淺析超高清電視發(fā)展現(xiàn)狀與展望

劉唐杰

1 超高清電視技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 超高清電視內(nèi)容制作技術(shù)

超高清電視的構(gòu)造和應(yīng)用主要是通過(guò)超高清晰的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)的理念來(lái)研發(fā)設(shè)計(jì)，因?yàn)槟壳皩?duì)超高清攝像機(jī)的應(yīng)用相對(duì)廣泛，如使用1.25 英寸的CMOS圖像傳感器，所以其特征是有較高的靈敏度、功耗較低，3 300 萬(wàn)像素的拍攝畫(huà)質(zhì)等。除此之外，還具有還支持60fps 和120fps 的頻率，輸出格式星羅棋布，其中包括ProRes 格式、HD-SDI 格式和無(wú)壓縮視頻格式等[1]。日立和NHK 聯(lián)合共同研發(fā)的攝像機(jī)，技術(shù)采用的是120Hz 的全光譜超高清圖像傳感器，其可以使60Hz 的捕捉率提高到120Hz，從而使動(dòng)態(tài)圖形比較連貫。雖然動(dòng)態(tài)影像不明顯，但是在對(duì)快速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拍攝的時(shí)候，就會(huì)有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其是進(jìn)行體育賽事的直播。

1.2 超高清視頻編碼技術(shù)

超高清電視信號(hào)碼率是傳統(tǒng)高清電視所不能進(jìn)行相比較，因?yàn)槌咔咫娨曅盘?hào)要高出很多，所以超高清電視技術(shù)才可以替代高清技術(shù)并得以普及，以4:4:4 采樣為例，與以往的高清電視與現(xiàn)在4K超高清電視信號(hào)圖像相比4K 的信號(hào)圖像的數(shù)據(jù)為6Gbps，而超高清8K 高清電視的數(shù)據(jù)更是為24Gbps。而以往的高清電視傳輸大碼率的數(shù)據(jù)可以說(shuō)是困難重重，因此視頻編碼技術(shù)的提高是唯一可以使用的方法，以此來(lái)來(lái)壓縮原始信號(hào)。

H.265/HEVC 是最新研發(fā)的視頻編碼。而傳統(tǒng)視頻編碼是H.264，對(duì)于H.265 的相關(guān)技術(shù)的強(qiáng)化十分必要，通過(guò)應(yīng)用新技術(shù)新的方法來(lái)對(duì)編碼的質(zhì)量進(jìn)行提升，使編碼能夠達(dá)到最高的使用效率，這在很大程度上就優(yōu)化編碼的設(shè)計(jì)。在2013年初，H.265/HEVC 的應(yīng)用已經(jīng)得到國(guó)際電聯(lián)的批準(zhǔn)。而博通等芯片廠商也發(fā)布了相應(yīng)的解碼芯片，這就在預(yù)示著新編碼標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)即將迎來(lái)新的篇章，該產(chǎn)業(yè)會(huì)在未來(lái)逐步的發(fā)展和進(jìn)步。H.264 的標(biāo)準(zhǔn)是在2～4 倍的復(fù)雜程度上，還要進(jìn)行更為完善的改進(jìn)，因此在H.265的設(shè)計(jì)上大量提升了壓縮的效率。與此同時(shí)，H.264還實(shí)現(xiàn)在1Mbps 以下的傳輸帶寬，可以進(jìn)行1 080p的高清視頻傳輸，這就完全可以滿足4K 和8K 超高清視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1.3 超高清音頻處理技術(shù)

科技的不斷發(fā)展，越來(lái)越多被認(rèn)為電視存在著不真實(shí)的現(xiàn)象，因此人們提出在觀看視頻時(shí)要有親臨現(xiàn)場(chǎng)的感覺(jué)，因?yàn)榫湍壳暗臓顩r來(lái)看還不可以有這樣的體驗(yàn)，所以一定要想有效提高觀眾在觀看視頻時(shí)的臨場(chǎng)感和真，實(shí)感，那么如此一來(lái)視頻體驗(yàn)還需要配合超高清的聲音系統(tǒng)才可以得以實(shí)現(xiàn)，也只有這樣才能使觀眾獲得更好的親臨現(xiàn)場(chǎng)的體驗(yàn)。目前，22.2 聲道的音頻系統(tǒng)能夠與超高清系統(tǒng)進(jìn)行配套，所以會(huì)在以后得到廣泛的普及。22.2 聲道音頻系統(tǒng)與普通的音頻系統(tǒng)不同，因此，現(xiàn)在采用立體環(huán)繞的音效布局，可以使觀眾有親臨現(xiàn)場(chǎng)的體驗(yàn)。針對(duì)這樣的情況22.2 聲道系統(tǒng)是可以提供頂部與底部的聲音也就是立體環(huán)繞，如此一來(lái)有親臨現(xiàn)場(chǎng)的感覺(jué)更加的真實(shí)。并且22.2 聲道音頻格式在不斷完善的過(guò)程中，其中包括傳輸、編碼和家庭影院技術(shù)等各方面的技術(shù)更新。

