4g超高清電視的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

4g超高清電視的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直旨在追求更完美、更清晰的圖像和聲音。數(shù)字技術的發(fā)展加速了電視分辨率的提高。從標準清晰到高分辨率普及，再到高端4k電視的銷售和高端ik8的初步結論，我們顯示了當前電視行業(yè)的發(fā)展趨勢。在今年初的美國CES國際消費電子展展會上,眾多4K分辨率的超高清電視讓人耳目一新,國內(nèi)外各品牌都已經(jīng)推出了4K電視機及周邊產(chǎn)品。日本、韓國、美國、法國等國家,都在加緊建設4K電視直播平臺,并在一些世界性的集會上進行了實驗性的傳輸。電視行業(yè)顯然已邁入超高清時代。一方面,4K電視必然為相關企業(yè)帶來新的發(fā)展契機,有線電視運營商也是其中一方;另一方面,新興事物的發(fā)展總是風險與機遇共存的,4K電視的發(fā)展需要國內(nèi)外政策支持、規(guī)范、技術、市場支撐。廣電運營商需要對4k電視的產(chǎn)業(yè)鏈成熟度,市場發(fā)展形勢,研發(fā)進展和技術難題等方面進行剖析,積極探索,做好充分準備,才能抓住機會,適時推出配套的業(yè)務和服務。4超高清電視的發(fā)展超高清電視(UHDTV,UltraHighDefinitionTelevision),又稱為UltraHDTV、4320P及UHDV(UltraHighDefinitionVideo),是HDTV的下一代技術,包括“4K分辨率(3840×2160像素)”和“8K分辨率(7680×4320像素)”。通常我們目前所指的超高清電視即4K分辨率電視。UHD超高清電視具備了兩個優(yōu)點:第一、UHD超高清技術能夠最好地還原畫面的真實,觀眾在使用超高清技術觀看電視時,展現(xiàn)出4倍于全高清的畫面信息量,畫質更加清晰細膩,細節(jié)表現(xiàn)更加充分,消費者可以得到更逼真的觀感,會產(chǎn)生與肉眼直接觀看類似的效果。第二、UHD超高清技術打破了超大屏幕與超高清一直以來無法兼得的限制。超高清大尺寸,能夠真正地滿足消費者對電視畫質日趨日上的需求,也為電視廠商尋求到新的業(yè)績增長點。4K超高清電視的發(fā)展設計到整個產(chǎn)業(yè)鏈的更新,內(nèi)容涵蓋信源壓縮編碼、傳輸信道編碼,在接收機端,涉及到超高清數(shù)字電視的接收和解碼、顯示。以下針對4K超高清電視涵蓋技術進行逐一說明。1.k超高清最佳觀看角的確定4K超高清電視尺寸大,許多人會產(chǎn)生家庭客廳縱深不夠,無法觀看等疑問。事實上,分辨率、尺寸大與觀影距離之間并不是單純的線性關系。超高清電視的觀看角較大,具體的數(shù)值由以下公式計算:其中,為觀看角(FOV),γ為幅型比,n為觀看距離與屏高之比。對4K超高清,γ=16:9,n=1.5;對8K超高清,γ=16:9,n=0.75。由此可知,4K超高清的最佳水平觀看角開度為58°,8K超高清的最佳水平觀看角開度為96°。而高清電視的最佳水平觀看角開度僅為31°。具體數(shù)據(jù)參看下圖表。2.圖像的基本結構超高清的基帶圖像格式為:1.幅型比:16:9;2.采樣方式:逐行;3.取樣結構:正交;4.量化深度5.色度:依然以紅、綠、藍作為三基色,初步確定擬采用表1的色度參數(shù)。6.量化深度:超高清電視的推薦的量化深度為12比特,可表示(212)3約687.2億種顏色,是10比特量化深度的64倍,8比特量化深度的4096倍。當觀眾觀看超高清電視時,能體驗到層次更豐富,色彩過渡更加平滑細膩,真實色彩還原度更好的畫面。3.超高清電視系統(tǒng)研究的內(nèi)容超高清數(shù)字電視圖像的數(shù)據(jù)量巨大,不能使用目前的MPEG-2或MPEG-4(AVC)標準來實現(xiàn)信源壓縮編碼。從系統(tǒng)角度來看,超高清數(shù)字電視系統(tǒng)研究的內(nèi)容包括信源壓縮編碼、傳輸信道編碼,在接收機端,涉及到超高清數(shù)字電視的接收和解碼、顯示。如果還要考慮兼容性,超高清數(shù)字電視的研究領域還包括圖像的插補和處理。