8K：即將到來的超級(jí)視聽享受

付紅軍 龔梟 秦昊

摘要：8K作為目前最高的分辨率顯示標(biāo)準(zhǔn)，最逼真的音頻效果。它的出現(xiàn)必將給人們帶來不同以往的視聽體驗(yàn)。本文就8K技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前遇到的主要問題和其所帶來的相關(guān)應(yīng)用略作探討。

關(guān)鍵詞：8K 視聽享受 音視頻

2019年10月，中央廣播電視總臺(tái)和廣東電視臺(tái)在全國率先開播了4K頻道，正式拉開了4K序幕。由于各地財(cái)力及片源受限等原因，4K播出并未在全國電視臺(tái)迅速展開。4K目前的地位有些尷尬，甚至有人認(rèn)為其就是8K的一塊墊腳石，但不管承不承認(rèn)，8K正朝我們撲面而來。產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)及人們對(duì)極致視聽的體驗(yàn)追求是8K發(fā)展的直接動(dòng)力。任何一種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用都有它的特點(diǎn)，那么什么是8K？目前發(fā)展8K遇到哪些問題？8K又會(huì)帶來哪些應(yīng)用呢？

一、8K的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于8K的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)組織ITU及SMPTE協(xié)會(huì)認(rèn)可的8K標(biāo)準(zhǔn)主要包括這幾方面：畫面幀率、觀看距離、視角模式及音頻標(biāo)準(zhǔn)。什么才算作8K，首先從其參數(shù)看，分辨率為7680×4320；像素的縱橫比為1∶1；掃描方式必須為逐行掃描；色域?yàn)?2Bit；色域標(biāo)準(zhǔn)為Rec.2020；最低支持幀率為每秒120幀，每幀約3300萬像素；而音頻已增加為22.2聲道（9個(gè)高音通道、10個(gè)中音通道、3個(gè)低音通道、2個(gè)重低音通道），比目前的7.1聲道幾乎翻了三倍，對(duì)聲音的逼真度、方位感、飽滿度都將大大提升。

二、8K終端顯示現(xiàn)狀

8K帶來的是區(qū)別于以往所有的視聽享受，是超視網(wǎng)膜的顯示。在當(dāng)前消費(fèi)類電子廠商的推動(dòng)下，同時(shí)在國家產(chǎn)業(yè)升級(jí)擴(kuò)大內(nèi)需的背景下，推動(dòng)8K的發(fā)展是市場(chǎng)所需。從幾大電視生產(chǎn)廠商出貨量看，4K是最低標(biāo)配，現(xiàn)在出廠的電視機(jī)4K是起步。2020年以后，8K超高清電視逐漸取代4K超高清電視必是常態(tài)，60英寸及以上更大尺寸電視更傾向于8K。如今的8K和4K的關(guān)系就如同當(dāng)初的4G和3G。當(dāng)初中國移動(dòng)跨過技術(shù)和頻段并不占優(yōu)的3G直接發(fā)力4G，從而一舉占領(lǐng)4G的霸主地位。如今的8K誰又敢說不會(huì)如此？很多省級(jí)電視臺(tái)在資金緊張的條件下，今后很可能跨過4K直接上8K。

8K在2018年推出，日本在這方面的研究更早。早在2012年日本NHK就提交了8K標(biāo)準(zhǔn)。在2013年，日本已在NAB上展示了8K成像技術(shù)，后又在2016年正式推出8K電視和播出技術(shù)。從拍攝、制作、編碼、播出到衛(wèi)星、地面無線傳輸及終端顯示全鏈路實(shí)驗(yàn)成功。中國經(jīng)過幾年的發(fā)展，特別是5G的出現(xiàn)，讓8K的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。

