4K超高清衛(wèi)星電視關(guān)鍵技術(shù)及推廣發(fā)展探究

羅通

【摘要】隨著衛(wèi)星電視技術(shù)的飛速發(fā)展，以4K超高清為代表的技術(shù)模式逐漸成為衛(wèi)星直播電視發(fā)展的主流。本文首先對4K超高清衛(wèi)星電視的概念進(jìn)行了梳理，其次重點探究了超高清視頻處理、超高清音頻處理、衛(wèi)星傳輸?shù)?K超高清衛(wèi)星電視關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)、原理及應(yīng)用，最后對4K超高清衛(wèi)星電視在全球的推廣現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，以期為超高清衛(wèi)星電視技術(shù)的研究和推廣提供理論借鑒。

【關(guān)鍵詞】 4K超高清衛(wèi)星電視;關(guān)鍵技術(shù);推廣發(fā)展

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.021

1. 引言

4K超高清衛(wèi)星電視是繼電視數(shù)字化、高清化、網(wǎng)絡(luò)化之后的全新技術(shù)革命，對滿足人民群眾日益增長的電視觀賞需求具有積極的作用，也是我國電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全新領(lǐng)域。2019年，國家廣電總局、中央廣播電視總臺和工信部聯(lián)合頒布了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》，首次提出了“4K先行，兼顧8K”的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，力爭到2022年末使我國4K超高清電視產(chǎn)業(yè)體系基本完善，產(chǎn)值超過4萬億元。由此可見，國家層面已經(jīng)將4K超高清電視的發(fā)展提上了日程，在此背景下，積極地發(fā)展4K超高清衛(wèi)星電視產(chǎn)業(yè)，為人民群眾提供更為豐富多樣的超高清電視觀賞和資訊獲取體驗，也將成為我國電視技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。

2. 4K超高清衛(wèi)星電視概述

2.1 基本概念

4K超高清衛(wèi)星電視是一種全新的高清電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具體指圖像、視頻能夠達(dá)到4000X2000分辨率的電視節(jié)目。現(xiàn)階段，高清視頻（HD）僅有1920x1080分辨率，因此，4K超高清衛(wèi)星電視相較于（HD）視頻，其高清格式分辨率提升了2倍，總碼率提升了4倍。此外，4K超高清衛(wèi)星電視的信道傳輸載體主要為衛(wèi)星，能夠為用戶提供更為廣闊的節(jié)目傳輸渠道，電視節(jié)目的視頻和音頻信號受地面?zhèn)鬏數(shù)母蓴_影響也將大大降低。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

早在2018年8月份，國家廣電總局便頒布了《4K超高清電視技術(shù)應(yīng)用實施指南（2018）版》（以下簡稱指南），可作為4K超高清衛(wèi)星電視的技術(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)。《指南》指出：4K超高清電視視頻的技術(shù)闡述應(yīng)符合GY/T315-2018及GY/T307-2017標(biāo)準(zhǔn)。具體來說，（1）在視頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，視頻編碼應(yīng)支持基準(zhǔn)10位類、8.0.60級以上編碼形式，并車采用AVS2標(biāo)準(zhǔn)，支持24幀畫面組長度，1路視頻編碼碼率不小于36Mbps，且應(yīng)支持固定碼率模式，同時支持動態(tài)范圍。（2）在音頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，4K超高清電視應(yīng)支持立體聲、5.1環(huán)繞聲編碼或三維聲編碼，其中，立體聲和5.1環(huán)繞聲的壓縮碼率應(yīng)不小于256Kbps，三維聲壓縮碼率應(yīng)不小于384Kbps。（3）在信號傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，4K超高清電視視頻可采用QPSK調(diào)制方式進(jìn)行衛(wèi)星分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳輸，并通過36MHZ轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸1路超高清視頻信號。整體上看，《指南》中的標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)規(guī)范，為4K超高清衛(wèi)星電視的發(fā)展提供了詳盡的技術(shù)參照。

