4K電視發展漫談

□ 涂琛婷

近年來，國際上4K超高清電視技術逐步趨于成熟，一些發達國家的電視運營機構已開展4K超高清電視業務，產業鏈初具規模。我國“十三五”科技發展規劃也將發展4K超高清電視納入其中，提出了我國超高清電視發展的計劃和目標：到2018年，建立4K超高清電視OTT平臺，構建高清、4K超高清電視混合播出系統；到2020年，實現4K超高清電視試驗頻道播出。在政策驅動下，我國4K電視發展也正式提上了日程，也許在不久的將來，4K電視就能進入千家萬戶。

一、4K技術的提升

4K超高清技術影像的基礎參數在五個主要方面進行了提升：分辨率從2K到4K，幀率從50i到50p，色域從Rec.709到 Rec.2020，量化深度從8bit到 10bit，動態范圍從10檔光圈到14檔光圈。

4K技術近幾年開始應用于家庭電視，最直接的驅動因素是家庭電視的尺寸相比過去在不斷增大。索尼中國的統計數據顯示，隨著電視制造技術的進步，電視屏幕已經自過去的14英寸發展到如今的50英寸、60英寸甚至90英寸。當電視屏幕超過50英寸時，傳統標清分辨率的節目內容已經無法滿足用戶需求，甚至高清分辨率的視頻都不再那么“高清”。隨著客廳電視的尺寸越來越大，分辨率的提升勢在必行。根據使用范圍的不同，4K分辨率也有各種各樣的衍生分辨率，例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV標準的3840*2160等，都屬于4K分辨率的范疇。在數字電視領域，4K多數情況下特指4096*2160分辨率，這樣能保持與高清電視相同的16∶9的寬高比，不會產生縮放和變形。分辨率提升了4倍的4K超高清能呈現出更多的圖像細節，對大屏電視的呈現更友好。圖1展示了4K超高清與傳統格式分辨率的大致關系。

圖1 4K超高清與傳統格式分辨率的關系

我國高清晰度電視標準采用的掃描格式為50i，即每秒50場，隔行掃描。在隔行掃描模式下，2場為1幀，50場實際上只有25幀畫面。從每秒呈現的畫幅數量上來看，50P是50i的2倍，增加了拍攝（和放映）影像的速率，使每秒采集到（放映出）更多的信息。更重要的是，幀率提升使動態影像的解析力更高，幀速率的提升可以很大程度上改善低幀率模式下常出現的運動鏡頭跳停以及模糊現象，能夠消除高亮度和寬視角情況下DE臨界閃爍現象，帶來更好的圖像質量。在體育賽事轉播中，高幀率的畫面呈現會更自然流暢。

2012年8月，ITU整合了日本Super Hi-Vision 8K超高清電視廣播系統與世界主流的4K超高清電視廣播系統技術規范，推出了Rec.2020超高清電視廣播系統與節目源制作國際標準。Rec.2020標準由于隸屬ITU BT電視廣播系列的推薦標準，也被稱為BT.2020標準。Rec.2020標準具有大范圍色彩空間，色域覆蓋了CIE 1931標準視覺色域的75.8%，100%覆蓋Rec.709色域，色域對比見圖2。從圖2可以看出，整個709色域被包含在2020色域中，2020色域在綠色區域的層次明顯比709色域更為豐富。

圖2 4K及HD色域對比圖

數字信號在模數轉換過程中，量化是對數據造成損失最多的步驟，量化比特數的增加將會使模數轉換時所造成的失真減少，更大程度地還原信息。更大的信息量，更高的碼率，給受眾直觀的感受就是色彩和亮度的層次更豐富了。

高動態范圍（High-Dynamic Range，簡稱HDR）比起普通模式的圖像，可以提供更多的動態范圍和圖像細節。我們在大光比的環境下拍攝時，畫面往往會出現亮部過曝導致亮部細節丟失或暗部過暗導致暗部細節丟失的情況。想要明暗兩極的細節都保留，需要通過加裝濾鏡或者后期處理來實現，而其中后期處理是效果最不理想的。現在有了亮度范圍更廣的HDR技術，可以很大程度上解決這個問題，在大光比的環境下可以同時讓亮部和暗部細節都保留，色彩更加細膩自然。

二、行業標準

4K技術帶來了視覺效果的又一次飛躍，也給業界帶來了新一輪的挑戰。性能的提升同時也帶來了數據率的提升，4K超高清電視的傳輸數據量是普通高清電視的10倍以上，這給現有的電視網絡帶來了巨大的挑戰。無論有線、無線還是衛星中傳輸，都需要對現有的傳輸系統進行改造，并配置4K接收終端。這一方面對本已非常緊張的廣播電視傳輸帶寬帶來了巨大的挑戰，另一方面也會增加接收成本，這對于用戶的推廣是不利的。

