4K超高清电视技术分析

李蕾

摘 要：高清分辨率彩电的快速发展，将对网络电视、数字电视产生了巨大的推进作用。4K超高清电视技术的应用将成为电视行业发展中的一个重要里程碑。4K超高清技术的推广带动起相关产业链的发展，内容涵盖信源压缩编码、传输信道编码，在接收机端，涉及到超高清数字电视的接收和解码、显示。

关键词：4K；超高清；数字电视；分辨率

超高清电视（UHDTV）是HDTV的下一代技术，包括4K分辨率（3840×2160像素）和8K分辨率（7680×4320像素），我们目前所指的超高清电视即4K分辨率电视。4K超高清技术能够最好地还原画面的真实，观众在使用超高清技术观看电视时，展现出4倍于全高清的画面信息量画质更加清晰细腻，细节表现更加充分，消费者可以得到更逼真的观感，会产生与肉眼直接观看类似的效果。4K超高清技术打破了超大屏幕与超高清一直以来无法兼得的限制。超高清大尺寸，能够真正地满足消费者对电视画质日趋日上的需求。4K超高清技术的推广带动起相关产业链的发展，内容涵盖信源压缩编码、传输信道编码，在接收机端，涉及到超高清数字电视的接收和解码、显示。

我国国家广播电视产品质量监督检验中心、中国电子商会制定关于4K超高清电视首个行业统一标准，《4K超高清电视选购标准》规定：配备专业级UHD超高清显示屏；具备四核及以上处理器且内置4K解码芯片，搭载Android4.2及以上版本操作系统；应用成熟的2K转4K画质提升技术；具备USB3.0HDMI1.4及以上版本的高速传输端口；搭载丰富智能云应用，实现家庭多终端互联互通。

1 4K超高清数字电视编码方式

超高清数字电视图像的数据量巨大，不能使用目前的MPEG-2或MPEG-4（AVC）标准来实现信源压缩编码。

（1）H.265编码方式。目前有线电视和数字电视广播主要采用的仍旧是MPEG-2标准。跟MPEG-2相比，同样的内容，H.265可以减少70-80%的带宽消耗。H.265（ISO/IEC 23008-2 HEVC）编码压缩方式是继H.264/MPEG-4 AVC后的新一代压缩方式。该编码方式由JCT-VC视频编码的联合协作小组根据ISO/IEC MPEG和ITU-T VCEG拟议，通过了国际电信联盟（ITU-T）批准。它覆盖了从QVGA（320×240）到1080p和超高清UHDTV（7680×4320），还根据噪声电平、色域和动态范围，改进了图像质量。H.265的压缩效率是H.264的两倍。与H.264高档次（High Profile）对比，在保持计算复杂度基本一致，主观图像质量相当的前提下，将码率下降50%。在稍微增加复杂度的前提下，还可以将码率下降到25%。首批H.265硬件实现可能会普遍缺乏UHDTV所需要的main10profile支持，目前上市的第一波4K超高清电视还不具备H.265硬件解码器。

（2）KDDI及J：COM编码方式。日本KDDI及J：COM采用了一种新的图像压缩技术，可以在现有有线电视网络中同时传送高清、4K、8K的图像，并进行50%的压缩。这样，即可保证了现有的有线电视网络可以继续使用，减少投入，不影响原有有线电视业务。KDDI提供的数据显示，同样的图像采用H.264压缩在160Mbps时，HEVC达到80Mbps，而KDDI的技术可以达到70Mbps。同时传送使用的是差分技术。在同时传送高清、4K、8K节目时，把各种大小图像分辨率的差分信息进行压缩，再整理组合，用以在现有有线电视网络中进行频分传送。复合后的图像与源图像不会有差异。

2 4K超高清数字电视视频接口

视频接口有两种接入方式：一种是HDMI，普通电视使用一根HDMI1.4的cable即可，帧数是24fps/30fps下一代的HDMI标准，使用4个电缆，同时推送4路Full HD的方法，支持4K的60帧/秒处理能力。另一种是视频电子标准协会VESA发布DisplayPort双模式1.1标准，支持4K的60帧/秒处理能力。

3 4K超高清数字电视的传输技术

关于如何广播传输超高清电视，目前集中于现今还未使用的2GHz卫星频段，但地面数字电视广播最终也有可能传输UHDTV，因此新一代的卫星和地面、有线方式的信道传输标准是关注的焦点。

目前使用的第二代DVB标准的系统输入可以是1路或多路 MPEG-2传输流（TS），和/或是1路或多路通用封包流（GES）。输入预处理器（它不属于系统模型），可以是业务分割器或解复用器，用来将业务分割成1个或多个逻辑数据流，通过物理层管道进入系统输入。这样使第二代DVB标准能够灵活地支持多种业务。第二代DVB标准中纠错编码采用BCH+LDPC，取代了原来的RS（204，188）。BCH与RS编码一样属于线性循环编码，具有纠错能力。LDPC是低密度奇偶校验编码，采用BCH+LDPC的级联纠错编码，在接收信号载噪比高于门限时，几乎可以达到“准无误码”的理想接收。第二代DVB标准普遍采用高阶调制，DVB-C2最高达到4096QAM，DVB-T2达到256QAM，使一个调制符号携带更多的数据比特。DVB-C采用单载波QAM调制，而DVB-C2采用OFDM（正交频分复用）调制。采用上述最新技术后，除了传输性能的提高，在频谱效率方面DVB-T2 的数据传输达到40Mbit/s以上，DVB-C2 的数据传输达到56Mbit/s可以实现在一个8MHz带宽的传输通道内传输4K模式超高清压缩编码的信号；采用频道绑定技术，在32MHz带宽的通道内可以传输8k模式的超高清电视信号。

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