超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)探討

李垣宏

摘 要 目前，超高清數(shù)字電視的飛速發(fā)展，逐漸凸顯出了我國(guó)電視產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新水平，畫(huà)面的綜合質(zhì)量是超高清電視的關(guān)鍵，文章將簡(jiǎn)要介紹超高清數(shù)字電視的概況，重點(diǎn)闡述超高清數(shù)字電視的核心技術(shù)，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞 超高清數(shù)字電視；音頻處理；光纖傳輸

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）220-0072-02

超高清電視自4K概念被提出后，遵循國(guó)際準(zhǔn)則，超高清開(kāi)始逐漸走進(jìn)到了大眾的視野當(dāng)中，就目前而言，超高清電視早已成為社會(huì)的熱門(mén)話(huà)題，不僅是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都開(kāi)始爭(zhēng)先推出各種不同尺寸的超高清電視，而在現(xiàn)實(shí)生活的使用當(dāng)中，超高清電視在和高清電視的對(duì)比之下，很明顯超高清電視具有明顯優(yōu)勢(shì)，不但能夠向大眾展示更加真實(shí)的畫(huà)面，還能增強(qiáng)觀眾的體驗(yàn)感，滿(mǎn)足觀眾的視覺(jué)感受，解決了大屏幕電視細(xì)節(jié)遺失、無(wú)法真實(shí)還原的問(wèn)題。因此，深入研究超高清電視的核心技術(shù)，是當(dāng)前相關(guān)技術(shù)人員需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

1 超高清數(shù)字電視簡(jiǎn)介

在早時(shí)期，日本的NHK公司便給出了超高清電視的這一概念，隨后便引發(fā)了整個(gè)電視行業(yè)的高度關(guān)注，多個(gè)國(guó)家都開(kāi)始了對(duì)超高清電視技術(shù)進(jìn)行深入研究分析，UHDTV是超高清電視的簡(jiǎn)稱(chēng)，所謂超高清電視是指屏幕的物理分辨率達(dá)到3 840×2 160（4K×2K）及以上，好比于4倍1 080p。在電影和電視行業(yè)對(duì)4K定義稍有差異，電影行業(yè)的4K是4 096像素，是2k（2 048像素）的2倍，而電視行業(yè)的4K是3840像素，是高清（1 920像素）的2倍。對(duì)于電視來(lái)說(shuō)，畫(huà)質(zhì)是最為關(guān)鍵的，只有具備出色的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)，才能真正吸引消費(fèi)者的眼球。

2 超高清數(shù)字電視的核心技術(shù)分析

2.1 超高清數(shù)字電視的視頻處理技術(shù)

以4︰2︰2為例，超高清數(shù)字電視在4K的模式基礎(chǔ)下，其畫(huà)面的數(shù)據(jù)速率約為4Gb/s，而8K模式下的數(shù)據(jù)率約為16Gb/s，另外，如以4︰4︰4為例，超高清數(shù)字電視在4K模式的基礎(chǔ)下，其畫(huà)面的數(shù)據(jù)速率約為6Gb/s，而8K模式下的數(shù)據(jù)率約為24Gb/s。為了能夠讓超高清數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)極大的數(shù)據(jù)輸送，需要最新的壓縮編碼方式，也就是所謂的高效視頻編碼（MPVE），此標(biāo)準(zhǔn)要求是對(duì)比H.264高檔次，讓碼率壓縮至50%，不過(guò)在增強(qiáng)壓縮編碼復(fù)雜度高的情形下，可將碼率壓縮至25%。

如果將數(shù)字電視一代壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)定義為MPEG-2，那么數(shù)字電視的第二代視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)則為H.264，第三代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)為HEVC，相較于第一代壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，第二代碼率減少至50%，第三代碼率減少至25%。綜上所述，對(duì)于超高清電視的每秒30幀的視頻來(lái)說(shuō)，采取MPEG-2壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，其速率可掌控在20Mb/s之下，而采取H.264壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，其速率則可掌控在40Mb/s。