(1)數(shù)字視頻格式的格局H.265的壓縮效率是H.264的兩倍。與H.264高檔次(HighProfile)對比,在保持計算復雜度基本一致,主觀圖像質量相當?shù)那疤嵯?將碼率下降50%。在稍微增加復雜度的前提下,還可以將碼率下降到25%。目前,有線電視和數(shù)字電視廣播主要采用的仍舊是MPEG-2標準。跟MPEG-2相比,同樣的內(nèi)容,H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。首批H.265硬件實現(xiàn)可能會普遍缺乏UHDTV所需要的main10profile支持,目前上市的第一波4K超高清電視還不具備H.265硬件解碼器。(2)壓縮差分技術在現(xiàn)有網(wǎng)絡上的應用日本KDDI及J:COM采用了一種新的圖像壓縮技術,可以在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡中同時傳送高清、4K、8K的圖像,并進行50%的壓縮。這樣,即可保證了現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡可以繼續(xù)使用,減少投入,不影響原有有線電視業(yè)務。KDDI提供的數(shù)據(jù)顯示,同樣的圖像采用H.264壓縮在160Mbps時,HEVC達到80Mbps,而KDDI的技術可以達到70Mbps。同時傳送使用的是差分技術。在同時傳送高清、4K、8K節(jié)目時,把各種大小圖像分辨率的差分信息進行壓縮,再整理組合,用以在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡中進行頻分傳送。復合后的圖像與源圖像不會有差異。(3)實時幀/秒處理視頻接口方面,有兩種接入方式。一種是HDMI,普通電視使用一根HDMI1.4的cable即可,幀數(shù)是24fps/30fps。下一代的HDMI標準(2.0版),使用4個電纜,同時推送4路FullHD的方法,支持4K的60幀/秒處理能力。另一種是視頻電子標準協(xié)會VESA發(fā)布DisplayPort雙模式1.1標準,支持4K的60幀/秒處理能力。4.dvb-s1算法第三代信源編碼標準呼之欲出時,信道傳輸標準在2009-2010年間完成了第二代更新。第二代標準DVB-C2(ETSIEN302769:2010),DVB-S2(ETSIEN302307:2004)及DVB-T2(ETSIEN302755:2009)的系統(tǒng)模型相似,如圖2所示。第二代DVB標準的系統(tǒng)輸入可以是1路或多路MPEG-2傳輸流(TS),和/或是1路或多路通用封包流(GES)。輸入預處理器(它不屬于系統(tǒng)模型),可以是業(yè)務分割器或解復用器,用來將業(yè)務分割成1個或多個邏輯數(shù)據(jù)流,通過物理層管道進入系統(tǒng)輸入。這樣使第二代DVB標準能夠靈活地支持多種業(yè)務。第二代DVB標準中糾錯編碼采用BCH+LDPC,取代了原來的RS(204,188)。BCH與RS編碼一樣屬于線性循環(huán)編碼,具有糾錯能力。LDPC是低密度奇偶校驗編碼,采用BCH+LDPC的級聯(lián)糾錯編碼,在接收信號載噪比高于門限時,幾乎可以達到“準無誤碼”的理想接收。第二代DVB標準普遍采用高階調制,DVB-C2最高達到4096QAM,DVB-T2達到256QAM,使一個調制符號攜帶更多的數(shù)據(jù)比特。DVB-C采用單載波QAM調制,而DVB-C2采用OFDM(正交頻分復用)調制。采用上述最新技術后,除了傳輸性能的提高,在頻譜效率方面DVB-T2的數(shù)據(jù)傳輸達到40Mbit/s以上,DVB-C2的數(shù)據(jù)傳輸達到56Mbit/s,可以實現(xiàn)在一個8MHz帶寬的傳輸通道內(nèi)傳輸4K模式超高清壓縮編碼的信號;采用頻道綁定技術,在32MHz帶寬的通道內(nèi)可以傳輸8k模式的超高清電視信號。而衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標準ETSI(全歐廣播電視組織)在2004年1月頒布了新的衛(wèi)星數(shù)字電視標準DVB-S2(ETSIEN302307:2009),將取代DVB-S應用于數(shù)字衛(wèi)星通信、廣播的新標準。