1.4 超高清信號(hào)傳輸技術(shù)

超高清信號(hào)的傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用，還在驗(yàn)證階段，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，才可以在驗(yàn)證時(shí)，使用作為基礎(chǔ)的IP 傳輸系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。超高清IP 的傳輸系統(tǒng)一般是由不同的方式進(jìn)行傳輸，分別有3 種傳輸?shù)膽?yīng)用方式：一是視頻格式轉(zhuǎn)換器，其可以將每秒60 幀的高清視頻轉(zhuǎn)為16 個(gè)每秒30 幀的高清視頻圖像；二是頻頻編碼器，視頻編碼器是由四組從屬編碼單元構(gòu)成，每個(gè)從屬編碼單元中都包含四個(gè)單獨(dú)的MPEG-2 編碼器以及一個(gè)多信道幀同步器，當(dāng)使用編碼器進(jìn)行圖像壓縮的時(shí)候，如果分辨率超過(guò)了HDTV，就要將超高清圖像分割，編碼器按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)將其進(jìn)行編碼。編碼以后的音視頻信號(hào)通過(guò)DVB-ASI接口來(lái)傳輸；三是IP傳輸網(wǎng)適配器，IP 網(wǎng)絡(luò)適配器屬于協(xié)議網(wǎng)關(guān)，可以將TS、RTP 數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在解碼器端，主從屬解碼單元在時(shí)間上要與所有從屬解碼器能夠適配，可以對(duì)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的延遲現(xiàn)象進(jìn)行修正，使四組TS 流同步解碼。當(dāng)前已經(jīng)在國(guó)際上有所使用，雖然只是有極少數(shù)的應(yīng)用，但是也是預(yù)示著將會(huì)有發(fā)展的良好前景。而在日本已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)NHK 可以在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境之下完成這樣的8K 傳輸。

1.5 超高清顯示技術(shù)

ITU 對(duì)超高清視頻顯示的空間特性、時(shí)間特性還有系統(tǒng)比色發(fā)都進(jìn)行了規(guī)定。在規(guī)范中，UHDTV系統(tǒng)級(jí)色域采用的是RGB 色彩空間，紅基色波長(zhǎng)630nm，綠基色波長(zhǎng)532nm，藍(lán)基色波長(zhǎng)467nm。所以UHDTV 在色域方面十分具有優(yōu)勢(shì)，HDTV 不能呈現(xiàn)的顏色都可以呈現(xiàn)出來(lái)[2]。

2 超高清電視的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 日本NHK 領(lǐng)跑8K 超高清電視的發(fā)展

8K 超高清電視從全球范圍來(lái)看，還處于起步的階段，只有日本制定了相關(guān)的超高清電視發(fā)展路線圖，美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)和日本開(kāi)通了4K 廣播，但是并沒(méi)有明確的關(guān)于8K 廣播的計(jì)劃。日本在2014年就發(fā)布了超高清路線圖，并且是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成線路圖的各種實(shí)驗(yàn)，不但在日本的國(guó)內(nèi)得以應(yīng)用。而且還推向了國(guó)際，如2018 年的平昌冬奧、俄羅斯世界杯，都得以應(yīng)用。通過(guò)平昌冬奧會(huì)的情況來(lái)看，日本的這次實(shí)驗(yàn)室非常的成功，因?yàn)镹HK在開(kāi)幕式與重要項(xiàng)目都使用了8K 的超高清制作，不僅僅是在通過(guò)賽事轉(zhuǎn)播來(lái)進(jìn)行內(nèi)容的測(cè)試，日本NHK 還不斷對(duì)8K 超高清電視的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善，與專業(yè)的廠家進(jìn)行合作，不斷研發(fā)更多的設(shè)備，對(duì)制作和傳輸?shù)仍O(shè)備進(jìn)行豐富與發(fā)展。由此可見(jiàn)，日本的NHK 在8K 超高清電視上處于全面領(lǐng)跑的狀態(tài)。