三、8K發(fā)展面臨的問題

電視品牌廠商已經(jīng)開始發(fā)力，那么相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈目前還存在哪些問題呢？首先就是8K視頻體積巨大，所占用的存儲(chǔ)空間是海量的。極致的音視頻效果必將導(dǎo)致巨大的數(shù)據(jù)量?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)還支持不了如此巨大的數(shù)據(jù)量。從相關(guān)測(cè)試看，長(zhǎng)度為1分鐘左右的8K視頻，即7680×4320分辨率視頻，需占用194GB存儲(chǔ)空間：10分鐘的數(shù)據(jù)大概占用2TB的空間。如此巨大的體積，對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)帶寬都充滿了挑戰(zhàn)。從2016年里約奧運(yùn)會(huì)的數(shù)據(jù)來看，8K視頻報(bào)道賽事，錄制20分鐘未經(jīng)壓縮的超高清視頻，大約占用了4TB的存儲(chǔ)空間，每分鐘視頻大概要占用200GB的空間，每秒鐘的視頻容量為3GB，顯然目前家中500兆的光纜寬帶是難以駕馭的。這就說明當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)承載不了8K的帶寬和速率，8K的高畫質(zhì)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中傳不到用戶手中。同時(shí)，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)還不太成熟，8K的設(shè)備要比普通的器材貴。在8K的拍攝、采集、制作等方面還需時(shí)日，這直接導(dǎo)致8K的素材片源少之又少，需要電視臺(tái)及社會(huì)制作機(jī)構(gòu)的持續(xù)投入。

四、5G解決了8K的傳輸問題

5G寬帶能否駕馭8K視頻呢？使用數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可以看到，5G寬帶的峰值傳輸速率達(dá)到10Gbps，最高為20Gbps，下載的最高速率達(dá)到3.6G/s。端到端延時(shí)也達(dá)到毫秒級(jí)，以這個(gè)速率來消化8K每秒3GB的視頻容量是肯定沒問題的。此外，編碼技術(shù)是和數(shù)字電視同時(shí)推出的，信源編碼和信道編碼是數(shù)字電視的兩大核心技術(shù)，可以說沒有編碼也就沒有數(shù)字電視。8K的傳輸同樣運(yùn)用到視頻編碼技術(shù)，視頻編碼的初衷便是在保證視頻畫質(zhì)的前提下，盡可能壓縮視頻的體積。早在2013年ITU-T頒布的H.265標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮比可達(dá)150∶1至400∶1，此標(biāo)準(zhǔn)能在保證畫面質(zhì)量不變的情況下，使數(shù)據(jù)傳輸所需的碼率下降50%。

8K信號(hào)不經(jīng)過編碼，數(shù)據(jù)量巨大，為了方便傳輸，業(yè)內(nèi)多選擇100Mbps作為基本要求，這樣不會(huì)導(dǎo)致有效數(shù)據(jù)丟失。通過日本的相關(guān)研究，衛(wèi)星傳輸、地面無線傳輸、有線均已突破。那么經(jīng)過編碼后的8K在線流視頻的體積大約多少呢？從實(shí)測(cè)來看，《8K延時(shí)攝影》的碼率高達(dá)78.3Mb/s，幀率為29.97，視頻的長(zhǎng)度為2分38秒，視頻體積為1.44GB，計(jì)算下來每秒體積大約為9.3MB，這比未壓縮的小了很多。而目前商用5G的下載速度已經(jīng)達(dá)到90～100MB/s，即使更高碼率畫質(zhì)的8K視頻，也能被5G駕馭得游刃有余。

8K的終端應(yīng)用產(chǎn)品可分為4類：電視機(jī)、投影儀、專業(yè)相機(jī)與筆記本電腦顯示器。在這些產(chǎn)品中，電視是整個(gè)8K技術(shù)市場(chǎng)中增長(zhǎng)最快的部分。消費(fèi)者對(duì)具有更好圖像質(zhì)量的大屏幕電視表現(xiàn)出了濃厚興趣。

五、8K應(yīng)用場(chǎng)景

在5G解決了8K信號(hào)的傳輸問題后，8K超高清在未來的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？

1.電視臺(tái)的應(yīng)用。像以往一樣，所有的高畫質(zhì)應(yīng)用一般都首先出現(xiàn)在體育賽事中，體育賽事直播最能體現(xiàn)畫質(zhì)的動(dòng)態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)感。

在廣電系統(tǒng)，直播的畫面質(zhì)量是區(qū)別于其他視頻形式的拳頭產(chǎn)品。在世界范圍內(nèi)，日本在這方面是走在前列的。日本NHK已經(jīng)實(shí)現(xiàn)用自己研發(fā)的8K訊道機(jī)進(jìn)行8K直轉(zhuǎn)播，這給受眾將帶來更強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)沉浸感。同時(shí)在不同平臺(tái)發(fā)布8K視頻時(shí)，可以將Rec.2020的色域標(biāo)準(zhǔn)直接變換成其他低標(biāo)準(zhǔn)色域格式，可以不需要剪輯、調(diào)色等制作手段，從而做到快速傳輸。在今后的國慶閱兵、體育賽事、綜藝晚會(huì)、演唱會(huì)等大型活動(dòng)的直播中將得到廣泛應(yīng)用。

