淺析超高清電視發展現狀與展望

劉唐杰

1 超高清電視技術的發展現狀

1.1 超高清電視內容制作技術

超高清電視的構造和應用主要是通過超高清晰的現場體驗的理念來研發設計，因為目前對超高清攝像機的應用相對廣泛，如使用1.25 英寸的CMOS圖像傳感器，所以其特征是有較高的靈敏度、功耗較低，3 300 萬像素的拍攝畫質等。除此之外，還具有還支持60fps 和120fps 的頻率，輸出格式星羅棋布，其中包括ProRes 格式、HD-SDI 格式和無壓縮視頻格式等[1]。日立和NHK 聯合共同研發的攝像機，技術采用的是120Hz 的全光譜超高清圖像傳感器，其可以使60Hz 的捕捉率提高到120Hz，從而使動態圖形比較連貫。雖然動態影像不明顯，但是在對快速運動進行拍攝的時候，就會有十分明顯的優勢，尤其是進行體育賽事的直播。

1.2 超高清視頻編碼技術

超高清電視信號碼率是傳統高清電視所不能進行相比較，因為超高清電視信號要高出很多，所以超高清電視技術才可以替代高清技術并得以普及，以4:4:4 采樣為例，與以往的高清電視與現在4K超高清電視信號圖像相比4K 的信號圖像的數據為6Gbps，而超高清8K 高清電視的數據更是為24Gbps。而以往的高清電視傳輸大碼率的數據可以說是困難重重，因此視頻編碼技術的提高是唯一可以使用的方法，以此來來壓縮原始信號。

H.265/HEVC 是最新研發的視頻編碼。而傳統視頻編碼是H.264，對于H.265 的相關技術的強化十分必要，通過應用新技術新的方法來對編碼的質量進行提升，使編碼能夠達到最高的使用效率，這在很大程度上就優化編碼的設計。在2013年初，H.265/HEVC 的應用已經得到國際電聯的批準。而博通等芯片廠商也發布了相應的解碼芯片，這就在預示著新編碼標準產業即將迎來新的篇章，該產業會在未來逐步的發展和進步。H.264 的標準是在2～4 倍的復雜程度上，還要進行更為完善的改進，因此在H.265的設計上大量提升了壓縮的效率。與此同時，H.264還實現在1Mbps 以下的傳輸帶寬，可以進行1 080p的高清視頻傳輸，這就完全可以滿足4K 和8K 超高清視頻傳輸的需求。

1.3 超高清音頻處理技術

科技的不斷發展，越來越多被認為電視存在著不真實的現象，因此人們提出在觀看視頻時要有親臨現場的感覺，因為就目前的狀況來看還不可以有這樣的體驗，所以一定要想有效提高觀眾在觀看視頻時的臨場感和真，實感，那么如此一來視頻體驗還需要配合超高清的聲音系統才可以得以實現，也只有這樣才能使觀眾獲得更好的親臨現場的體驗。目前，22.2 聲道的音頻系統能夠與超高清系統進行配套，所以會在以后得到廣泛的普及。22.2 聲道音頻系統與普通的音頻系統不同，因此，現在采用立體環繞的音效布局，可以使觀眾有親臨現場的體驗。針對這樣的情況22.2 聲道系統是可以提供頂部與底部的聲音也就是立體環繞，如此一來有親臨現場的感覺更加的真實。并且22.2 聲道音頻格式在不斷完善的過程中，其中包括傳輸、編碼和家庭影院技術等各方面的技術更新。

1.4 超高清信號傳輸技術

超高清信號的傳輸系統的應用，還在驗證階段，因為只有通過不斷的實驗驗證，才可以在驗證時，使用作為基礎的IP 傳輸系統來進行驗證。超高清IP 的傳輸系統一般是由不同的方式進行傳輸，分別有3 種傳輸的應用方式：一是視頻格式轉換器，其可以將每秒60 幀的高清視頻轉為16 個每秒30 幀的高清視頻圖像；二是頻頻編碼器，視頻編碼器是由四組從屬編碼單元構成，每個從屬編碼單元中都包含四個單獨的MPEG-2 編碼器以及一個多信道幀同步器，當使用編碼器進行圖像壓縮的時候，如果分辨率超過了HDTV，就要將超高清圖像分割，編碼器按照標準來將其進行編碼。編碼以后的音視頻信號通過DVB-ASI接口來傳輸；三是IP傳輸網適配器，IP 網絡適配器屬于協議網關，可以將TS、RTP 數據包進行轉換。在解碼器端，主從屬解碼單元在時間上要與所有從屬解碼器能夠適配，可以對傳輸過程中出現的延遲現象進行修正，使四組TS 流同步解碼。當前已經在國際上有所使用，雖然只是有極少數的應用，但是也是預示著將會有發展的良好前景。而在日本已經通過實驗NHK 可以在實驗室的環境之下完成這樣的8K 傳輸。