DVB-S2和DVB-S相比具有以下的優(yōu)勢和特點:1.DVB-S2采用BCH(Bose-ChaudhuriHoequenghem)碼(取代ReedSolomon外碼)和低密度奇偶校驗碼LDPC級聯(lián)成新的信道編碼方案和高階調制組合,構成更好的傳輸方案。2.DVB-S2頻譜成形中的升余弦滾降系數(shù)a可在035、0.25、0.2中選擇,而不是DVB-S固定的0.35,自然a越小,可以獲得下降更陡峭的載波波形,頻譜利用率越高。3.對于不同的業(yè)務(SDTV、HDTV、音頻和多媒體)可以采用不同的誤碼保護級別,即用可變的編碼和調制方案(VCM,valiableCodingandModulation)。4.DVB-S只有一個QPSK調制方式,使得衛(wèi)星傳輸信號的能力受到很大限制。DVB-S2則將其拓展為多個可以選擇的方式,即QPSK、BPSK、16APSK、32APSK,相應每個調制符號映射的比特數(shù)分別為2、3、4和5。這就使得衛(wèi)星傳輸能力極大地提高。關于如何廣播傳輸超高清電視這一問題的時論,目前集中于現(xiàn)今還未使用的2GHz衛(wèi)星頻段,但地面數(shù)字電視廣播最終也有可能傳輸UHDTV,因此,新一代的衛(wèi)星和地面、有線方式的信道傳輸標準是關注的焦點。5.g電視的規(guī)范與分析近日,國家廣播電視產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心、中國電子商會發(fā)布了4K超高清電視首個行業(yè)統(tǒng)一標準—《4K超高清電視選購標準》,首次從屏、芯片、系統(tǒng)、畫質提升技術等方面,對4K電視進行了全方位的嚴格規(guī)范。4K電視五大《標準》規(guī)范主要包括5大方面:配備專業(yè)級UHD超高清顯示屏;具備四核及以上處理器且內(nèi)置4K解碼芯片,搭載Android4.2及以上版本操作系統(tǒng);應用成熟的2K轉4K畫質提升技術;具備USB3.0、HDMI1.4及以上版本的高速傳輸端口;搭載豐富智能云應用,實現(xiàn)家庭多終端互聯(lián)互通。國內(nèi)外4項發(fā)展1.在國外的發(fā)展(1)國外超高清傳輸網(wǎng)絡日本計劃于2014年推出首個4K服務,2016年開始研究8K服務,2020年提供更多的4K、8K電視服務。日本NHK已在2013年NAB展會上展示了超高清電視系統(tǒng),包含無線8K超高清電視(SHV)的首次地面?zhèn)鬏敽徒邮?。本次試驗由英國BBC、美國NBC和日本NHK聯(lián)合發(fā)起,采用4360x7680的8K超高清系統(tǒng)、22.2多聲道伴音系統(tǒng)。通過在奧運會現(xiàn)場采集奧運會信號,經(jīng)過視頻格式轉換,壓縮編碼(8組1080x60p),輸出8路MPEG-2TS,其中,壓縮編碼后的視頻碼率為280Mbps,音頻每個通道的碼率為284KBit/s;再進行復用后生成兩路MPEG-2TS,轉換成MPEG-OverIP,在IP網(wǎng)上采用UDP方式傳輸通過專線到美國和日本等其他地方,IP網(wǎng)絡的傳輸碼率為350Mbit/s。超高清傳輸網(wǎng)絡圖如圖所示。歐洲的衛(wèi)星公司在2013年1月8日,啟用Eutelsat10A衛(wèi)星開辟一個超高清電視演示頻道,供歐洲國家內(nèi)4K級超高清電視方面的機構專用。主要技術格式是:逐行掃描方式,每秒50幀的幀頻,MPEG-4編碼格式,40Mbps的數(shù)據(jù)率。(2)電視解碼系統(tǒng)Broadcom公司宣布,世界首個數(shù)據(jù)率為1Gbps的超高清視像解碼器芯片已經(jīng)投入市場,樣片及開發(fā)板已經(jīng)面向市場,符合Dcosis3.0版規(guī)范的第四代單片系統(tǒng),能夠實現(xiàn)24個下行頻道和8個上行頻道的粘合,可使北美洲的有線電視系統(tǒng)獲得下行/上行為960Mbps/240Mbps的吞吐能力。