超高清技术在体育赛事转播中的应用

贾占培

体育赛事观赏已经成为现代人休闲娱乐的主要方式之一，不同于其他电视节目，体育赛事的紧张感和激烈程度往往需要更高的播出质量才能被充分感知。目前，超高清技术在体育赛事转播中的应用非常普遍，为观众带来一次又一次的体育视听盛宴。2018 年昌平冬奥会第一次实现了超高清技术直播体育赛事的大规模使用，在不久之后，超高清技术在体育赛事播出中的应用会更为成熟。

1 超高清技术简介

超高清技术顾名思义，其最大优势就体现在电视播出的超高清效果上，这种超高清实际指电视的画质。随着人们对生活品质的要求不断提高，超高清技术得到了极大程度的发展并被快速普及。总结来说，超高清技术的优势有三，第一，更高的分辨率。相对于高清技术而言，超高清技术在画面的分辨率提升明显，已经能够达到3840×2160 的分辨率，可容纳的像素点超过81 万[1]，其像素分辨率约为之前全高清技术的4 倍。目前，在4K 超高清的基础上又研发出8K 超高清技术，可容纳的像素点高达3 000 万个，8K 超高清的分辨率可达到7680×4320。视频中，任何细节都能够被清晰的呈现，视觉效果极佳。由于分辨率的上升，可实现体育赛事转播在超大的终端显示界面中的播放，可以说，超高清技术的发展也极大带动了终端显示设备的发展。但在现阶段，4K 超高清技术依然处于主流地位。第二，扫描形式上的创新。除了分辨率的显著提高外，超高清技术可支持更大范围的帧扫描频率。其标准画面的比例为16:9，支持120、60、60/1 直至0.01 阶段的频率，扫描形式更加先进。使用超高清技术，任何符合超高清标准的视频、图像均可被逐行扫描，一改原本技术中隔行扫描的形式。第二，带来满视野体验。在观看电视节目的过程中，不同距离、角度以及电视屏幕的大小均会对观赏感受带来较大的影响。从人们的视觉习惯来看，并不是更近的距离、更大的屏幕就能带来更好的视觉效果。视觉效果的提升需要综合考虑多重影响因素。例如，在观看距离2m～3m 时，合理的选择屏幕尺寸，适当提高屏幕的清晰度即可达到视觉效果的成倍提升。由于超高清电视的像素点更为丰富，点间距离非常有限，因此只要观看距离得当，观赏感受即可被有效保证。第三，更丰富、饱和的色彩。超高清技术在画质提升上的作用同时表现在清晰度的提高和色彩丰富度的提升。超高清电视能够呈现更丰富的画面色彩，使得画面更为生动、艳丽。从具体参数上看，超高清技术在色深上使用10 或12bit 的量化深度，与传统技术中的8bit 相比，灰阶更高。例如12bit，其能够表示的颜色多达687.2亿种，是10bit 的64 倍，而相对传统8bit 量化深度，这一数值翻了4 096 倍。色深上的升级使得超高清技术在显示画面时，具有更加精致、细腻的层次感，色彩过渡非常平滑，可更加真实的呈现出事物原本的形态，接近裸眼的观察效果[2]。

除上述优势外，超高清技术在体育赛事中的应用也面临一定技术困难。一是对电缆质量的考量。对于超高清信号来说，其传输比特率要大于6Gb/s，这比高清信号的1.485Gb/s 高出很多，对电缆质量的要求也随之上升。因此电视系统硬件上的限制即是对超高清技术应用的限制。二是更大的网络传输压力。超高清素材的文件容量很大，想要实现信号的正常传递，提速是必然选择。但提速又会带来系统瘫痪的风险。

2 超高清技术在体育赛事转播中的应用

2.1 超高清技术转播体育赛事的实现过程

体育赛事现场的超高清转播车采集现场视频信息，然后将其转换成超高清HDR 信号，经过编码器的编码处理，由光纤传输到控制中心。再将经编码后的体育赛事超高清HDR 信号直接接入到OTT 机顶盒当中，连接到专门的超高清HDR 电视机，即可实现对体育赛事的超高清观看。

