4K電視技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用研究

1、    4k電視技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用研究    翟音音摘 要在移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展背景下，電視技術(shù)完成從模擬到數(shù)字再到4k/8k超高清技術(shù)的快速轉(zhuǎn)變，通過提供高清畫質(zhì)電視節(jié)目以應(yīng)對新媒體時代的挑戰(zhàn)?；诖耍疚膶?k電視技術(shù)在國際國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)前4k電視制播情況對技術(shù)參數(shù)多維化、內(nèi)容制播智能化和信號傳播先進(jìn)化趨勢進(jìn)行了探討，希望能夠為4k技術(shù)應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞電視技術(shù);模擬信號;4k技術(shù)： tn949.1： adoi：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.03.0620 引言電視技術(shù)經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，獲得了更加廣

2、闊的發(fā)展空間，相較于早期模擬信號，數(shù)字電視技術(shù)運用能夠完成畫質(zhì)清晰、穩(wěn)定和色彩還原度高的電視節(jié)目制播。隨著計算機技術(shù)、廣電技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們迎來了一個能為觀眾提供更優(yōu)質(zhì)的視聽體驗的4k超高清時代。1 電視技術(shù)的發(fā)展史從1925年誕生以來，電視技術(shù)發(fā)展已經(jīng)接近100年，期間隨著電子通信技術(shù)的進(jìn)步不斷升級換代，給社會信息傳播帶來了革命性變化。從上世紀(jì)70年代各地陸續(xù)完成無線電視發(fā)射臺站建設(shè)，發(fā)展至90年代實現(xiàn)有線電視與無線電視的協(xié)同覆蓋。在電子通信技術(shù)得到廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)上，電視技術(shù)開始取得數(shù)字化發(fā)展，從2008年高清數(shù)字電視首播開始，在全國得到了普及。電視技術(shù)完成從模擬到4k的轉(zhuǎn)變僅僅經(jīng)歷了不到2

3、0年，從2002年電影行業(yè)提出4k概念到2012年國際電信聯(lián)盟發(fā)布超高清電視標(biāo)準(zhǔn)只用了10年，使得4k超高清電視技術(shù)取得了快速發(fā)展。2 4k電視技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析2.1 4k電視發(fā)展現(xiàn)狀國際電聯(lián)itu頒布了面向新一代超高清uhd視頻制作與顯示系統(tǒng)的bt.2020標(biāo)準(zhǔn)，重新定義了電視廣播與消費電子領(lǐng)域關(guān)于超高清視頻顯示的各項參數(shù)指標(biāo)，促進(jìn)4k超高清家用顯示設(shè)備進(jìn)一步走向規(guī)范化，對4k超高清節(jié)目制作、編碼傳輸和接口處理等各方面做出了規(guī)定。美國、歐洲等國家和地區(qū)都在超高清電視標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)方面取得了一定成果。而我國盡管在標(biāo)準(zhǔn)化工作方面稍顯落后，但近年來不斷引進(jìn)國外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以加強4k技術(shù)探索和實踐規(guī)

4、范。中央電視臺從2015年春節(jié)聯(lián)歡晚會開始嘗試進(jìn)行4k拍攝與制作，之后除了體育賽事轉(zhuǎn)播中使用4k技術(shù)，也還制作了一系列高質(zhì)量的全4k紀(jì)錄片。2018年，中央廣播電視總臺率先開播了超高清電視頻道，并提出發(fā)展規(guī)劃要求在2022年完成4k超高清電視技術(shù)體系建設(shè)。4k技術(shù)之所以能夠取得如此快的發(fā)展，與移動新媒體帶來的強大沖擊密不可分，而面對移動新媒體帶來的巨大競爭壓力，4k電視技術(shù)成為了提高電視媒體質(zhì)量的重要手段，是未來電視媒體制播的必然選擇。2019年3月1日，工信部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺印發(fā)超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022）。該計劃指出，按照“4k先行、兼顧8k”的總體

5、技術(shù)路線，大力推進(jìn)超高清視頻發(fā)展和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，2020年需要實現(xiàn)電視全面高清化，2022年我國超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過4萬億元，全國將擁有2億超高清電視用戶，超高清電視產(chǎn)量能夠達(dá)到3萬小時以上?，F(xiàn)階段，4k電視技術(shù)已經(jīng)能夠達(dá)到3840×2160p分辨率，實現(xiàn)800萬級別像素點1。2.2 4k制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從4k電視制作流程來看，需要將raw格式當(dāng)成是前提，根據(jù)格式完成管理方式規(guī)劃設(shè)計，順利實現(xiàn)高碼流素材合成，并完成低碼流素材的粗編，提出符合不同類型節(jié)目制作需要的方案與流程，促使后期視頻剪輯等處理工作效率和質(zhì)量得到提高，才能完成規(guī)范4k制作流程體系的建立。在電視節(jié)目錄制上，目前北京