3. 4K超高清衛(wèi)星電視關(guān)鍵技術(shù)

3.1 超高清視頻處理技術(shù)

超高清視頻處理技術(shù)是4K超高清衛(wèi)星電視的關(guān)鍵技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的高清視頻（HD）而言，4K超高清衛(wèi)星電視以（3840×2160bit/幀）X×（24bit/pixel）×（30幀/s）作為視頻圖像的原始數(shù)據(jù)率，因此，實際的圖像信號傳輸數(shù)據(jù)量非常大，必須采用更為高效的視頻圖像處理技術(shù)才能完成超高清視頻的處理和傳輸。具體來說，針對超高清視頻處理技術(shù)的研發(fā)起源于2010年，ISO/IEC活動圖像專家組和ITU-T視頻編碼專家組聯(lián)合開發(fā)了“高效視頻編碼”下一代標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也被稱為“第三代編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)”，其碼率比H.264下降50%以上，壓縮率將至20Mb/s以內(nèi)，可作為4K超高清衛(wèi)星電視視頻處理的關(guān)鍵技術(shù)。2016年，我國正式頒布了AVS2超高清電視標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持三維視頻、多視角及虛擬現(xiàn)實視頻編碼，比“第三代編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)”的壓縮率提升1倍，之后被廣泛應(yīng)用在4K超高清衛(wèi)星電視的視頻處理中，逐漸成為行業(yè)應(yīng)用的主流技術(shù)。

3.2 超高清音頻處理技術(shù)

目前，針對4K超高清衛(wèi)星電視音頻信號的處理以超高清22聲道技術(shù)為主，該技術(shù)的特點為：圍繞電視屏幕構(gòu)建了22個聲道輸出點，其中，頂層分布9個，中間層分布10個，底層分布3個，上、中、下分布3個環(huán)繞聲場，形成封閉完整的立體聲空間音頻輸出場景，能夠為4K超高清衛(wèi)星電視觀賞用戶提供完美的聲音體驗。近年來，22.2環(huán)繞音頻處理技術(shù)的理念被提出，相關(guān)技術(shù)在4K超高清衛(wèi)星電視音頻處理中也得到了一些研發(fā)和應(yīng)用，它在22聲道的下層又增加了2個低音聲道，實現(xiàn)了音頻信號的三維化處理，能夠提供更真實、更具沉浸感和現(xiàn)場感的環(huán)繞聲鑒賞體驗。值得一提的是，22.2環(huán)繞聲道的音頻數(shù)據(jù)率非常大，以每聲道48kb/S，24bit采樣為例，需采樣處理的數(shù)據(jù)流超過28Mb/s，因此，如何做好22.2環(huán)繞聲道的音頻數(shù)據(jù)處理，為4K超高清衛(wèi)星電視提供更為穩(wěn)定的音頻輸出信號仍有待技術(shù)攻關(guān)。

3.3 衛(wèi)星傳輸技術(shù)

基于衛(wèi)星載體傳輸視頻和音頻信號是4K超高清衛(wèi)星電視的核心通訊技術(shù)。與常規(guī)的地面信號傳輸技術(shù)相比，衛(wèi)星傳輸技術(shù)具有高速率、寬覆蓋、大帶寬、抗干擾能力強等顯而易見的優(yōu)點，被越來越多的電視運營商選用，逐步應(yīng)用在超高清衛(wèi)星電視信號的傳輸載體搭建上。目前，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，以2014年3月，我國航天數(shù)字傳媒發(fā)布的“基于衛(wèi)星傳輸?shù)?K整體技術(shù)解決方案”具有代表性，該方案的技術(shù)框架包括運營中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)、接收終端、家庭用戶四個部分，其中，運營中心是電視信號傳輸?shù)摹按竽X”，由呼叫中心、合作門戶、TV門戶、PC門戶組成;傳輸網(wǎng)絡(luò)由衛(wèi)星網(wǎng)組成;接收終端為4K媒體中心;借助衛(wèi)星通訊技術(shù)實現(xiàn)4K超高清電視節(jié)目的點對點網(wǎng)絡(luò)化傳輸。