而在國內(nèi)的嘗試中，在2019年9月舉辦的國際籃聯(lián)籃球世界杯北京賽場(chǎng)上，由我國設(shè)計(jì)建造的全球首臺(tái)“5G+8K”轉(zhuǎn)播車也進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)性賽事轉(zhuǎn)播。在2020年的全國兩會(huì)中，中央電視臺(tái)也應(yīng)用了5G+4K/8K的制作和傳輸。中央廣播電視總臺(tái)還決定在2022年北京冬奧會(huì)上應(yīng)用8K來轉(zhuǎn)播現(xiàn)場(chǎng)賽況。繼中央廣播電視總臺(tái)后，廣東廣播電視臺(tái)成國內(nèi)第二家開播了4K頻道，在8K領(lǐng)域也進(jìn)行了積極探索，在國內(nèi)率先成立了超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展試驗(yàn)區(qū)。這些應(yīng)用和探索說明8K從采集、制作、傳輸、呈現(xiàn)方面都已不成問題。

另外在AR和VR領(lǐng)域，以前一直不溫不火的VR技術(shù)在與8K結(jié)合后，必定會(huì)給使用者帶來震撼的效果，日本在這方面也有了大量應(yīng)用。

技術(shù)已成熟，路也已經(jīng)修好，最大的問題就是片源或者內(nèi)容的問題，這需要各電視臺(tái)及社會(huì)制作機(jī)構(gòu)共同來豐富8K的節(jié)目源。短時(shí)間內(nèi)真正的8K源還難以做到，各電視臺(tái)及制作機(jī)構(gòu)沒有那么大的財(cái)力支撐，且手機(jī)端的短視頻也不需要那么高畫質(zhì)的內(nèi)容。因此，目前的內(nèi)容生產(chǎn)可以先適當(dāng)放松指標(biāo)。例如，幀率達(dá)到50P的內(nèi)容也可以先播，讓高清及4K的片源能夠過渡播出，等到行業(yè)發(fā)展成熟再執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在向移動(dòng)端推送視頻時(shí)降低碼率。

2.8K在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。除了在廣電的視頻直播，8K與相關(guān)技術(shù)的融合應(yīng)用在其他領(lǐng)域已經(jīng)大展身手：在終端顯示、安防領(lǐng)域、監(jiān)控領(lǐng)域、交通領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、工程質(zhì)量領(lǐng)域8K技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。在智能家居領(lǐng)域，除提供安全監(jiān)控外，借助AR和VR技術(shù)還可提供遠(yuǎn)程試衣、采購物品的展示等。在醫(yī)療領(lǐng)域，8K技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛和關(guān)鍵。越清晰精準(zhǔn)的畫面顯示也會(huì)為更深層的微創(chuàng)手術(shù)提供保障，在臨床手術(shù)上，對(duì)人體的內(nèi)部器官和結(jié)構(gòu)能進(jìn)行更逼真的展示。通過5G和8K兩者技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，還能夠?yàn)檫h(yuǎn)程手術(shù)操作提供巨大的幫助，為患者贏得時(shí)間，減少奔波轉(zhuǎn)院等麻煩。2019年3月，我國實(shí)現(xiàn)了全國首例5G遠(yuǎn)程手術(shù)，醫(yī)生通過5G網(wǎng)絡(luò)和高清顯示設(shè)備為遠(yuǎn)在3000公里外的患者植入了腦起搏器，這就是5G和高清顯示技術(shù)的發(fā)展為我們帶來的便利性。毫秒級(jí)的高速5G讓遠(yuǎn)程醫(yī)療更加便捷，醫(yī)生與醫(yī)生的交流、醫(yī)生與患者的對(duì)話以及手術(shù)的實(shí)施都將比現(xiàn)在改善很多。不僅我國如此，高清顯示系統(tǒng)在國際上的醫(yī)療領(lǐng)域也同樣被看好，有著廣闊應(yīng)用前景。

在產(chǎn)業(yè)鏈還不太成熟的今天，雖然目前普及8K還不太可能，但假以時(shí)日，隨著終端顯示器件價(jià)格的下調(diào)、電視臺(tái)及社會(huì)制作機(jī)構(gòu)的跟進(jìn)、8K片源素材的增多、5G網(wǎng)絡(luò)的完善、多種應(yīng)用場(chǎng)景的出現(xiàn)。相信8K一定會(huì)得到迅速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景也一定也會(huì)越來越多。

作者單位 湖北廣播電視臺(tái)播控中心

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