4K電視技術現狀與應用研究

翟音音

摘 要

在移動互聯網快速發展背景下，電視技術完成從模擬到數字再到4K/8K超高清技術的快速轉變，通過提供高清畫質電視節目以應對新媒體時代的挑戰。基于此，本文對4K電視技術在國際國內的發展現狀進行分析，結合當前4K電視制播情況對技術參數多維化、內容制播智能化和信號傳播先進化趨勢進行了探討，希望能夠為4K技術應用提供參考。

關鍵詞

電視技術;模擬信號;4K技術

中圖分類號： TN949.1文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.062

0 引言

電視技術經歷了從模擬到數字的轉變，獲得了更加廣闊的發展空間，相較于早期模擬信號，數字電視技術運用能夠完成畫質清晰、穩定和色彩還原度高的電視節目制播。隨著計算機技術、廣電技術的不斷進步，我們迎來了一個能為觀眾提供更優質的視聽體驗的4K超高清時代。

1 電視技術的發展史

從1925年誕生以來，電視技術發展已經接近100年，期間隨著電子通信技術的進步不斷升級換代，給社會信息傳播帶來了革命性變化。從上世紀70年代各地陸續完成無線電視發射臺站建設，發展至90年代實現有線電視與無線電視的協同覆蓋。在電子通信技術得到廣泛應用基礎上，電視技術開始取得數字化發展，從2008年高清數字電視首播開始，在全國得到了普及。電視技術完成從模擬到4K的轉變僅僅經歷了不到20年，從2002年電影行業提出4K概念到2012年國際電信聯盟發布超高清電視標準只用了10年，使得4K超高清電視技術取得了快速發展。

2 4K電視技術的發展現狀分析

2.1 4K電視發展現狀

國際電聯ITU頒布了面向新一代超高清UHD視頻制作與顯示系統的BT.2020標準，重新定義了電視廣播與消費電子領域關于超高清視頻顯示的各項參數指標，促進4K超高清家用顯示設備進一步走向規范化，對4K超高清節目制作、編碼傳輸和接口處理等各方面做出了規定。美國、歐洲等國家和地區都在超高清電視標準化研發方面取得了一定成果。而我國盡管在標準化工作方面稍顯落后，但近年來不斷引進國外相關技術標準，以加強4K技術探索和實踐規范。中央電視臺從2015年《春節聯歡晚會》開始嘗試進行4K拍攝與制作，之后除了體育賽事轉播中使用4K技術，也還制作了一系列高質量的全4K紀錄片。2018年，中央廣播電視總臺率先開播了超高清電視頻道，并提出發展規劃要求在2022年完成4K超高清電視技術體系建設。4K技術之所以能夠取得如此快的發展，與移動新媒體帶來的強大沖擊密不可分，而面對移動新媒體帶來的巨大競爭壓力，4K電視技術成為了提高電視媒體質量的重要手段，是未來電視媒體制播的必然選擇。2019年3月1日，工信部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺印發《超高清視頻產業發展行動計劃（2019-2022）》。該計劃指出，按照“4K先行、兼顧8K”的總體技術路線，大力推進超高清視頻發展和相關領域的應用，2020年需要實現電視全面高清化，2022年我國超高清視頻產業總體規模超過4萬億元，全國將擁有2億超高清電視用戶，超高清電視產量能夠達到3萬小時以上。現階段，4K電視技術已經能夠達到3840×2160P分辨率，實現800萬級別像素點[1]。

2.2 4K制作技術標準

從4K電視制作流程來看，需要將RAW格式當成是前提，根據格式完成管理方式規劃設計，順利實現高碼流素材合成，并完成低碼流素材的粗編，提出符合不同類型節目制作需要的方案與流程，促使后期視頻剪輯等處理工作效率和質量得到提高，才能完成規范4K制作流程體系的建立。在電視節目錄制上，目前北京電視臺采用了現場視頻高清轉播技術對春節聯歡晚會和較多節目進行錄制，運用4K拍攝技術對最優伽馬曲線、色域等進行選取，并完成碼率科學記錄。在后期編制中運用NOVA工具從云存儲中獲得文件，將用戶組和信息當成是參數，利用云媒資源庫接口實現數據訪問，在插件中傳遞元數據信息、關鍵幀等。將拍攝素材劃分為圖片、音頻、視頻，輸入標簽檢索素材文件，建立xml格式為資源添加時間線，能夠有序進行素材剪輯[2]。從4K節目制作流程來看，整個過程相對繁瑣，未能加強嚴格控制將導致節目質量受到影響。現階段，歐洲電信標準化協會、國際電聯等組織都陸續開展了超高清電視標準化工作，從節目制作、編碼傳輸、測試等各方面制定關鍵技術標準，從而加強對4K電視制作關鍵環節的管控。在這一背景下，國家廣電總局也頒布了《高動態范圍電視節目制作和交換圖像參數值》、《4K超高清電視主觀評價用測試圖像》等一系列技術規范，保證超高清電視工程建設工作得以穩步、科學開展。