2.2 超高清技术的应用

2.2.1 编码技术

超高清电视采用的编码方式为H.265，在传统的有线电视和数字电视中，采用的编码方式为MPEG-2。相比较之下，超高清技术在转播体育赛事时使用的编码方式至少可降低70%的宽带占用。H.265 压缩编码方式比H.264、AVS、MPEG-2 等编码方式更为先进，在分辨率320～240 到7680～4320 的范围内均可使用。另外，H.265 还可根据体育赛事画面的噪声电平、动态范围以及色域等，优化视频质量，达到更好的播出效果。以H.264 为例，升级后的H.265 信号压缩效率能够达到H.264 的两倍左右，在与H.264 的高级版相对比时，若计算的复杂程度相差不大、图像的质量差异不明显，H.265 的将码率下降一半，若复杂度提高，将码率可降低到原来的1/4 左右。市面上最先尝试使用H.265 编码技术的硬件可能会存在一个普遍的问题，即缺少main 10profile 对UHDTV 的支持。当前产品市场上的超高清电视产品上少有安装H.265 型号解码器的案例。

2.2.2 传输技术

超高清技术推动电视产品进行新的产业升级阶段，在发展过程中，最大的问题就是如何有效对超高清传输技术进行升级。从技术发展的状态看，在传输技术方面的研究成果可比较有限，技术发展较缓。超高清广播测试活动事先在卫星电视、有线电视等领域开始，在欧洲、亚洲以及北美的部分国家已有超高清电视频道问世。虽然超高清的电视频道在世界范围内的普及程度还不足，但在日本、美国、中国等，相关的研究、测试活动进展顺利，开展的频率也逐渐上升。目前的超高清电视频道主要用来播放纪录片和超高清影片。平昌冬奥会、东京奥运会等大型体育赛事，也已经或计划使用超高清技术进行赛事现场直播。

超高清电视传输技术方面的研究成果颇多，新的传输技术在超高清电视领域的研发、测试中得到验证。使用最频繁的两种类型分别为互联网传输技术和IP 网络传输技术。其中网络传输的实现更为简单，自带流媒体服务，技术要求不高，且不涉及大规模的更新，很多主流的视频平台已经开始提供超高清点播业务。IP网络传输技术带来了IPTV服务，已经在不少国家得到实现。

2.2.3 终端设备

在整个超高清技术领域中，终端设备的研究最为深入，发展情况也最佳。市场中已有大量超高清电视产品和超高清电视机顶盒。例如，第一款超高清的终端设备来自东芝。该终端设计为55 寸，首次实现了裸眼看3D 的视觉效果。之后的几年中，各大电视厂商纷纷推出不同屏幕尺寸的超高清电视设备，市场占有量不断攀升。近年来，超高清电视的生产技术更加成熟，在售价上更趋向平民化，相对应的市场销量也大幅度增加。有调查提出，预计发展至2020 年，超高清电视在电视品类中的销售占比将达到60%以上[3]。从世界范围看，我国对超高清电视的需求量最大，市场空间广阔。每年，仅发生在我国的超高清电视出货量就占到世界总量的1/2。来自2015 年的数据，当年我国超高清电视销售量突破260 万台，相较去年上升244%。

2.3 超高清技术在平昌冬奥会中的应用

2018 年日本平昌冬奥会中，首次实现体育赛事的大规模超高清转播，短道速滑、花样滑冰、冰壶、滑雪、速度滑冰等项目实现了全程超高清转播。在整个冬奥会的过程中，日本方面还多次尝试使用8K信号进行赛事转播，以为东京奥运会做充分准备。在韩国，由SBS、KBS、MBC 主流广电单位联合，首尔、江陵以及平昌三座城市实现了超高清体育赛事转播信号的全覆盖。在美国，NBC 公司将全部超高清赛事信号传输回美国，再利用卫星网络将信号发散。虽然赛事播出延迟24h，但却实现了更大范围内的接收。在我国，中央电视台选择加盟的方式，直接在转播中心进行超高清赛事节目的采编工作。共收集到节目素材近600h，对素材进行多元化的剪辑、编辑，为国内观众带来多项精品超高清赛事节目。过程中，我国突破多项技术难题，给央视超高清频道的打造积累大量技术经验。2022 年，冬奥会将在我国北京召开，超高清技术在体育赛事中的应用将迎来又一发展契机。

3 结论

超高清技术与电视产业的融合已成为社会发展的必然趋势。作为最能发挥超高清技术优势的体育赛事类电视节目，大型体育赛事的召开将进一步推动超高清技术在体育赛事播出中的应用和普及。研究其具体的应用情况，为电视观众带来更优质的体育赛事观看享受。