目前國際上標準化組織針對4K超高清電視制定了70多項標準，我國的4K超高清電視發展既要考慮與國際標準接軌，又要基于本國的國情，綜合考慮支持民族工業與自主知識產權等方面的問題。此外，為避免陷入國外專利糾紛，還需要加大自主知識產權的技術和標準的研究與推廣力度。

2016年國家新聞出版廣電總局向各省新聞出版廣電局及總局各直屬單位正式發布了《新聞出版廣播影視“十三五”科技發展規劃》，規劃明確提出發展4K超高清電視，要求各相關單位積極貫徹落實。在規劃的潮流中，GY/T 307-2017《超高清晰度電視系統節目制作和交換參數值》應運而生，作為我國超高清廣播電視系統的基礎標準，它規定了超高清晰度電視系統節目制作和交換中所涉及的基本參數值，適用于超高清晰度電視節目制作及節目交換，也同時適用于超高清晰度電視系統及設備的設計、生產、驗收、運行和維護。標準概括給出了標準內容和適用范圍，列出了標準的規范性引用文件，最重要的是給出了超高清晰度電視系統的圖像空間特性、圖像時間特性、系統光電轉換特性及彩色體系、信號格式、數字參數。

我國針對4K超高清電視應用，近年自主研發了視頻編碼技術，并已于2016年頒布了《高效音視頻編碼第1部分：視頻》標準，簡稱AVS2.0，該標準是我國4K超高清電視視頻編碼標準。2017年，國家新聞出版廣電總局發布了《4K超高清電視節目制作與交換參數值》行業標準，對我國4K超高清電視節目技術格式進行了規范。此外，我國由中央電視臺牽頭，聯合相關研究機構還在開展高動態范圍廣播電視行業標準和三維聲（3D Audio）廣播電視行業標準的研究制定工作。

標準規范日趨成熟，對4K頻道的推廣提供了標準支撐，也對4K的發展給出了指導性的意見和方向，為今后4K電視的普及奠定了基礎。

三、業界發展現狀

2014年韓國率先開通了4K超高清頻道，之后歐洲、北美、韓國、日本等國家和地區的廣播電視播出機構和網絡運營商，基于有線、衛星以及IPTV平臺陸續開播4K超高清頻道70多個。目前已開通的4K超高清頻道節目類型主要包括體育、電影、電視劇、新聞、文藝、娛樂、紀錄片等，其中體育類節目占比最大，約占總數的23%；電影、文藝、紀錄片節目占比次之，均在16%到19%之間；新聞類節目占比最小，僅有1%。可見在娛樂領域，4K還是很有市場的。由于衛星傳輸具有大帶寬、高速度、廣覆蓋等多種獨特優勢，目前歐洲、北美、日本和韓國開播4K超高清頻道的運營商，多數傾向于采用衛星方式傳輸。據有關統計資料顯示，基于衛星傳輸的4K超高清頻道占比達到了49%；基于有線、IPTV和OTT傳輸的4K超高清頻道占比分別為15%、24%和12%；基于地面無線方式僅停留于傳輸試驗，目前尚未開播地面無線4K超高清頻道。盡管4K超高清頻道開播數量日益增長，但受限于4K超高清節目片源問題，目前已開通的部分4K超高清頻道尚難以支撐全天24小時節目不重復播出。例如日本Sky perfecTv 4K movie頻道，采用每天輪播3—4次的方式播出；美國Fashion One 4K頻道，每天共有12個節目穿插播放，每個節目時長在15分鐘左右。

在我國，目前中央電視臺以及北京、上海、廣東、湖南等地電視臺已經開展了4K超高清電視節目制播試驗。北京、四川、深圳、廣東、湖南、重慶等地有線電視網絡相繼推出了4K體驗專區服務；中國電信、中國移動和中國聯通三大運營商相繼發布了4K超高清點播、推送等業務；優酷、樂視、小米等廠商也推出了4K超高清的OTT接收盒子。

有國際經驗和國內試點的支撐，在政策的引領下，隨著技術團隊的不斷成熟，相信在不久的將來，我們將能在直播電視上看到更多4K節目的身影。

1.徐迅.4k電視技術的應用發展研究 [J].電子世界,2017(14):95.

2.駱蕭蕭.4K節目生產進行時——超高清制作關鍵點分析[J].視聽界(廣播電視技術),2017(5).

3.孫海云.4K技術漫談 [J].有線電視技術,2017(1):25-28.

4.孫巖,王惠明,汪芮,馬悅.超高清晰度電視系統節目制作和交換參數值標準解讀[J].廣播與電視技術,2018(1).