超高清電視發(fā)展與應(yīng)用

鄒峰

（國(guó)家廣播電視總局安全傳輸保障司，北京 100866）

1 引言

國(guó)際上，最早開(kāi)展超高清電視研發(fā)的機(jī)構(gòu)是日本NHK 廣播電視研究所。從2012年起，日本、韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)等西方主要國(guó)家陸續(xù)制定了4K 超高清電視的研發(fā)及播出計(jì)劃，并在地面、有線、衛(wèi)星以及IPTV 等傳輸網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展了不同程度的試驗(yàn)播出。在國(guó)內(nèi)，央視、上海、江蘇、湖南、廣東等電視臺(tái)從2013年開(kāi)始，陸續(xù)開(kāi)展了4K 超高清電視的節(jié)目制作和有線電視網(wǎng)中的傳輸試驗(yàn)。中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通于2015年開(kāi)始，在IPTV中推出了4K超高清電視點(diǎn)播節(jié)目。

2017年廣東省基于信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體考慮，在我國(guó)率先提出了正式開(kāi)播4K 超高清電視頻道，2018年10月16日獲得國(guó)家廣播電視總局批準(zhǔn)正式開(kāi)播。2018年10月1日，CCTV-4K 超高清頻道正式開(kāi)播以來(lái)，廣東、北京、上海和杭州陸續(xù)開(kāi)始了超高清電視播出，其中：中央廣播電視總臺(tái)播出兩套4K 超高清節(jié)目和一套8K 超高清節(jié)目；廣東廣播電視臺(tái)播出一套4K 超高清節(jié)目，廣州市廣播電視臺(tái)播出一套4K 超高清節(jié)目；北京廣播電視臺(tái)播出一套4K 超高清節(jié)目和一套8K 超高清節(jié)目；上海廣播電視臺(tái)播出一套付費(fèi)4K 超高清節(jié)目；杭州廣播電視臺(tái)播出一套付費(fèi)4K 超高清節(jié)目。

2 國(guó)際超高清電視發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）標(biāo)準(zhǔn)

2012年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）對(duì)超高清晰度電視格式的主要參數(shù)值進(jìn)行了規(guī)范，發(fā)布了相關(guān)的ITU-R BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)超高清晰度電視傳輸系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的規(guī)范提供了重要參考［1］。同時(shí)指出在選擇超高清晰度電視廣播傳輸技術(shù)參數(shù)值時(shí)，需要綜合考慮到節(jié)目制作本身的參數(shù)和限制性因素：即提供超高清晰度電視服務(wù)的時(shí)間表、商用化解碼器的可用性、與本地接收機(jī)終端設(shè)備相關(guān)的成本限制。

ITU另一個(gè)大的貢獻(xiàn)是對(duì)圖像增強(qiáng)型的動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行了展望［1］，其前提是假設(shè)每個(gè)人都對(duì)將要實(shí)際使用的一條或若干條曲線持贊同態(tài)度。該解決方案的相關(guān)術(shù)語(yǔ)是“Extended Image Dynamic Range for Tele‐vision（面向電視的圖像動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展）”或者更為直接、簡(jiǎn)單的“HDR（High Dynamic Range，高動(dòng)態(tài)范圍）”。對(duì)于未來(lái)的超高清晰度電視機(jī)而言，這些新的動(dòng)態(tài)范圍或曲線將帶來(lái)更逼真的視頻圖像再現(xiàn)——其將具有更高的“峰值亮度”（下一代電視機(jī)終端的發(fā)展趨勢(shì)）。在未來(lái)，最暗的黑景色與最亮的白景色時(shí)間的亮度范圍將會(huì)增大許多，從而使得電視視頻圖像給人的主觀感覺(jué)更為逼真。具有高動(dòng)態(tài)范圍的電視視頻圖像看上去會(huì)更為生動(dòng)、閃耀。因此，“高動(dòng)態(tài)范圍”被視為UHD-1中“DVB UHD-1 Phase 2”格式的重要技術(shù)特征。

ITU 與MPEG 一直對(duì)相關(guān)的候選方案進(jìn)行評(píng)估。相關(guān)的候選解決方案包括兩大類：PQ（Perceptual Quantizer，感知量化）及 HLG（Log-Gamma 對(duì)數(shù)伽馬）。在視頻圖像質(zhì)量、節(jié)目制作的便捷程度、與現(xiàn)有系統(tǒng)的后向兼容性等方面，這兩類候選解決方案均具備一定的優(yōu)勢(shì)。

