超高清数字电视的关键技术研究及分析

新疆巴音郭楞电视台 亚森•阿不力孜

超高清数字电视的关键技术研究及分析

新疆巴音郭楞电视台 亚森•阿不力孜

超高清数字电视可以为使用者提供更加优质的感官冲击，是未来发展的主要趋势。超高清数字电视的发展与兴起彰显了电视行业内在的创新能力，超高清电视的本质核心就是画质的整体质量，在未来的发展过程中超高清数字电视会凭借着画质的优势，迅速的占领市场份额。对此本文主要探究了超高清数字电视的关机技术，对其进行了简单的研究与分析。

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超高清数字电视可以看作一个系统工程，通过各种关键技术的支撑，优化电视的整体功能。在超高清电视技术的研究与设计中，各种关键技术的应用直接关系到电视的研究成功。但是在现阶段的市场发展过程中，要想真正的应用这些关键技术还是存在一定的困难的，对此本文主要对超高清数字电视的相关关键技术进行了研究与分析。

1.超高清视频处理

根据4：4：4样本参照，基于4K模式下的超高清数字电视信号的初始数据比率大约在一秒6Gb左右；基于8K模式下的初始数据每秒钟24Gb；而4:2:2样本参照之下，4K的数据率为每秒钟4Gb；8K为每秒钟16Gb。如在这种数据量之下开展传输工作，现有的压缩编码是无法开展的，一定要通过全新的方式开展。对此，在2010年，一些活动图像专家与相关视频编码专家构成了一个联合小组，主要目标就是研发一个符合超高清数字电视的压缩编码需求，被其成为“高效视频编码”的三代标准。此标准的具体要求就是在于H.264高档次相比之下，保障其复杂程度的一致性，在保障主观图像质量相同的基础支行，下降百分之五十的码率。此专家组表示，如果在适当的提高复杂度的基础之上，可以保障码率下降百分之二十五，这也就意味着，在4K模式下的30帧每秒的超高清视频，通过H.264标准的应用就可以将其压缩至到每秒40Mb之内，要是通过HEVC标准则可以将其控制在每秒20Mb之内。

2.超高清电视音频处理

在超高清电视中的音频处理有22声道，其中在顶层设置了9个；在中间设置了10个；在电视屏幕下方设置了3个；还有上中下三个立体环绕声场，这22个声道的布置，构建了一个系统的空间立体声。在此基础之上，在3层声场之下，在添加两个低音声道，就完成了22.2系统的构建。这与现阶段使用的7.1声道相比，有着三维立体化的优势，可以给人们更为真实的感官体验。

在22.2声道中期音频数据率相对较高。以每声道每秒钟48kb、24bit作为参考采样，其音频数据率在每秒28Mb，即便是通过音频压缩处理之后，也超过了每秒2.8Mb。在使用过程中，基于专家的角度来说，22.2声道播出系统的整体声场布置并不是普遍适用的。对此专家组在制定环绕声标准的过程中，综合了后向兼容因素，就是可以对现有的立体声以及单声道系统进行兼容或者更新。在编码过程中，通过对声源强度与声道的空间性关系采取了下混处理，有效的减少了因为声道音频自身的数据率传输，利用提高少量的音源空间相关信息与数据据可依有效的提高现有的音频播放整体效果。

3.超高清电视传输技术

第一，卫星传输。在操作过程中，卫星传输设备有着高效率、覆盖广的自身优势，大多数运营商都会通过此种方式进行各种超高清信号的传输，其中一些卫星运营商已经完成了测试。例如。日本的SKY Perfect JSAT在2012年以及2013年就直播、传播了4K格式的比赛。我国的航天数字传媒也发布了关于卫星传输基础开展的4K相关方案，此方案可以稳定的以每秒64Mb的传输速率推送相关4K视频内容。其他一些国家也其进行了测试。

第二，地面传输。超高清地面传输测试使用的标准有着较为明显的区域性差异，其中在日本、欧洲以及美国三个地方就有三种标准。

其中，日本的地面电视广播网络使用的主要是ISDB-T标准。在2014日本公司就完成了8K的超高清电视的相关传输实验与基于ISDB-T标准之下的4K超高清相关内容的测试。在欧洲主要使用的地面电视传输标准是DVB-T，在2014年捷克、法国以及英国基于此标准实施了4K超高清的传输测试。在2014年的美国Technicolor公司通过ATSC3.0规范进行了4K超高清电视的无线传输功能测试。

