超高清數字電視關鍵技術初探

朱林 董寶燕

摘要：超高清數組電視能夠提供更加細膩的畫面，給用戶帶來更全面、優質的感官沖擊，是數字電視未來主要發展趨勢。基于此，本文對超高清電視的視頻處理技術、音頻處理技術、電視傳輸技術、電視顯示技術進行了探討。

關鍵詞：超高清；數字電視；技術探析

為獲得更加真實的臨場觀感以及視覺觀感，人類一直在追求更加清晰的圖像以及聲音。超高清數字電視通過各種關鍵技術的支撐，來提高圖像顯示效果以及電視機的整體功能，下文主要對超高清數字電視所采用的關鍵技術進行了分析。

一、視頻處理技術

4K超高清數字電視采用的初始數據比例較大，在4：4：4參照樣本下每秒約為6GB，而8K超高清數字電視采用的初始數據則達到了24GB。所以，應對如此龐大的數據傳輸量，傳統的壓縮編碼顯然不能滿足超高清數字電視的要求，必須要對數字編碼技術進行創新。對此，于2010年，相關視頻編碼專家開始對壓縮編碼進行研究，高效視頻編碼（HEVC）又稱為H.265、MPEG-H part 2，在這種情況下應運而生。該編碼技術適當提高了編碼復雜程度，和AVC相比，該編碼能夠在相同質量水平要求下，提供比AVC高出2倍的數據壓縮比。高效視頻編碼（HEVC）是AVC的拓展技術，二者的基礎技術都是通過比較視頻幀中的不同部分，來尋找到冗余區域（后續幀、單幀），然后再利用簡單的原始像素來替代這些冗余幀[1]。它能有效支持8K超高清數字電視的分辨率，顯著提升了視頻質量。

二、音頻處理技術

超高清數字電視共采用的音頻處理共有22個聲道，電視中間有10個，電視屏幕下方設置3個聲道，電視頂層設置有9個聲道，另外還有三個額外的立體聲聲道。通過22個聲道的組合，可構成一個完善的空間立體聲場。另外，可在22個聲道的技術上，增設兩個低音聲道來完成22.2多聲道音響系統（前方聲場完全覆蓋屏幕區域聲場覆蓋圖像所涉及的所有方向，創造一個三維立體的聽覺沖擊為廣闊的聽音區域，用戶所處區域皆被該聲場所覆蓋），該系統播放的聲音細膩程度吹毛求疵，人耳幾乎無法分辨出真實聲音和該聲道系統聲音的差別，視聽效果極為震撼。22.2多聲道音響系統對數據率的要求比較高，以24bit/s、48kb/s為例，該系統中音頻數據率要求達到了28mb/s，即便是經過壓縮技術進行處理，音頻數據率要求也達到了2.8mb/s。

三、電視傳輸技術

1.光纖傳輸

光纖傳輸是一種以光為信息傳播介質進行傳輸的一種技術，該技術能夠有效滿足視頻傳輸需求，在不利用中繼器的情況下，光纖傳輸最遠所能達到的距離達幾十公里（實際數值會受周圍環境影響）。這對超高清電視傳輸來說有著重要意義。

2.衛星傳輸

衛星傳輸的覆蓋面積比較廣，目前諸多運營商都利用衛星傳輸實現了超高清信號的傳輸。比如，日本天空完美JSAT于2013年就利用衛星傳輸完成了4K超高清信號傳輸比賽，而我國也陸續發布了衛星傳輸4K傳輸技術方案。

3.地面傳輸

地面傳輸技術會受區域影響，該技術有著較為明顯的區域差異。比如，美國所采用的是脫胎于當下MPEG-2的ATSC 3.0，該技術支持H.265（HEVC）Main 10 Profile編碼（壓縮效率提升最高50%以上）以及視頻壓縮，可讓廣播上實現高達25Mbps的數據傳輸；日本則采用的是ISDB-T標準，日本地面傳輸不局限于數字電視傳輸，同時該標準也囊括了聲音以及數據廣播[2]。

四、電視顯示技術

超高清電視想要真正達到卓越的顯示效果，實現超高清顯示功能，就需要在面板、數據處理、信號接收方面達到一定的要求。首先，分辨率為3840*2460的面板可稱之為超高清4K面板，目前已經實現了目標，主流的4K面板分為ISP、VA兩種類型，面板的尺寸主要為65in、55in；其次，驅動接口，目前較為常用的數據接口分為V-by-One、LVDS兩種，其中V-by-One的色彩為12bit，支持屏幕刷新率240hz，每秒數據傳輸速率為3.75Gb/s；LVDS是一種基于低壓差分信號的接口形式（低壓差分信號是一種電子訊號系統，可滿足現今對高效能資料傳輸應用的需求，同時系統供電電壓減低到2伏特），LVDS支持傳輸速率為155Mbps，并且能夠讓信號在差分PCB線上以幾百Mbps的速率進行傳輸，在實現了低壓標準的同時，實現了低功耗、低噪聲[3]。

結束語：

綜上所述，國內外目前對超高清電視都極為重視，并且相關技術的研究也取得了顯著成效，超高清電視的視頻處理技術、音頻處理技術、電視傳輸技術、電視顯示技術越來越成熟，在不久的將來，超高清電視會逐漸普及，必將極大程度提升人們的視覺、聽覺體驗。

參考文獻

[1]武其達，何小海，林宏偉，et al. 結合幀率變換與HEVC標準的新型視頻壓縮編碼算法[J]. 自動化學報，2018（09）：92-102.

[2]于斌. 淺談廣播電視傳輸技術措施[J]. 科學技術創新，2017（1）：45-45.

[3]劉華鋒. 高速LVDS接口的FPGA設計與實現[J]. 科技視界，2018（09）：104-105+120.

（作者單位：河北廣播電視臺技術部）