6、電視臺采用了現(xiàn)場視頻高清轉(zhuǎn)播技術(shù)對春節(jié)聯(lián)歡晚會和較多節(jié)目進(jìn)行錄制，運用4k拍攝技術(shù)對最優(yōu)伽馬曲線、色域等進(jìn)行選取，并完成碼率科學(xué)記錄。在后期編制中運用nova工具從云存儲中獲得文件，將用戶組和信息當(dāng)成是參數(shù)，利用云媒資源庫接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問，在插件中傳遞元數(shù)據(jù)信息、關(guān)鍵幀等。將拍攝素材劃分為圖片、音頻、視頻，輸入標(biāo)簽檢索素材文件，建立xml格式為資源添加時間線，能夠有序進(jìn)行素材剪輯2。從4k節(jié)目制作流程來看，整個過程相對繁瑣，未能加強嚴(yán)格控制將導(dǎo)致節(jié)目質(zhì)量受到影響?，F(xiàn)階段，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會、國際電聯(lián)等組織都陸續(xù)開展了超高清電視標(biāo)準(zhǔn)化工作，從節(jié)目制作、編碼傳輸、測試等各方面制定關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而

7、加強對4k電視制作關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管控。在這一背景下，國家廣電總局也頒布了高動態(tài)范圍電視節(jié)目制作和交換圖像參數(shù)值、4k超高清電視主觀評價用測試圖像等一系列技術(shù)規(guī)范，保證超高清電視工程建設(shè)工作得以穩(wěn)步、科學(xué)開展。2.3 4k電視制播模式在電視制播模式上，4k電視節(jié)目制播主要衍生出兩種模式，一種為伴隨hd的制播模式，另一種為原創(chuàng)混合現(xiàn)實模式。在飛向月球紀(jì)錄片制作上，央視提出了原創(chuàng)混合現(xiàn)實4k制播模式，聯(lián)合采用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)完成可視化環(huán)境構(gòu)造，對節(jié)目視覺效果進(jìn)行精致包裝。結(jié)合節(jié)目故事場景完成拍攝、渲染和后期編輯緊密連接的演播室環(huán)境創(chuàng)造后，節(jié)目組采用機器人及設(shè)備上4k攝像頭進(jìn)行拍攝，加入4k實時渲

8、染燈光效果、音頻聲效等，并在拍攝后立即用4k合成技術(shù)進(jìn)行處理，保證了每組鏡頭的視覺效果。伴隨hd模式也是由央視提出，在2017年4k春晚錄制采用了將6套4k訊道攝像機和基站替換原有的高清設(shè)備，在滿足高清演播室系統(tǒng)正常轉(zhuǎn)播高清節(jié)目的同時兼顧4k畫面記錄的需求。但采取該模式需要開展大量的后期編輯工作，導(dǎo)致節(jié)目生產(chǎn)需要較長周期。發(fā)展至2018年，央視通過改造高清轉(zhuǎn)播系統(tǒng)，將節(jié)目產(chǎn)量從21小時提高至851小時。2019年，央視春節(jié)聯(lián)歡晚會首次實現(xiàn)4k超高清直播，直播全程采用4k hdr高動態(tài)圖像和5.1環(huán)繞聲技術(shù)，采用國內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)的編碼壓縮技術(shù)，全鏈路配置多備份的同步信號路由，為觀眾呈現(xiàn)了一場更高清晰

9、度、更寬色域、更高動態(tài)范圍和環(huán)繞聲音頻的影院視聽體驗。3 4k電視技術(shù)的應(yīng)用趨勢探討3.1 技術(shù)參數(shù)多維化結(jié)合4k電視技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展可知，未來該技術(shù)將向著參數(shù)多維化的方向發(fā)展。4k技術(shù)的應(yīng)用，目的在于給觀眾帶來沉浸式音視頻體驗，促使其在視頻清晰度、視覺角度等方面不斷取得技術(shù)突破，如畫面分辨率已經(jīng)從4k發(fā)展至8k，幀頻從50p向120p方向發(fā)展，以便使節(jié)目畫面更加流暢。為促使技術(shù)參數(shù)得到全面提高，4k技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也開始向高動態(tài)范圍發(fā)展，以便使畫面擁有更加豐富色彩層次和明暗細(xì)節(jié)，聲音則向著三維環(huán)繞立體聲的方向發(fā)展。在4k制播中，沿用基帶將一路4k信號當(dāng)成是四路3g信號，碼率僅能保持200mbps左右。未

