超高清电视系统关键技术

张婷婷

摘 要： 随着电视技术的不断发展，从普通电视到高清电视，到现有的超高清电视中，电视的技术在不断的更新。在本文中详细介绍了超高清电视使用的范围和相关的关键技术，通过在压缩系统、图像显示和传送系统中的标准要求作为切入点，在高质量高保真的条件下，提高超高清电视的稳定性和清晰度，同时介绍了超高清电视的相关关键技术。

关键词： 超高清；传输系统；图像参数

随着家庭中电视的普及，在对于电视的可视化程度的要求越来越高，在这样的需求下，高清和超高清的电视种类就应运而生，更多的清晰度上的研究应用在电视当中，让电视的图像展示更加清晰和立体，给观影者带来更加直观立体的视觉享受。在高清和超高清电视中，存在多种的关键技术，通过技术上的更新换代，不断的体现出设备的优势。

一、超高清电视发展情况

在高清电视中，主要有HDTV的模式，大量该模式的电视设备被人们所熟知，在此基础上发展出了3D电视，在一段时间的市场探索中，又出现了超高清电视，在原有高清的基础上更加深层次的创新，形成的UHDTV模式，在现场的观感和视觉上更加饱满，更加有现场现场身临其境的感觉。现阶段，在超高清电视中，主要支持的模式是4k和8k显像的图像尺寸，显像的尺寸也是区分高清和超高清的重要指标之一。

目前，超高清的电视在市场上也大量的投入使用，日本对于超高清的电视在2006年就完成了有线和无线网络的高清数据传输实验，在伦敦奥运会的开幕式上，完成了8k电视的首次全景直播，在异地就能看到超高清的传输信号，并且根据实验的数据，日本在数据上制定了4k和8k的高清电视标准，利用标准化的要求对电视每帧进行严格的控制，对于电视的格式和多个参数也有具体的要求，同时在实践中要求，最大的电视帧率控制在160帧每秒，保证电视的格式在高清电视的设备可接受范围内，实现了数字和信号的有效衔接。同时在对比上一代的电视帧数可以了解到，在电机的调制解调设备的改变，在压缩频率上的改变能够使压缩的效率大大的提升，有效的解决了超高清电视在传输过程中数据包过大的问题，能够在短时间内利用压缩的效率传送数量更大质量更好的电视电子信号数据。在本文中也会对UHDTV 中使用的相关技术进行详细研究，并在参数和压缩方面的问题进行简要的介绍。

二、超高清电视中图像数据的技术研究

在超高清电视中，给观众最直接的感受就是电视的清晰度和电视带来的视野上的变化，从而改变了观众对于电视的认识，其中图像的技术是完成感官体验升级最为关键的一部分，分辨率的提高能够在高清的基础上改变参数达到这一目的。在图像显示的分辨率中，根据不同图像系统的尺寸有不同的分辨率，对于分辨率是清晰程度的主要质变，在系统中，荧幕的尺寸不是严格进行定义，就会出现分辨率不同，但是通常的定义中都是将超高清定义为1920x1080，利用大荧幕的数字成像形成整套的成像系统，将远程的电视表演、体育比赛和声音传送在高清画面上。其中，还必须强调的是利用分层图像技术能够使画面更加立体，在原有1920x1080的基础上增加一层1280x720的图层，在两层的成像系统中出现错落的立体感，保证在分辨率不失的情况下，出现超高清的分辨模式，并形成可控的传输信号源接受控制。用这样的方式也同样适用于广播当中，让观者在大荧幕放映中没有画面的缺失，每一帧的画面处于较为饱满的状态，同时色彩上的鲜艳也能提高观者的观感体验。

区别不同于高清电视，在UHDTV超高清电视中，瞬时传送的数据远远高于传统数据传送，利用压缩包的高效压缩能够在每帧当中体现出更多的画面数据，加上使用分层的呈现数据，在控制荧幕和收看之间的距离能更好的提高观影体验。通常情况下，正常在家里看电视的距离大致在2-3米作用，鉴于这样的观影习惯，在超高清设计中选用的尺寸和距离设置就在2-3米内为最佳位置，适应于超高清的电视荧幕大小，但是不同于高清电视的观感，超高清电视在同样范围和距离内感受到观影的视野存在一定的差距，普通的高清电视是在50到150寸之间，观看的距离在0.5米到2米，但是使用超高清电视中尺寸在50-150寸之间，但是距离必须在2米以上，这样才能充分感受到视野上的变化以及立体感的呈现。此外，在考虑电视收看的最佳位置中，还要考虑到电视放置的高度位置，过高会导致视觉上存在偏差，长时间观看出现疲劳，过低会出现画面感的缺失。以64寸电视荧幕来看，最佳的观看距离是人眼离电视在2.8米左右，当使用超高清电视时，电视摆放位置水平线和视觉水平线控制在5°左右，并根据用户的习惯进行适当的微调。

对于电视的成像尺寸中，宽度和高度的比例也是考虑的重要指标。在合理的宽高比设定后，避免出现电视视觉方面的失真，利用高度和宽度上的转换提高观影的体验。在大量的实验中表明，使用16：9的画面比例最能保证画面的质感和画面数据内容不缺失，这个比例在高清电视和超高清电视中都适用。此外，在像素方面，根据不同的视野和分辨率对画面进行控制，在观看的位置角度不同中，每个角度观看所带来的的感受也存在一定的差异，考虑到看电视人群的习惯，通常采用的3840x2160和1920x1080这两种格式的分辨率，这两种分辨率在大多数的电视信号中都能适用，保证了观看的流畅性和清晰度。

三、超高清电视中数据传输的技术研究

超高清电视图像的数据量远高于高清电视，当前广泛使用MPEG-2 和H.264/AVC 压缩编码标准不能很好的满足信源压缩的要求。国际标準组织从2010 年开始制定了面向超高清视频编码的高效视频编（High Efficiency video coding， HEVC）标准，目标是在H.264/AVC high profile 的基础上，压缩效率提高一倍，相同视频质量的前提下，视频流的码率减少50%。HEVC 在沿用H.264 的混合编码框架内允许编码端适当提高复杂度，着力研究新的编码工具或技术，以提高视频压缩效率。对于残差数据编码，编码块通过残差四叉树递归的划分为编码块，除了灵活的图像划分结构外，HEVC 在去块滤波后增加了样点自适应偏置（SampleAdaptive Offset， SAO）和自适应环路滤波（Adaptive Loop Filter， ALF）两个滤波器。SAO 位于Deblock 之后，将重建图像像素点分为不同类型，对不同类型的样点加以不同的偏置量以减少失真，从而进一步提高图像压缩率。对于4K 超高清电视，帧率为30fps，采用H.264/AVC 编码，达到广播级质量需要40Mbps 左右的码率，采用HEVC 编码则需要20Mbps 左右的码率。

四、结束语

超高清电视在传统电视和高清电视的基础上形成了新的观影体验，也逐渐被人们关注和接受，目前有大量关于超高清的电视研究计算在研究，有些也成功进行运用，我国在超高清电视的使用中已经有重大的图片，在一些关键技术上也有定的创新，尤其在开设4k和8k的频道上也有一定的改良。今后超高清电视将会大量的线衫批量生产，同时对于超高清电视中的技术指标和参数标准也会随之制定，更好更多的观看体验就会呈现给观众。

参考文献

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