浅析超高清电视发展现状与展望

刘唐杰

1 超高清电视技术的发展现状

1.1 超高清电视内容制作技术

超高清电视的构造和应用主要是通过超高清晰的现场体验的理念来研发设计，因为目前对超高清摄像机的应用相对广泛，如使用1.25 英寸的CMOS图像传感器，所以其特征是有较高的灵敏度、功耗较低，3 300 万像素的拍摄画质等。除此之外，还具有还支持60fps 和120fps 的频率，输出格式星罗棋布，其中包括ProRes 格式、HD-SDI 格式和无压缩视频格式等[1]。日立和NHK 联合共同研发的摄像机，技术采用的是120Hz 的全光谱超高清图像传感器，其可以使60Hz 的捕捉率提高到120Hz，从而使动态图形比较连贯。虽然动态影像不明显，但是在对快速运动进行拍摄的时候，就会有十分明显的优势，尤其是进行体育赛事的直播。

1.2 超高清视频编码技术

超高清电视信号码率是传统高清电视所不能进行相比较，因为超高清电视信号要高出很多，所以超高清电视技术才可以替代高清技术并得以普及，以4:4:4 采样为例，与以往的高清电视与现在4K超高清电视信号图像相比4K 的信号图像的数据为6Gbps，而超高清8K 高清电视的数据更是为24Gbps。而以往的高清电视传输大码率的数据可以说是困难重重，因此视频编码技术的提高是唯一可以使用的方法，以此来来压缩原始信号。

H.265/HEVC 是最新研发的视频编码。而传统视频编码是H.264，对于H.265 的相关技术的强化十分必要，通过应用新技术新的方法来对编码的质量进行提升，使编码能够达到最高的使用效率，这在很大程度上就优化编码的设计。在2013年初，H.265/HEVC 的应用已经得到国际电联的批准。而博通等芯片厂商也发布了相应的解码芯片，这就在预示着新编码标准产业即将迎来新的篇章，该产业会在未来逐步的发展和进步。H.264 的标准是在2～4 倍的复杂程度上，还要进行更为完善的改进，因此在H.265的设计上大量提升了压缩的效率。与此同时，H.264还实现在1Mbps 以下的传输带宽，可以进行1 080p的高清视频传输，这就完全可以满足4K 和8K 超高清视频传输的需求。

1.3 超高清音频处理技术

科技的不断发展，越来越多被认为电视存在着不真实的现象，因此人们提出在观看视频时要有亲临现场的感觉，因为就目前的状况来看还不可以有这样的体验，所以一定要想有效提高观众在观看视频时的临场感和真，实感，那么如此一来视频体验还需要配合超高清的声音系统才可以得以实现，也只有这样才能使观众获得更好的亲临现场的体验。目前，22.2 声道的音频系统能够与超高清系统进行配套，所以会在以后得到广泛的普及。22.2 声道音频系统与普通的音频系统不同，因此，现在采用立体环绕的音效布局，可以使观众有亲临现场的体验。针对这样的情况22.2 声道系统是可以提供顶部与底部的声音也就是立体环绕，如此一来有亲临现场的感觉更加的真实。并且22.2 声道音频格式在不断完善的过程中，其中包括传输、编码和家庭影院技术等各方面的技术更新。

1.4 超高清信号传输技术

超高清信号的传输系统的应用，还在验证阶段，因为只有通过不断的实验验证，才可以在验证时，使用作为基础的IP 传输系统来进行验证。超高清IP 的传输系统一般是由不同的方式进行传输，分别有3 种传输的应用方式：一是视频格式转换器，其可以将每秒60 帧的高清视频转为16 个每秒30 帧的高清视频图像；二是频频编码器，视频编码器是由四组从属编码单元构成，每个从属编码单元中都包含四个单独的MPEG-2 编码器以及一个多信道帧同步器，当使用编码器进行图像压缩的时候，如果分辨率超过了HDTV，就要将超高清图像分割，编码器按照标准来将其进行编码。编码以后的音视频信号通过DVB-ASI接口来传输；三是IP传输网适配器，IP 网络适配器属于协议网关，可以将TS、RTP 数据包进行转换。在解码器端，主从属解码单元在时间上要与所有从属解码器能够适配，可以对传输过程中出现的延迟现象进行修正，使四组TS 流同步解码。当前已经在国际上有所使用，虽然只是有极少数的应用，但是也是预示着将会有发展的良好前景。而在日本已经通过实验NHK 可以在实验室的环境之下完成这样的8K 传输。