1.5 超高清顯示技術

ITU 對超高清視頻顯示的空間特性、時間特性還有系統比色發都進行了規定。在規范中，UHDTV系統級色域采用的是RGB 色彩空間，紅基色波長630nm，綠基色波長532nm，藍基色波長467nm。所以UHDTV 在色域方面十分具有優勢，HDTV 不能呈現的顏色都可以呈現出來[2]。

2 超高清電視的發展趨勢

2.1 日本NHK 領跑8K 超高清電視的發展

8K 超高清電視從全球范圍來看，還處于起步的階段，只有日本制定了相關的超高清電視發展路線圖，美國、英國、中國和日本開通了4K 廣播，但是并沒有明確的關于8K 廣播的計劃。日本在2014年就發布了超高清路線圖，并且是在規定的時間內完成線路圖的各種實驗，不但在日本的國內得以應用。而且還推向了國際，如2018 年的平昌冬奧、俄羅斯世界杯，都得以應用。通過平昌冬奧會的情況來看，日本的這次實驗室非常的成功，因為NHK在開幕式與重要項目都使用了8K 的超高清制作，不僅僅是在通過賽事轉播來進行內容的測試，日本NHK 還不斷對8K 超高清電視的相關標準進行完善，與專業的廠家進行合作，不斷研發更多的設備，對制作和傳輸等設備進行豐富與發展。由此可見，日本的NHK 在8K 超高清電視上處于全面領跑的狀態。

2.2 8K 超高清電視技術進入快速發展時期

近10 年來，在電視制播領域最大的變化就是電視制作開始出現網絡化與數據化，電視的發展由開路播出到有線到衛星廣播再到現在網絡技術的傳播方式，與此同時，電視技術清晰度也在不斷的發展中，由模糊不清到黑白道彩色到清晰度再后來高清度，而如今將會由4K 到8K 發展，并且4K 設備在2018 年NAB 展會上屬于主流的設備，許多的電子消費市場上也都是4K 電視機，4K 家用攝像機和數碼相機也不斷增加，手機也開始具備4K 拍攝能力。而4K技術的成熟也可以推動8k技術的快速發展。在2018 年的NAB 和CES 展會上可以看出，生產8K超高清設備的廠家不斷增加，產品也越來越多。而且8K 設備不是單個的設備，已經可以組成完整的系統。所以，8K 超高清技術很快就會進入快速發展的時期。

2.3 2020 年冬奧會是8K 超高清電視的發展里程碑

根據日本NHK 對于超高清電視的發展路線圖，在2020 年時NHK 會對東京奧運會進行4k 或8k 的超高清轉播。可以推測到的結果是奧運會的公共信號將會是NHK 采用8K 設備來制作完成這次的播放。有了這樣的預測結果，那么全世界的各大廣播機構都會從這方面展開籌備計劃，屆時觀眾所看到的奧運直播將會是由4K或8K信號來全程播放，與此同時，也會令觀眾前所未有的驚訝，360°沒有死角的觀看奧運節目，而此時，不僅可以高度清晰的觀看奧運會，而且一這樣的方式8K 超高清也會得到大力的推廣。因為已經有東京奧運會做一個很好的示范，所以將會迎來8K 超高清電視的發展里程碑[3]。

2.4 超高清電視的在內容和外形上的改變

超高清電視將在內容上進行突破，因為超高清電視的頻道比以往的高清電視頻道大有增加，所以隨著頻道數量的增加人們對超高清的節目內容然也會有所增加。目前，在電視應用比較發達的國家都已經開始對電視進行新的突破，如在電視產業的整體布局上和高清領域發展都在大力的引導推動力度，要盡快的豐富超高清電視的節目內容資源。對此會在超高清電視的基礎上進行進一步的改進，其一是技術上，其二是視頻數據傳輸空間和分發效率。與傳統的電視相比高清電視不僅在內容上有大的改變，而且在外形上也有大的改變，傳統電視笨重，移動不方便，還比較占地方；而現在的高清電視都沒有這些的缺點，內容上更是豐富多彩，因此這是技術上的提升；在數據的傳輸方面可以說是突飛猛進，沒有以前那樣的局限性，觀看節目時隨心所欲。

3 結論

超高清電視的技術能夠使人們觀看到更高更清晰的畫質，并且還有更高的臨場感，這會為人們帶來視覺性的變革，有利于整個電視行業整體利益有所提高，同時也可以為相關的產業帶來了許多商機。但是超高清電視的技術在目前還存在一定問題，還需要很長的時間才能進入受眾家中，不過隨著技術的發展，必定會為觀眾帶來全新的體驗。