4. 4K超高清衛(wèi)星電視在全球的推廣發(fā)展

4.1 亞太地區(qū)

亞太地區(qū)是4K超高清衛(wèi)星電視推廣應(yīng)用的“新生代主力軍”。2014年，日本電視運營商Sky Perfect JSAT便推出了亞洲地區(qū)首個4K超高清衛(wèi)星電視頻道---Channel 4K UHD，目前，該頻道有活躍用戶507萬人。2017年，韓國KT Skylife頻道通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)播了4K UHD電視節(jié)目，截至2020年底，共建設(shè)了Sky UHD1和Sky UHD2兩個4K超高清衛(wèi)星電視頻道，服務(wù)于韓國300余萬家庭用戶。近年來，4K超高清衛(wèi)星電視在我國也得到了逐步推廣，2018年10月份，中央廣播電視總臺4K超高清頻道---CCTV 4K正式開播，為國內(nèi)包括北京、廣東、上海等13個省市區(qū)有線電視網(wǎng)用戶提供服務(wù)，標(biāo)志我國向4K超高清衛(wèi)星電視發(fā)展領(lǐng)域邁入了關(guān)鍵性的一步。

4.2 歐洲地區(qū)

歐洲是全球4K超高清衛(wèi)星電視發(fā)展最早，且現(xiàn)有頻道最多的地區(qū)之一。目前，整個歐洲地區(qū)通過10余顆商用衛(wèi)星Ku波段傳輸20余個4K超高清衛(wèi)星電視節(jié)目頻道。此外，歐洲地區(qū)的大型衛(wèi)星直播電視運營商也在不斷增加4K超高清衛(wèi)星電視的頻道數(shù)量，例如：SES擬在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加23個4K超高清衛(wèi)星電視頻道，預(yù)計在2021年末，面向全世界提供4K超高清衛(wèi)星電視服務(wù);SKY通過過Astra 2E衛(wèi)星Ku波段向英國地區(qū)超過1200萬用戶提供4K超高清衛(wèi)星電視服務(wù)。在未來的發(fā)展中，歐洲地區(qū)將運用成熟的衛(wèi)星電視運營技術(shù)和4K超高清傳輸技術(shù)為更多的用戶提供超高清衛(wèi)星電視服務(wù)。

4.3 美洲地區(qū)

美洲是目前4K超高清衛(wèi)星電視發(fā)展最為活躍的地區(qū)之一。自2014年開始，美國兩大直播衛(wèi)星電視公司DirecTV和Dish Network便開始在全美地區(qū)布局4K超高清衛(wèi)星電視發(fā)展體系，截至2019年底，兩大公司在全美通過8顆衛(wèi)星傳輸15個4K超高清衛(wèi)星電視評到，為北美和南美地區(qū)數(shù)千萬用戶提供PTV家庭電視服務(wù)。此外，美洲地區(qū)國際衛(wèi)星運營商SES通過四顆衛(wèi)星C波段建設(shè)了11個4K UHD電視頻道，SPI公司在美國地區(qū)開通了免費的4K UHD電視頻道FunBOX，提供了藝術(shù)電影、紀(jì)錄片展示、時尚購物、游戲直播等多樣化的超高清衛(wèi)星電視服務(wù)，給予美洲地區(qū)電視用戶豐富的超高清電視觀賞體驗。

5. 結(jié)語

總而言之，隨著衛(wèi)星通訊技術(shù)和超高清電視技術(shù)的不斷發(fā)展，4K超高清衛(wèi)星電視的技術(shù)體系、發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)、推廣途徑、運營方式將越來越成熟，整個行業(yè)的發(fā)展也將進(jìn)入“快車道”，全世界電視用戶的觀賞體驗也將得到不斷提升。4K超高清衛(wèi)星電視也將引領(lǐng)我國電視產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)又好又快的發(fā)展。

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