲音制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2015(10):142-145.