2.2 歐洲

歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)組織（DVB）于2015年8月19日出版的DVB SCENE 9月刊（總第46 期）刊登了“Dynamic Progress：Towards the Next Phase of DVB UHDTV”［2］——《動(dòng)態(tài)進(jìn)展：面向下一階段的DVB 超高清》一文，介紹了DVB 對(duì)于UHD-1（4K 超高清晰度電視）廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)階段DVB UHD-1 Phase 1 與DVB UHD-1 Phase 2 的工作進(jìn)展和相關(guān)展望，是歐洲發(fā)展超高清電視的參考性文件。

2012年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）對(duì)超高清晰度電視格式的主要參數(shù)值進(jìn)行了規(guī)范，發(fā)布了相關(guān)的ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)后，DVB啟動(dòng)了UHDTV Phase 1（超高清晰度電視第一階段）的標(biāo)準(zhǔn)化工作，聚焦于低于800萬(wàn)像素?cái)?shù)的超高清晰度電視廣播格式規(guī)范。

DVB 對(duì)超高清晰度電視廣播傳輸格式的初步規(guī)范被正式命名為“DVB UHD-1 Phase 1”，2016年，UHD-1系統(tǒng)具備商用化能力，開(kāi)始為其用戶提供相關(guān)服務(wù)。

DVB UHD-1 Phase 1 采用ITU-R BT.2020 UHD-1中所規(guī) 范 的 格式之一：3840×2160p、60fps。由于UHD-1終端設(shè)備的規(guī)模普及尚需時(shí)日，既可對(duì)超高清晰度電視原色信號(hào)進(jìn)行解碼，又可對(duì)ITU-R BT.709所規(guī)范的高清晰度電視原色信號(hào)進(jìn)行解碼。DVB 建議終端設(shè)備制造商生產(chǎn)這樣的顯示器產(chǎn)品：將ITU-R BT.2020 的原色映射至ITU-R BT.709 顯示屏。此外，面向下一代的傳輸格式，DVB還對(duì)通過(guò)附加方式提供更高幀率、具備臨時(shí)可擴(kuò)展能力的信號(hào)處理方式進(jìn)行了建議。

歐洲“DVB UHD-1 Phase 1”的下一個(gè)發(fā)展階段是“DVB UHD-1 Phase 2”，其具備 ITU-R BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)范的更多技術(shù)特征，2018年已具備初步商用的能力。

“DVB UHD-1 Phase 2”標(biāo)準(zhǔn)所考量的另一大問(wèn)題是 HFR（Higher Frame Rates，更高幀率）。ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)超高清晰度電視節(jié)目制作與交換所規(guī)范的最大幀率為120 Hz。雖然具備高幀率特性的電視視頻圖像（UHD-1 廣播圖像）可提高運(yùn)動(dòng)物體再現(xiàn)時(shí)的清晰度，但是卻增大了用戶終端側(cè)解碼器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度——與幀率60 Hz 的解碼器終端相比，其需要兩倍的內(nèi)存帶寬。

DVB 計(jì)劃超高清電視發(fā)展分三步走：UHD1 Phase1?UHD1 Phase2?UHD2（8K 超高清晰度電視3200萬(wàn)像素圖像系統(tǒng)），具體參數(shù)要求如表1所示。

表1 DVB超高清電視發(fā)展規(guī)劃

DVB 以及日本韓國(guó)等國(guó)家都在為于2020年之后正式商用UHD-2服務(wù)而努力。

2.3 日本

超高清電視已經(jīng)從研發(fā)階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用推廣階段。2014年2月NHK 舉行了4K/8K 發(fā)展藍(lán)圖后續(xù)會(huì)議，討論了關(guān)于如何加速4K/8K 發(fā)展藍(lán)圖的應(yīng)用。2014年9月發(fā)布的臨時(shí)報(bào)告《推動(dòng)4K 和8K 發(fā)展的新發(fā)展藍(lán)圖》公布了“2016年開(kāi)始使用廣播衛(wèi)星（Broadcast Sat?ellite,BS）的4K/8K 測(cè)試廣播”的目標(biāo)，并在2018年通過(guò)衛(wèi)星廣播和其他方式發(fā)起4K/8K 商業(yè)廣播。同時(shí)成立了超高清電視的“全日本”促銷機(jī)構(gòu)的下一代電視和廣播促進(jìn)論壇（NexTV-F）。