10、來伴隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，超級矩陣背光技術(shù)、超高清顯示技術(shù)等各種技術(shù)能夠得到應(yīng)用，促使碼率和分辨率等參數(shù)能夠同時得到優(yōu)化，以便使畫面清晰度、視覺角度等各方面能夠給觀眾帶來良好電視體驗，繼而使4k電視技術(shù)市場得到進(jìn)一步拓展。3.2 內(nèi)容制播智能化超高清電視節(jié)目制作花費過多時間和成本，同時制作出的內(nèi)容符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量較少，是導(dǎo)致4k電視發(fā)展受限的重要原因。在智慧廣電建設(shè)背景下，需要不斷加快內(nèi)容生產(chǎn)創(chuàng)新，引入人工智能技術(shù)轉(zhuǎn)變內(nèi)容生產(chǎn)方式和電視節(jié)目內(nèi)容形態(tài)，促使內(nèi)容制播向著智能化方向發(fā)展。近年來，伴隨著智能化4k超高清頻道后期編制系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，4k超高清內(nèi)容自動化生產(chǎn)流程逐步得到了完善，能夠利用云計算、

11、大數(shù)據(jù)等技術(shù)推動節(jié)目內(nèi)容模板化制作，面向特定觀眾進(jìn)行有價值內(nèi)容生產(chǎn)，確保觀眾能夠接收更多高質(zhì)量節(jié)目內(nèi)容。在電視基帶信號從3gbps提高至50gbps期間，電視媒體云資源庫得到了建立，確保節(jié)目制播傳輸需求能夠得到滿足。而伴隨著ip傳輸距離的延長，ip化的融合制播架構(gòu)得以被提出，在優(yōu)化寬帶的同時，提高節(jié)目內(nèi)容生產(chǎn)效率，實現(xiàn)制播成本壓縮。3.3 信號傳輸先進(jìn)化面臨超高清電視技術(shù)帶來的海量視頻數(shù)據(jù)，電視節(jié)目信號傳輸勢必需要取得先進(jìn)化發(fā)展。在電視分辨率、幀頻等得到提高的同時，節(jié)目壓縮編碼技術(shù)將得到改進(jìn)，在h.265標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出更先進(jìn)編碼技術(shù)，通過提高編碼效率保證節(jié)目能夠高效傳輸。而在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上，為滿足

12、超高清電視業(yè)務(wù)開展需求，iptv、衛(wèi)星、有線、無線等各種技術(shù)將實現(xiàn)融合發(fā)展，不斷推動技術(shù)演進(jìn)。面對這一趨勢，有線電視需要完成網(wǎng)絡(luò)雙向改造，推進(jìn)光纖化、ip化，多載波聚合、信道捆綁等信道傳輸技術(shù)也將得到進(jìn)一步研究3。而在移動交互廣播電視技術(shù)體系建立的過程中，5g技術(shù)將得到推廣應(yīng)用，能夠促使電視信號傳播網(wǎng)絡(luò)得到升級改造，與超高清視頻業(yè)務(wù)開展相匹配，確保信號得到高效傳輸，繼而給觀眾帶來極致速度體驗。4 結(jié)論綜上所述，在模擬電視市場份額逐步被數(shù)字化媒體取代的過程中，電視節(jié)目制播還應(yīng)重視4k技術(shù)的應(yīng)用，以便通過提供高質(zhì)量的視頻和音頻滿足互聯(lián)網(wǎng)時代群眾對廣播電視節(jié)目的要求。在實踐工作中，還應(yīng)順應(yīng)4k電視技術(shù)發(fā)展趨勢，在技術(shù)參數(shù)、內(nèi)容制播、信號傳輸?shù)雀鞣矫娌粩喔倪M(jìn)，以便推動電視制播產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。同時要把握5g技術(shù)發(fā)展，搭乘5g時代帶來的高帶寬、低延時、移動性和時效性的特點，使得在節(jié)目創(chuàng)作不再受時間和地點的束縛。中國正在成為全球4k和5g兩項熱點前沿技術(shù)最大的應(yīng)