第三，光纤传输。在光纤传输中的最大特征技术传输的大容量，这一特征对于基于高数据率的超高清电视信号发展有着一定的优势。其中日本公司，通过光纤开展了不同形式的超高清电视传输实验，并且开放了短距离的传输设备。

第四，新兴传输途径。在基于传统的广播电视以及相关传输通道之上，个别企业也逐渐的拓展了其他有效的超高清传输途径。首先，基于互联网开展的超高清传输测试的兴起，在2013年，日本的一家公司通过IPTV IPv6网络将4K超高清电视节目在新加坡、东京以及菲律宾之间进行了传输，保障其接收点视频码率高达每秒120Mb。我国也在2013年4月通过I P T V宽带网络进行了4K节目的播出，构建了百兆传输速率到60in一个测试环境。同时在互联网络上开展的4K串流技术也在不同国家进行了小范围的实验与应用。例如，美国的YouTube与Elemental Technologies集团就先后通过VP9以及HEVC编码技术的开展了4K串流技术的实验，有效的优化了基于互联网的超高清电视传输效率。其次，在2014年波兰的公共广播机构TVP也在欧洲范围之内进行了基于HbbTV传输的4K信号，开辟了混合广播作为超高清传输的另一途径。

4.超高清电视显示

超高清电视要想真正的实现超高清功能，就要具备一定的高清信号接收、处理以及面板等相关基本要素。

第一，当分辨力为3840*2160的时候，就可以成为4K超高清面板。现阶段国内外一些主流面板集团都已经具备了这种能力，面板主要分为VA软屏以及IPS硬屏两种类型。因为超高清电视的显示屏幕主要在大屏幕展示出来，所以对固有分辨力的要求相对较高，面板尺寸主要在55与65in.

第二，在显示屏中还有一个较为重要的技术——驱动接口。驱动接口自身的传输速率与刷新率直接关系到显示效果。现阶段，较常使用的驱动接口主要包含LVDS接口与V-by-One两个接口。其中LVDS是基于低压差分信号技术的接口形式，其支持的数据传输速率最高可为每对每秒1.05Gb；V-by-One则支持刷新频率为240Hz；色彩12bit，每对每秒的最高数据传输速率为3.75Gb。在应用过程中，如果通过LVDS对30bit的色彩、数据为240Hz进行处理，则要耗费48对的LVDS信号线。因此在实践过程中，为了节省资源则主要使用V-by-One作为驱动接口。

第三，芯片。这是超高清画质中的关键技术。主要进行图像解码、图像编码以及图像显示等相关功能。现阶段，超高清电视主要使用的是双芯片的运行方式，其中一个芯片负责图像处理，另一个负责进行运动补偿相关操作。图像处理芯片在开展图像解码功能的基础上，还可以有效的实现各种图像格式的变换，也就是upscaler，可以对图像为1920×1080格式进行系统的运算与估计，进而将其转换为3840×2160开展显示。上变换技术在操作过程中主要包含了主芯片内置以及外挂处理芯片两种有效方式。现阶段的4K芯片方案日渐成熟，也就是说超高清电视的以及离我们不远了。现阶段的主流芯片企业有MTK，MSTAR，REALTEK等，我国相关企业也提高对4K芯片的开发与研究。

5.4K超高清频道发展概况

现阶段的超高清传输测试已经取得了显著效果，超高清逐渐应用了起来，一部分国家已经开设了4K超高清试验频道。其中在2014年，韩国上线了全球首个超高清模式的有线电视频道U-max，可以进行各种纪录片、动画以及各种现场音乐会与体育赛事等近百个超高清节目。

日本的SKY Perfect JSAT公司也在2015年开设了4K电视节目频道，进行职业足球联赛等相关体育赛事的直播、进行各种电影等内容的现场直播等。

美国的运营商DirecT V在2014年发射了4K卫星DirecT V-14，进行4K格式的电影以及相关纪录片的播放。

在我国2014年，也进行了有线4K超高清频道的试播，主要进行了各种超高清电影与纪录片以及相关风光片的播放。

6.结束语

现阶段，国内外对于高清试验频道较为重视，可以说超高清电视已经国内外取得了较为显著的成效。各种超高清试验频道已经日趋成熟，但是要想大面积的进行超高清的应用，仍需努力。相信在不久的将来，各种超高清技术以及相关标准的完善与优化，会为超高清数字电视的发展起到一定的促进作用。

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