2.2 超高清數(shù)字電視的音頻處理技術(shù)

根據(jù)圖1能夠看出超高清數(shù)字電視的聲道整體分布情況，共計(jì)22個(gè)聲道，主要分布為9個(gè)聲道在最頂層，3個(gè)聲道設(shè)置在最底層，另外10個(gè)聲道分布在中層，這種設(shè)置方式給予超高清數(shù)字電視形成了一個(gè)三維立體的環(huán)繞聲場(chǎng)。

超高清數(shù)字電視在經(jīng)過(guò)此種聲道的設(shè)置方法，在最下層的兩邊設(shè)置兩個(gè)低音聲道，從而構(gòu)成了22.2環(huán)繞聲系統(tǒng)，在與7.1系統(tǒng)相對(duì)比來(lái)說(shuō)，22.2系統(tǒng)聲音效果更加具有真實(shí)感，能夠給予觀眾強(qiáng)烈的聲效體驗(yàn)，此外，針對(duì)于22.2音頻數(shù)據(jù)率也是不能忽視的一個(gè)重要問(wèn)題，以24bie為舉例，聲道音頻數(shù)據(jù)率為每秒28Mb，在經(jīng)過(guò)音頻的降低之后，其聲道音頻數(shù)據(jù)率為每秒2.8Mb。

MPEG制定多聲道標(biāo)準(zhǔn)，DTS開(kāi)發(fā)類(lèi)多聲道立體環(huán)繞技術(shù)，對(duì)于一般的家庭電視來(lái)說(shuō)，22.2聲道系統(tǒng)的分布并不完全具備整體適用。針對(duì)于此，MPEG的環(huán)繞聲標(biāo)準(zhǔn) SAC 設(shè)計(jì)向下兼容，立體聲道系統(tǒng)的更新，根據(jù)聲道空間以及聲源的強(qiáng)弱相互結(jié)合進(jìn)行編碼，從而壓縮音頻傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率，提高播放質(zhì)量。

2.3 超高清數(shù)字電視的傳輸技術(shù)

2.3.1 衛(wèi)星傳輸方式

衛(wèi)星傳輸所覆蓋范圍較大，傳輸速度快，一般情況下，大部分運(yùn)營(yíng)商們都會(huì)采用衛(wèi)星傳輸?shù)姆椒?，從而達(dá)到高清傳輸?shù)哪康模捎谛l(wèi)星傳輸被大范圍使用，逐漸有更多的運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始重視起這一生產(chǎn)領(lǐng)域，并加以投入，經(jīng)過(guò)逐步實(shí)驗(yàn)，確保衛(wèi)星傳輸?shù)膽?yīng)用效果，在這其中，日本公司SKY Perfect JSAT在這一領(lǐng)域取得的成果就非常顯著，例如經(jīng)過(guò)對(duì)衛(wèi)星傳輸?shù)难芯?，?shí)現(xiàn)了4K足球聯(lián)賽的直播，隨后我國(guó)也開(kāi)始了對(duì)衛(wèi)星傳輸進(jìn)行了深入分析研究，實(shí)時(shí)確保每秒的傳輸速度達(dá)到64Mb。

2.3.2 地面?zhèn)鬏敺绞?/p>

地面?zhèn)鬏斂梢哉故境鰢?guó)家科學(xué)技術(shù)的水平程度，根據(jù)日本的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)為例，選取正交頻分復(fù)用傳輸以及超高階調(diào)制方法，綜合雙極化天線(xiàn)提升信號(hào)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用當(dāng)中，將信道分為多個(gè)正交子信道，高速數(shù)據(jù)并行排列，達(dá)到在多個(gè)子信道中實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)哪康?。另外，正交信?hào)根據(jù)分隔通信，能夠掌控多個(gè)子信道之間的相互干擾，致使信道寬帶信號(hào)要大大高于子信道寬帶，子信道成平坦性衰落，確保信道平衡，增強(qiáng)傳輸質(zhì)量。