2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)正式播出8K 電視，開(kāi)發(fā)和研制了涵蓋內(nèi)容制作、播出、傳輸、接收的一系列功能的4K/8K 超高清設(shè)施，其中包括多種型號(hào)8K 演播室攝像機(jī)、8K 記錄產(chǎn)品、8K 顯示面板、8K 電視機(jī)以及基于IP 架構(gòu)的8K 轉(zhuǎn)播車，并對(duì)包括巴西世界杯、里約奧運(yùn)會(huì)開(kāi)閉幕式在內(nèi)的多場(chǎng)重大活動(dòng)進(jìn)行了8K 實(shí)況錄播試驗(yàn)。

2.4 韓國(guó)

在兩大政府機(jī)構(gòu)KCC（Korean Communications Commission，韓國(guó)通信委員會(huì)）以及MSIP（Ministry of Science,ICT and Future Planning，韓國(guó)科學(xué)、信息通信技術(shù)與未來(lái)規(guī)劃部）的強(qiáng)力推動(dòng)之下，2012年，韓國(guó)在全球首先進(jìn)行了基于地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的超高清晰度電視傳輸試驗(yàn)，并進(jìn)行試驗(yàn)廣播。為此，KBS、MBC、SBS 與EBS 等韓國(guó)主要的地面電視廣播商還簽署了MOU（Memorandum Of Understanding，諒解備忘錄）。2014年 4月 10日，韓國(guó) 4K 超高清頻道“UMAX”正式開(kāi)播，成為全球首個(gè)正式播出的有線4K超高清頻道。

通過(guò)近幾年的相關(guān)試驗(yàn)，韓國(guó)廣播電視機(jī)構(gòu)解決了很多于單個(gè)6 MHz物理信道內(nèi)傳輸4K超高清晰度電視節(jié)目?jī)?nèi)容的技術(shù)問(wèn)題。另外，KBS、MBC、SBS與EBS等主流廣播電視臺(tái)制作4K超高清晰度電視節(jié)目的能力也大為提高，目前可以達(dá)到實(shí)時(shí)制作4K超高清晰度直播電視的水平。韓國(guó)超高清電視發(fā)展規(guī)劃如表2所示。

表2 韓國(guó)超高清電視發(fā)展規(guī)劃

3 中國(guó)超高清電視發(fā)展政策

中國(guó)發(fā)展4K 超高清電視是貫徹落實(shí)中央創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)文化與科技融合、深化廣播電視供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，對(duì)于滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的精神文化需求，提升廣播電視傳播力、影響力和輿論引導(dǎo)力，促進(jìn)和推動(dòng)文化產(chǎn)業(yè)與民族工業(yè)發(fā)展都具有重要意義。圍繞超高清高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)，國(guó)家有關(guān)部門堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)多方協(xié)同，發(fā)布了一系列規(guī)范和促進(jìn)4K 超高清發(fā)展的相關(guān)政策，為推進(jìn)4K 超高清電視技術(shù)及產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展?fàn)I造了良好的政策環(huán)境和發(fā)展氛圍。

3.1 聯(lián)合制定印發(fā)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019?2022年）》

為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)向中高端邁進(jìn)，加快建設(shè)超高清視頻產(chǎn)業(yè)集群，建立完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，2019年2月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家廣播電視總局、中央廣播電視總臺(tái)聯(lián)合制定并印發(fā)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019-2022年）》（簡(jiǎn)稱《行動(dòng)計(jì)劃》）?！缎袆?dòng)計(jì)劃》提出按照“4K先行、兼顧8K”的總體技術(shù)路線，大力推進(jìn)超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)、企業(yè)主體；堅(jiān)持系統(tǒng)布局、統(tǒng)籌推進(jìn)；堅(jiān)持整機(jī)帶動(dòng)、重點(diǎn)突破；堅(jiān)持應(yīng)用牽引、融合創(chuàng)新；堅(jiān)持開(kāi)放發(fā)展、合作共贏?！缎袆?dòng)計(jì)劃》指出到2022年我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)：超高清視頻內(nèi)容資源極大豐富，網(wǎng)絡(luò)承載能力顯著提高，超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過(guò)4萬(wàn)億元。4K產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完善，產(chǎn)業(yè)發(fā)展支撐體系基本健全，8K關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得突破，形成一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)和技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)、應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展的良好格局［3］。