2.2 8K 超高清電視技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期

近10 年來(lái)，在電視制播領(lǐng)域最大的變化就是電視制作開(kāi)始出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)據(jù)化，電視的發(fā)展由開(kāi)路播出到有線到衛(wèi)星廣播再到現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳播方式，與此同時(shí)，電視技術(shù)清晰度也在不斷的發(fā)展中，由模糊不清到黑白道彩色到清晰度再后來(lái)高清度，而如今將會(huì)由4K 到8K 發(fā)展，并且4K 設(shè)備在2018 年NAB 展會(huì)上屬于主流的設(shè)備，許多的電子消費(fèi)市場(chǎng)上也都是4K 電視機(jī)，4K 家用攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)也不斷增加，手機(jī)也開(kāi)始具備4K 拍攝能力。而4K技術(shù)的成熟也可以推動(dòng)8k技術(shù)的快速發(fā)展。在2018 年的NAB 和CES 展會(huì)上可以看出，生產(chǎn)8K超高清設(shè)備的廠家不斷增加，產(chǎn)品也越來(lái)越多。而且8K 設(shè)備不是單個(gè)的設(shè)備，已經(jīng)可以組成完整的系統(tǒng)。所以，8K 超高清技術(shù)很快就會(huì)進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。

2.3 2020 年冬奧會(huì)是8K 超高清電視的發(fā)展里程碑

根據(jù)日本NHK 對(duì)于超高清電視的發(fā)展路線圖，在2020 年時(shí)NHK 會(huì)對(duì)東京奧運(yùn)會(huì)進(jìn)行4k 或8k 的超高清轉(zhuǎn)播。可以推測(cè)到的結(jié)果是奧運(yùn)會(huì)的公共信號(hào)將會(huì)是NHK 采用8K 設(shè)備來(lái)制作完成這次的播放。有了這樣的預(yù)測(cè)結(jié)果，那么全世界的各大廣播機(jī)構(gòu)都會(huì)從這方面展開(kāi)籌備計(jì)劃，屆時(shí)觀眾所看到的奧運(yùn)直播將會(huì)是由4K或8K信號(hào)來(lái)全程播放，與此同時(shí)，也會(huì)令觀眾前所未有的驚訝，360°沒(méi)有死角的觀看奧運(yùn)節(jié)目，而此時(shí)，不僅可以高度清晰的觀看奧運(yùn)會(huì)，而且一這樣的方式8K 超高清也會(huì)得到大力的推廣。因?yàn)橐呀?jīng)有東京奧運(yùn)會(huì)做一個(gè)很好的示范，所以將會(huì)迎來(lái)8K 超高清電視的發(fā)展里程碑[3]。

2.4 超高清電視的在內(nèi)容和外形上的改變

超高清電視將在內(nèi)容上進(jìn)行突破，因?yàn)槌咔咫娨暤念l道比以往的高清電視頻道大有增加，所以隨著頻道數(shù)量的增加人們對(duì)超高清的節(jié)目?jī)?nèi)容然也會(huì)有所增加。目前，在電視應(yīng)用比較發(fā)達(dá)的國(guó)家都已經(jīng)開(kāi)始對(duì)電視進(jìn)行新的突破，如在電視產(chǎn)業(yè)的整體布局上和高清領(lǐng)域發(fā)展都在大力的引導(dǎo)推動(dòng)力度，要盡快的豐富超高清電視的節(jié)目?jī)?nèi)容資源。對(duì)此會(huì)在超高清電視的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，其一是技術(shù)上，其二是視頻數(shù)據(jù)傳輸空間和分發(fā)效率。與傳統(tǒng)的電視相比高清電視不僅在內(nèi)容上有大的改變，而且在外形上也有大的改變，傳統(tǒng)電視笨重，移動(dòng)不方便，還比較占地方；而現(xiàn)在的高清電視都沒(méi)有這些的缺點(diǎn)，內(nèi)容上更是豐富多彩，因此這是技術(shù)上的提升；在數(shù)據(jù)的傳輸方面可以說(shuō)是突飛猛進(jìn)，沒(méi)有以前那樣的局限性，觀看節(jié)目時(shí)隨心所欲。

3 結(jié)論

超高清電視的技術(shù)能夠使人們觀看到更高更清晰的畫(huà)質(zhì)，并且還有更高的臨場(chǎng)感，這會(huì)為人們帶來(lái)視覺(jué)性的變革，有利于整個(gè)電視行業(yè)整體利益有所提高，同時(shí)也可以為相關(guān)的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了許多商機(jī)。但是超高清電視的技術(shù)在目前還存在一定問(wèn)題，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)入受眾家中，不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，必定會(huì)為觀眾帶來(lái)全新的體驗(yàn)。