2.3.3 光纖傳輸方式

在生活實(shí)踐當(dāng)中，大容量的傳輸是光纖傳輸中的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)于光纖傳輸，日本公司 NHK進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要研究在短距離的接口傳輸設(shè)備的適用性，將電放大器用光放大器所替代，從而實(shí)現(xiàn)傳輸距離260km。光纖傳輸?shù)囊贿叢扇∽⑷胄图す舛O管方式實(shí)行光媒體的傳播，而另一邊采取APD光電二極管實(shí)行信號(hào)測(cè)試，與此同時(shí)，采用亮度調(diào)節(jié)，在固定頻率的前提條件下，把光的顯現(xiàn)和消失設(shè)為二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)，不管是APD光電二極管又或是注入型激光二極管，都必須經(jīng)過(guò)此種方法調(diào)制，增強(qiáng)光功率，確保光纖傳輸?shù)膶?shí)踐應(yīng)用效果。

2.4 超高清數(shù)字電視的顯示

超高清信號(hào)的接收、信號(hào)的處理以及面板等都是超高清電視顯示的主要依據(jù)，超高清的液晶面板的分辨力需要達(dá)到3 840×2 160，目前，國(guó)內(nèi)以及國(guó)外的主要面板公司主要有夏普、三星、LG、華星光電等等，他們生產(chǎn)的面板主要有兩大類(lèi)，分別為IPS屏（硬屏）以及VA屏（軟屏），超高清的分辨率一般都偏高，主要應(yīng)用在大屏幕，因此面板的尺寸一般都在兩個(gè)尺寸，65in或者55in。

驅(qū)動(dòng)接口也是顯示屏的核心技術(shù)之一，現(xiàn)階段，最為普遍的驅(qū)動(dòng)接口有兩類(lèi)，一類(lèi)為V-byOne接口，另外一類(lèi)為較為傳統(tǒng)的LVDS接口，傳統(tǒng)的LVDS接口屬于一類(lèi)低壓差分信號(hào)接口，傳輸速率最高為每秒1.05Gb，然而，V-by-One的傳輸速率最高為每秒3.75Gb，同時(shí)并能刷新色彩12bit和頻率240Hz。如若30bit色彩和240Hz的數(shù)據(jù)采取LVDS進(jìn)行處理，則需要LVDS信號(hào)線(xiàn)48對(duì)，因此現(xiàn)在V-by-One接口逐漸被廣泛應(yīng)用于顯示屏的驅(qū)動(dòng)接口。

超高清畫(huà)質(zhì)的關(guān)鍵器件在于芯片，主要功能為圖像顯示、轉(zhuǎn)換、解碼等。雙芯片屬于超高清電視最常用的一種處理模式，兩個(gè)芯片分別完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和圖像處理，實(shí)行圖像處理的芯片既能圖像解碼，還能完成圖像轉(zhuǎn)換，即經(jīng)過(guò)運(yùn)算1 920×1 080的圖像，上變換為3 840×2 160顯示，外掛處理芯片以及主芯片內(nèi)置是上變換的兩種技術(shù)處理方式，現(xiàn)階段，超高清數(shù)字電視已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了超高清的顯示，我國(guó)芯片企業(yè)也在深入研究4K芯片的開(kāi)發(fā)。

3 結(jié)論

目前，在國(guó)內(nèi)超高清電視已經(jīng)取得了顯著成果，本文經(jīng)過(guò)對(duì)超高清電視的核心技術(shù)研究，分別對(duì)超高清數(shù)字電視的音頻處理、傳輸以及視頻處理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，相關(guān)工作人員要對(duì)目前超高清數(shù)字電視的核心技術(shù)引起重視，只有充分掌握相關(guān)技術(shù)，同時(shí)對(duì)超高清數(shù)字電視的發(fā)展趨勢(shì)做出準(zhǔn)確判斷，才能夠更好地推進(jìn)我國(guó)電視產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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