3.2 組織編制《超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2020版）》

為近一步落實(shí)《行動(dòng)計(jì)劃》，工業(yè)和信息化部和國(guó)家廣播電視總局共同組織國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，編制了《超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2020 版）》，包括產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述、總體要求、建設(shè)內(nèi)容和重點(diǎn)工作等4個(gè)部分。介紹了超高清視頻的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系的構(gòu)成。明確了“系統(tǒng)布局，統(tǒng)籌推進(jìn)；急用先行，應(yīng)用牽引；開(kāi)放發(fā)展，合作共贏”的基本原則。提出了到2020年，初步形成超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系，制定急需標(biāo)準(zhǔn)20 項(xiàng)以上；到2022年，進(jìn)一步完善超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系，制定標(biāo)準(zhǔn)50 項(xiàng)以上。規(guī)劃了超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系框架由“基礎(chǔ)通用”、“內(nèi)容制播”、“網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)平臺(tái)”、“終端呈現(xiàn)”、“安全與監(jiān)管”和“行業(yè)應(yīng)用”6個(gè)部分組成（圖1），涉及安防監(jiān)控、文教娛樂(lè)、醫(yī)療健康、智能交通、工業(yè)制造等行業(yè)應(yīng)用。在重點(diǎn)工作部分，提出加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、實(shí)施動(dòng)態(tài)更新、加快標(biāo)準(zhǔn)研制、加強(qiáng)宣傳培訓(xùn)、推進(jìn)國(guó)際合作等5 項(xiàng)措施，統(tǒng)籌推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制定、實(shí)施和國(guó)際化工作［4］。

圖1 超高清視頻標(biāo)準(zhǔn)體系

4 超高清電視技術(shù)研究與應(yīng)用

自2012年起，我國(guó)的企業(yè)、科研和播出機(jī)構(gòu)就一直在跟蹤研究超高清電視技術(shù)。特別是2018年中國(guó)超高清電視正式開(kāi)播以來(lái)，結(jié)合實(shí)際播出、產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)和產(chǎn)品制造，進(jìn)行了大量研究工作，為中國(guó)超高清發(fā)展和國(guó)際超高清標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

4.1 確定超高清和高清電視節(jié)目同播流程

超高清播出成本較高，探討超高清和高清電視節(jié)目同播一直是各國(guó)廣播電視技術(shù)工作者的研究課題。中國(guó)廣電工作者經(jīng)過(guò)幾年的探索解決了這一難題。超高清和高清電視節(jié)目同播流程包括錄播流程和直播流程。

錄播流程分為兩種方式，一種是在播出端采用固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換為高清信號(hào)進(jìn)行播出（圖2）。前期制作時(shí)，采用SDR調(diào)光方式對(duì)超高清HDR信號(hào)進(jìn)行拍攝和收錄。后期制作時(shí)，將高清SDR素材采用固定參數(shù)上轉(zhuǎn)換為超高清HDR，并與前期制作的超高清HDR信號(hào)一起進(jìn)行調(diào)色、渲染等后期制作得到用于播出的超高清HDR信號(hào)。對(duì)于超高清頻道，直接進(jìn)行播出。對(duì)于高清頻道，采用固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換的方式得到高清SDR信號(hào)后進(jìn)行播出。

圖2 固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換

二是使用在媒資系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)參數(shù)下轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)碼的文件進(jìn)行播出（圖3）。與固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換的方式不同，采用動(dòng)態(tài)參數(shù)下轉(zhuǎn)換的方法，可以根據(jù)內(nèi)容特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，獲得更加精細(xì)的轉(zhuǎn)換效果。

圖3 動(dòng)態(tài)參數(shù)下轉(zhuǎn)換

直播節(jié)目制播流程：前期制作采用SDR 調(diào)光，對(duì)于高清信號(hào)或素材，要在前期系統(tǒng)或者總控系統(tǒng)按照固定參數(shù)上轉(zhuǎn)換的方式轉(zhuǎn)換成超高清信號(hào)后，進(jìn)入直播制作系統(tǒng)；4K/8K HDR信號(hào)直接用于超高清頻道播出，高清頻道的播出信號(hào)，是使用超高清頻道信號(hào)在播出端采用固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換而來(lái)（圖4）。