1.5 超高清显示技术

ITU 对超高清视频显示的空间特性、时间特性还有系统比色发都进行了规定。在规范中，UHDTV系统级色域采用的是RGB 色彩空间，红基色波长630nm，绿基色波长532nm，蓝基色波长467nm。所以UHDTV 在色域方面十分具有优势，HDTV 不能呈现的颜色都可以呈现出来[2]。

2 超高清电视的发展趋势

2.1 日本NHK 领跑8K 超高清电视的发展

8K 超高清电视从全球范围来看，还处于起步的阶段，只有日本制定了相关的超高清电视发展路线图，美国、英国、中国和日本开通了4K 广播，但是并没有明确的关于8K 广播的计划。日本在2014年就发布了超高清路线图，并且是在规定的时间内完成线路图的各种实验，不但在日本的国内得以应用。而且还推向了国际，如2018 年的平昌冬奥、俄罗斯世界杯，都得以应用。通过平昌冬奥会的情况来看，日本的这次实验室非常的成功，因为NHK在开幕式与重要项目都使用了8K 的超高清制作，不仅仅是在通过赛事转播来进行内容的测试，日本NHK 还不断对8K 超高清电视的相关标准进行完善，与专业的厂家进行合作，不断研发更多的设备，对制作和传输等设备进行丰富与发展。由此可见，日本的NHK 在8K 超高清电视上处于全面领跑的状态。

2.2 8K 超高清电视技术进入快速发展时期

近10 年来，在电视制播领域最大的变化就是电视制作开始出现网络化与数据化，电视的发展由开路播出到有线到卫星广播再到现在网络技术的传播方式，与此同时，电视技术清晰度也在不断的发展中，由模糊不清到黑白道彩色到清晰度再后来高清度，而如今将会由4K 到8K 发展，并且4K 设备在2018 年NAB 展会上属于主流的设备，许多的电子消费市场上也都是4K 电视机，4K 家用摄像机和数码相机也不断增加，手机也开始具备4K 拍摄能力。而4K技术的成熟也可以推动8k技术的快速发展。在2018 年的NAB 和CES 展会上可以看出，生产8K超高清设备的厂家不断增加，产品也越来越多。而且8K 设备不是单个的设备，已经可以组成完整的系统。所以，8K 超高清技术很快就会进入快速发展的时期。

2.3 2020 年冬奥会是8K 超高清电视的发展里程碑

根据日本NHK 对于超高清电视的发展路线图，在2020 年时NHK 会对东京奥运会进行4k 或8k 的超高清转播。可以推测到的结果是奥运会的公共信号将会是NHK 采用8K 设备来制作完成这次的播放。有了这样的预测结果，那么全世界的各大广播机构都会从这方面展开筹备计划，届时观众所看到的奥运直播将会是由4K或8K信号来全程播放，与此同时，也会令观众前所未有的惊讶，360°没有死角的观看奥运节目，而此时，不仅可以高度清晰的观看奥运会，而且一这样的方式8K 超高清也会得到大力的推广。因为已经有东京奥运会做一个很好的示范，所以将会迎来8K 超高清电视的发展里程碑[3]。

2.4 超高清电视的在内容和外形上的改变

超高清电视将在内容上进行突破，因为超高清电视的频道比以往的高清电视频道大有增加，所以随着频道数量的增加人们对超高清的节目内容然也会有所增加。目前，在电视应用比较发达的国家都已经开始对电视进行新的突破，如在电视产业的整体布局上和高清领域发展都在大力的引导推动力度，要尽快的丰富超高清电视的节目内容资源。对此会在超高清电视的基础上进行进一步的改进，其一是技术上，其二是视频数据传输空间和分发效率。与传统的电视相比高清电视不仅在内容上有大的改变，而且在外形上也有大的改变，传统电视笨重，移动不方便，还比较占地方；而现在的高清电视都没有这些的缺点，内容上更是丰富多彩，因此这是技术上的提升；在数据的传输方面可以说是突飞猛进，没有以前那样的局限性，观看节目时随心所欲。

3 结论

超高清电视的技术能够使人们观看到更高更清晰的画质，并且还有更高的临场感，这会为人们带来视觉性的变革，有利于整个电视行业整体利益有所提高，同时也可以为相关的产业带来了许多商机。但是超高清电视的技术在目前还存在一定问题，还需要很长的时间才能进入受众家中，不过随着技术的发展，必定会为观众带来全新的体验。