晨星已開發(fā)出了樣片,今年將會量產(chǎn)。博通最近推出首款超高清電視視頻解碼器解決方案。高通已宣布將驍龍S4系列處理器進一步分級,同時支持電視機和機頂盒。愛立信推出了視頻編碼芯片,采用HEVC壓縮技術,可以在MPEG-2的基礎上節(jié)約50%的碼率。Snell&Wilcox旗下的一系列產(chǎn)品包括路由切換器、光纖基礎設施(IQCWM09光纖CWDM組件和IQORX80多路光端接收機)和Kahuna360多格式制作切換臺都可支持超高清。例如IT化影視后期制作系統(tǒng)PabloRio,采用CPU+GPU+通用存儲,以低成本實現(xiàn)了4K/3D制作,支持幾乎所有4K攝像機RAW文件格式;支持AJACorvidUltra視頻卡,形成完整的4K60fps/50fps甚至更高解晰度的工作流程。蘋果在4K方面將推出4K超高清電視機,內(nèi)置語音和體感控制功能,支持上網(wǎng)功能。2.國內(nèi)數(shù)字視頻設計合作廠商方面,各電視廠商推出了4K超高清電視。PPS、優(yōu)酷土豆、迅雷等網(wǎng)絡視頻app使用H.265編碼提升視屏畫質。國家研究機構方面,科技部確定《新一代數(shù)字電視關鍵技術研究及驗證》項目由數(shù)字電視國家工程研究中心牽頭,聯(lián)合上海文廣互動電視有限公司、上海交通大學、北京數(shù)字電視國家工程實驗室、深圳數(shù)字電視國家工程實驗室以及工信部電子工業(yè)標準化研究院共同承擔,中國科學院、北京大學、清華大學、中國電信、西安電子科技大學、中國傳媒大學等單位參與項目研發(fā),張文軍教授擔任項目首席專家?！缎乱淮鷶?shù)字電視關鍵技術研究及驗證》是在數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)面臨轉型的關鍵時刻啟動的重大主題項目,將大大推動我國數(shù)字電視技術和產(chǎn)業(yè)升級工作的進展,通過這個重大項目的實施,在“內(nèi)容與網(wǎng)絡的協(xié)同”、“廣播網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互動”、“新型無線覆蓋網(wǎng)設計”等方面實現(xiàn)技術突破。該領域所形成的全鏈路技術構架、新型超高清與交互網(wǎng)絡的原型系統(tǒng),將為我國開展下一代數(shù)字電視及媒體網(wǎng)絡標準研究,提供重要的系統(tǒng)技術方案基礎,也為我國數(shù)字電視工業(yè)發(fā)展提供關鍵的技術動力,從而有望使我國盡早形成新一代數(shù)字電視全系列的產(chǎn)業(yè)體系。g光軟系統(tǒng)的整合由此可知,4K電視的優(yōu)勢就是畫面。完整的電視觀看體驗,包括畫質、音質以及內(nèi)容和服務等一系列的因素,硬件和軟件的升級最終還是要走向統(tǒng)一和融合。4K電視產(chǎn)業(yè)鏈涉及到專業(yè)器材、顯示終端、拍攝制播、片源播放、編碼標準等多方面,借助廠商、內(nèi)容提供商等多方的力量,提升技術、營銷等水平,建立合作伙伴網(wǎng)絡,提供靈活的服務。目前,4K產(chǎn)業(yè)鏈雛形已逐漸形成。1.超高清電視技術標準國際電信聯(lián)盟(ITU)關于超高清電視(UHDTV)規(guī)格推薦草案,定義了顯示屏4K及8K的具體參數(shù),分別是3840×2160和7680×4320。目前,超高清電視技術標準已在ITU專項工作組內(nèi)獲得通過。規(guī)格先行,讓生產(chǎn)廠商有規(guī)格可循,對于超高清電視的發(fā)展來說,無疑是理清了道路,有利于產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。4k面板會在55~84英寸之間,以60英寸以上的為主。2.相關產(chǎn)品(1)攝像頭攝像頭支持4K分辨率的攝像機主要有REDONE、索尼及佳能。支持4K分辨率的攝像機的廠商及型號如下圖:(2)電影數(shù)字信號目前暫缺4K超高清電視的片源,既存的圖像信號源幾乎為全高清或標清信號。達到4K分辨率的基本上是電影數(shù)字信號。今后該領域需要開發(fā)能夠保存4k×2k影