圖4 直播流程

4.2 優(yōu)化了HDR 與SDR 的電平映射關(guān)系，并成為ITU標(biāo)準(zhǔn)

在超高清和高清電視同播時(shí)，為了同時(shí)保證超高清和高清的播出質(zhì)量必須兼顧HDR 與SDR 的電平。以中央電視臺(tái)為代表的科技工作者，進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)工作和理論分析和比較（表3、表4），對(duì)HDR 與SDR的電平映射關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，明確4K HLG75%亮度電平對(duì)應(yīng)HD SDR90%亮度電平，即79%HLG 對(duì)應(yīng)100%SDR，將HDR 參考白電平定為79%HLG，在1000 尼特監(jiān)視器上，參考白亮度為260 尼特（圖5），確保4K HDR 與HD SDR 同播時(shí)，均獲得良好的節(jié)目技術(shù)質(zhì)量，統(tǒng)一了消費(fèi)端電視圖像觀感，使消費(fèi)端電視在超高清電視和高清電視上顯示超高清節(jié)目和高清節(jié)目時(shí)獲得統(tǒng)一的觀感。同時(shí)提高了HDR 圖像的平均亮度，使HDR效果更加明顯。

圖5 4K HLG75%亮度電平對(duì)應(yīng) HD SDR90%亮度電平

表3 HLG到SDR信號(hào)映射關(guān)系

表4 SDR到HLG信號(hào)映射關(guān)系

考慮到當(dāng)前同播流程基于SDR調(diào)光，由于攝像機(jī)拐點(diǎn)位置不一致及拐點(diǎn)之上處理不同等原因，實(shí)際操作中會(huì)存在較大偏差，故將映射關(guān)系中SDR基準(zhǔn)調(diào)整為90%，處于拐點(diǎn)之下，便于調(diào)光參考（圖6、圖7）。

圖6 不同EOTF曲線對(duì)比

圖7 SDR基準(zhǔn)調(diào)整

4.3 提出HDR 視頻制作使用“HLG（窄范圍）+超白”電平

為使超高清節(jié)目大動(dòng)態(tài)范圍的場(chǎng)景下更好地展現(xiàn)高對(duì)比度的光影效果，保留更多HDR 信息，ITU-R BT.2100 規(guī)定了“窄范圍”和“全范圍”兩種不同的信號(hào)表示法。窄范圍被廣泛使用，是默認(rèn)值。中央電視臺(tái)在實(shí)踐基礎(chǔ)上，考慮到HLG 不需要元數(shù)據(jù)和向后兼容SDR 的特點(diǎn)，以及在高清時(shí)代臺(tái)內(nèi)采用的是窄范圍。同時(shí)考慮到使用超白，能夠利用窄范圍之外更多的比特位，提高視頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，提升視頻質(zhì)量。最終提出臺(tái)內(nèi)使用“HLG（窄范圍）+超白”電平，可以保留更高的亮度范圍。圖8 是具體參數(shù)設(shè)置。

圖8 信號(hào)電平

4.4 實(shí)現(xiàn) 8K VR 視頻（7680×4320，50/60fps）實(shí)時(shí)編碼

國(guó)家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院與北京大學(xué)等單位，在深入研究VR 視頻FOV 編碼關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了8K VR 視頻（7680×4320，50/60fps）實(shí)時(shí)編碼。該項(xiàng)成果的出現(xiàn)，節(jié)約了大量傳輸帶寬，與現(xiàn)有的HEVC 80Mbps 視頻傳輸碼率相比，終端同等觀看體驗(yàn)下，本系統(tǒng)傳輸碼率為20Mbps左右，實(shí)際節(jié)約70%左右的碼率，大幅領(lǐng)先國(guó)外相關(guān)方案。并且用戶視角切換MtHQ（Motion to High Quality，VR視角高低清畫(huà)質(zhì)內(nèi)容切換延時(shí)）小于160 ms。