2.3 4K電視制播模式

在電視制播模式上，4K電視節目制播主要衍生出兩種模式，一種為伴隨HD的制播模式，另一種為原創混合現實模式。在《飛向月球》紀錄片制作上，央視提出了原創混合現實4K制播模式，聯合采用增強現實、虛擬現實等技術完成可視化環境構造，對節目視覺效果進行精致包裝。結合節目故事場景完成拍攝、渲染和后期編輯緊密連接的演播室環境創造后，節目組采用機器人及設備上4K攝像頭進行拍攝，加入4K實時渲染燈光效果、音頻聲效等，并在拍攝后立即用4K合成技術進行處理，保證了每組鏡頭的視覺效果。伴隨HD模式也是由央視提出，在2017年4K春晚錄制采用了將6套4K訊道攝像機和基站替換原有的高清設備，在滿足高清演播室系統正常轉播高清節目的同時兼顧4K畫面記錄的需求。但采取該模式需要開展大量的后期編輯工作，導致節目生產需要較長周期。發展至2018年，央視通過改造高清轉播系統，將節目產量從21小時提高至851小時。2019年，央視春節聯歡晚會首次實現4K超高清直播，直播全程采用4K HDR高動態圖像和5.1環繞聲技術，采用國內自主產權的編碼壓縮技術，全鏈路配置多備份的同步信號路由，為觀眾呈現了一場更高清晰度、更寬色域、更高動態范圍和環繞聲音頻的影院視聽體驗。

3 4K電視技術的應用趨勢探討

3.1 技術參數多維化

結合4K電視技術應用進展可知，未來該技術將向著參數多維化的方向發展。4K技術的應用，目的在于給觀眾帶來沉浸式音視頻體驗，促使其在視頻清晰度、視覺角度等方面不斷取得技術突破，如畫面分辨率已經從4K發展至8K，幀頻從50p向120p方向發展，以便使節目畫面更加流暢。為促使技術參數得到全面提高，4K技術標準也開始向高動態范圍發展，以便使畫面擁有更加豐富色彩層次和明暗細節，聲音則向著三維環繞立體聲的方向發展。在4K制播中，沿用基帶將一路4K信號當成是四路3G信號，碼率僅能保持200Mbps左右。未來伴隨著技術進一步發展，超級矩陣背光技術、超高清顯示技術等各種技術能夠得到應用，促使碼率和分辨率等參數能夠同時得到優化，以便使畫面清晰度、視覺角度等各方面能夠給觀眾帶來良好電視體驗，繼而使4K電視技術市場得到進一步拓展。

3.2 內容制播智能化

超高清電視節目制作花費過多時間和成本，同時制作出的內容符合標準的數量較少，是導致4K電視發展受限的重要原因。在智慧廣電建設背景下，需要不斷加快內容生產創新，引入人工智能技術轉變內容生產方式和電視節目內容形態，促使內容制播向著智能化方向發展。近年來，伴隨著智能化4K超高清頻道后期編制系統的開發應用，4K超高清內容自動化生產流程逐步得到了完善，能夠利用云計算、大數據等技術推動節目內容模板化制作，面向特定觀眾進行有價值內容生產，確保觀眾能夠接收更多高質量節目內容。在電視基帶信號從3Gbps提高至50Gbps期間，電視媒體云資源庫得到了建立，確保節目制播傳輸需求能夠得到滿足。而伴隨著IP傳輸距離的延長，IP化的融合制播架構得以被提出，在優化寬帶的同時，提高節目內容生產效率，實現制播成本壓縮。

3.3 信號傳輸先進化

面臨超高清電視技術帶來的海量視頻數據，電視節目信號傳輸勢必需要取得先進化發展。在電視分辨率、幀頻等得到提高的同時，節目壓縮編碼技術將得到改進，在H.265標準基礎上提出更先進編碼技術，通過提高編碼效率保證節目能夠高效傳輸。而在網絡建設上，為滿足超高清電視業務開展需求，IPTV、衛星、有線、無線等各種技術將實現融合發展，不斷推動技術演進。面對這一趨勢，有線電視需要完成網絡雙向改造，推進光纖化、IP化，多載波聚合、信道捆綁等信道傳輸技術也將得到進一步研究[3]。而在移動交互廣播電視技術體系建立的過程中，5G技術將得到推廣應用，能夠促使電視信號傳播網絡得到升級改造，與超高清視頻業務開展相匹配，確保信號得到高效傳輸，繼而給觀眾帶來極致速度體驗。

4 結論

綜上所述，在模擬電視市場份額逐步被數字化媒體取代的過程中，電視節目制播還應重視4K技術的應用，以便通過提供高質量的視頻和音頻滿足互聯網時代群眾對廣播電視節目的要求。在實踐工作中，還應順應4K電視技術發展趨勢，在技術參數、內容制播、信號傳輸等各方面不斷改進，以便推動電視制播產業的良性發展。同時要把握5G技術發展，搭乘5G時代帶來的高帶寬、低延時、移動性和時效性的特點，使得在節目創作不再受時間和地點的束縛。中國正在成為全球4K和5G兩項熱點前沿技術最大的應用市場，4K與5G技術的融合，將極大促進媒體行業創新節目形態、豐富分發手段和優化用戶體驗。

參考文獻

[1]周文.探究4K技術在電視中的應用[J].西部廣播電視，2019（10）：206+208.

[2]李劍鋒.4K電視技術發展及應用研究[J].科技傳播，2019，11（07）：77-78+147.

[3]姜文波.電視媒體5G+4K+AI應用實踐[J].現代電視技術，2019（06）：22-32.