4.5 超高清視頻圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)用測(cè)試圖像

中央廣播電視總臺(tái)和國(guó)家廣播電視總局廣播電視規(guī)劃院共同研究、設(shè)計(jì)、拍攝、制作了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高清測(cè)試圖像。測(cè)試圖像包括特殊制作的演播室靜物、人物、外景、夜景、HDR場(chǎng)景，還包括體育比賽、晚會(huì)綜藝等常見(jiàn)的節(jié)目類型。在設(shè)計(jì)制作測(cè)試圖像時(shí)，既考慮到測(cè)試圖像的功能性，又考慮到畫(huà)面的藝術(shù)性，并體現(xiàn)了特有的中國(guó)文化元素?？梢杂糜趯?duì)超高清電視系統(tǒng)和設(shè)備的性能檢測(cè)和質(zhì)量評(píng)估。對(duì)提高超高清視頻節(jié)目圖像質(zhì)量、規(guī)范超高清系統(tǒng)建設(shè)、引導(dǎo)超高清視頻設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)起到重要作用。

目前4K 超高清測(cè)試圖像已經(jīng)發(fā)布為我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，8K 超高清測(cè)試圖像已立項(xiàng)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在編制過(guò)程中。同時(shí)，已經(jīng)完成的4K/8K 超高清測(cè)試圖像被提交至ITU 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一部分，填補(bǔ)了國(guó)際上視頻格式為50P 的超高清測(cè)試圖像的空白。

5 超高清電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

超高清電視發(fā)展必將帶動(dòng)巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。工信部超高清“三年行動(dòng)計(jì)劃”估計(jì)到2022年底，我國(guó)超高清產(chǎn)業(yè)將達(dá)到4萬(wàn)億元。相關(guān)產(chǎn)業(yè)分四大部分，如圖9所示。

圖9 超高清產(chǎn)業(yè)鏈組成

5.1 超高清產(chǎn)業(yè)鏈——視頻采集部分

超高清視頻采集需要記錄的信息量和所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)采集設(shè)備的要求極高。目前主要有攝像機(jī)、監(jiān)視器、切換臺(tái)、5G 背包等設(shè)備用于超高清視頻采集，其中8K攝像機(jī)、監(jiān)視器、切換臺(tái)通?；?鏈路12G SDI 基帶傳輸，5G 背包采用8K 深壓縮編碼格式傳輸。這些年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商正逐步推出一系列的8K 超高清視頻采集產(chǎn)品，有效支撐了越來(lái)越多的8K超高清視頻內(nèi)容生產(chǎn)需要。作為移動(dòng)化5G+超高清采集設(shè)備，5G 背包在超高清現(xiàn)場(chǎng)直播、遠(yuǎn)程制作、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)回傳等場(chǎng)景有著比較廣泛的應(yīng)用前景。

5.2 超高清產(chǎn)業(yè)鏈——視頻制作部分

超高清視頻制作編輯作為超高清內(nèi)容素材最主要的生產(chǎn)手段，涉及到的產(chǎn)品主要包括快編生產(chǎn)系統(tǒng)、非線性編輯系統(tǒng)、視覺(jué)效果包裝系統(tǒng)、視頻剪輯軟件等，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)實(shí)力較強(qiáng)，研發(fā)重點(diǎn)放在8K 視頻編輯系統(tǒng)上。

超高清節(jié)目制作過(guò)程中切換臺(tái)是必不可少的環(huán)節(jié)，從輸入和輸出接口方面，目前主流的8K 切換臺(tái)以12G-SDI 接口為主，并通過(guò) 4 鏈路 12G-SDI 方式進(jìn)行信號(hào)的輸入和輸出，同時(shí)配置8K 切換制作過(guò)程中輔助功能，包括Tally 系統(tǒng)、CG 劃像音頻模塊、色彩校正功能等，完成8K直播節(jié)目的切換制作。

編解碼算法作為音視頻制作處理的核心，在整個(gè)制作流程中主要涉及到的設(shè)備有編碼器、解碼器和轉(zhuǎn)碼器，負(fù)責(zé)音視頻的壓縮編碼、解析、格式轉(zhuǎn)換、同時(shí)也作為一種底層能力是其他編輯播出錄制等環(huán)節(jié)和設(shè)備的有力支撐。產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化方面，目前參與8K 編解碼器支持國(guó)產(chǎn)化編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS3 的廠家偏少，已有一些基于AVS2/H.265 算法的8K 編解碼器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。在產(chǎn)品架構(gòu)方面，以嵌入式硬件編解碼和X86 服務(wù)器產(chǎn)品為代表。

5.3 超高清產(chǎn)業(yè)鏈——終端呈現(xiàn)

超高清視頻的終端呈現(xiàn)設(shè)備主要包括機(jī)頂盒、電視機(jī)、投影儀等設(shè)備，涉及到的核心元器件主要有解碼芯片及顯示面板等產(chǎn)品。當(dāng)前階段，4K 超高清電視已逐步普及，8K 超高清終端呈現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)取得較大成果，特別是8K 電視機(jī)，可選擇的國(guó)產(chǎn)化品牌較多，價(jià)格也逐步降低。以京東方、康維訊等為代表的國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具備了8K 超高清監(jiān)視器的自主設(shè)計(jì)和制造能力，近兩年均推出了8K 超高清監(jiān)視器產(chǎn)品，主要應(yīng)用在8K 視頻的拍攝、制作、監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)，能夠較好地呈現(xiàn)出原始8K 超高清視頻的畫(huà)質(zhì)與參數(shù)，滿足畫(huà)面監(jiān)視要求。

6 超高清電視發(fā)展趨勢(shì)

目前，超高清電視在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面都取得了一定的進(jìn)展，我國(guó)在超高清電視領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)的突破，特別在8K超高清電視領(lǐng)域開(kāi)展了技術(shù)試驗(yàn)，并開(kāi)播了8K試驗(yàn)頻道，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著超高清技術(shù)的不斷迭代和升級(jí)，未來(lái)超高清電視在內(nèi)容供給、節(jié)目制播、編碼傳輸?shù)阮I(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步突破。

（1）超高清優(yōu)質(zhì)內(nèi)容供給逐步加強(qiáng)。隨著超高清拍攝、制作、存儲(chǔ)等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，越來(lái)越多的超高清內(nèi)容制作機(jī)構(gòu)能夠制作出符合超高清技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量超高清內(nèi)容，向用戶提供高品質(zhì)的超高清節(jié)目服務(wù)，不斷增強(qiáng)超高清節(jié)目?jī)?nèi)容的吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）超高清節(jié)目制播體系IP化轉(zhuǎn)型升級(jí)。傳統(tǒng)的SDI 制播體系布線復(fù)雜、傳輸距離有限、維護(hù)成本高，難以滿足超高清電視節(jié)目制播需求。目前，超高清節(jié)目制播體系正逐步向IP化制播技術(shù)架構(gòu)轉(zhuǎn)變，制播流程更加優(yōu)化。

（3）超高清視頻編碼效率不斷提升。超高清視頻數(shù)據(jù)量顯著提升，需要更加高效的視頻編碼技術(shù)，在保證視頻質(zhì)量的前提下提升壓縮效率，降低傳輸帶寬。在現(xiàn)有編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，突破傳統(tǒng)編碼效率瓶頸，進(jìn)一步提高超高清視頻編碼效率。

（4）超高清制作設(shè)備成本需進(jìn)一步降低。目前電視臺(tái)要播出一套超高清節(jié)目，一年制作成本將增加1.5億，從另一個(gè)層面阻礙了超高清電視的發(fā)展。因此需要進(jìn)一步降低制作設(shè)備的成本，突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)化。

7 結(jié)束語(yǔ)

全球超高清電視在飛速發(fā)展，我國(guó)是世界上最大的超高清電視消費(fèi)國(guó)。但相對(duì)于消費(fèi)電子領(lǐng)域的生成強(qiáng)國(guó)，如歐洲、日本等，我們還需要突破一些關(guān)鍵技術(shù)，如光電轉(zhuǎn)換器件（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）等，才能變成超高清領(lǐng)域生產(chǎn)和應(yīng)用強(qiáng)國(guó)。目前生產(chǎn)攝像機(jī)的CMOS需要進(jìn)口，特別是生產(chǎn)8K攝像機(jī)的CMOS還被禁運(yùn)，我國(guó)只能用4個(gè)4KCMOS代替一個(gè)8KCOMS生產(chǎn)8K攝像機(jī)。因此必須根據(jù)自身實(shí)際情況制定一份詳盡的超高清發(fā)展計(jì)劃，快速豐富超高清視頻內(nèi)容資源，加快建設(shè)超高清視頻產(chǎn)業(yè)集群，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)向中高端邁進(jìn)，建立完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，縮小在核心技術(shù)方面差距，形成技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)和應(yīng)用協(xié)調(diào)發(fā)展的良好格局，早日實(shí)現(xiàn)超高清電視的全民普及。