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4K UHDTV 超高清电视发展对策研究

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发表于 2017-9-25 10:10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文由《广播与电视技术》杂志独家授权。本文刊发于2017年第9期。

【摘 要】
本文梳理了超高清电视的关键技术参数,阐述了国内外相关业务开展、发展规划、标准制订等方面的最新动态,在分析研究的基础上,指出了超高清发展中面临的问题,并提出了我国发展超高清电视的对策建议。
【关键词】超高清,发展动态,发展对策


0 引言
电视自诞生以来经历了从黑白到彩色、从模拟到数字、从标清到高清的发展历史,人们一直在孜孜不倦地追求更高的电视视觉体验。高清电视一般在家居客厅使用,当电视屏幕小于60英寸,画面清晰度还能满足人眼视觉的要求,但当电视画面超过60英寸,人眼就能看到扫描光栅,明显察觉到像素颗粒以及图像清晰度和质量缺陷。此外,按照人眼视觉的特性,要获得更好的真实感和临场感,必须增加人眼可视角度,降低观众的观看距离,这需要增加电视显示屏幕的尺寸。

国际电信联盟(ITU)对于超高清电视定义了4K和8K两个层级,4K每帧像素数为3840×2160,8K每帧像素数为7680×4320,均采用逐行扫描方式,其帧频提升到50帧/秒以上。与目前高清电视标准相比,4K和8K每帧信息传输量分别提高到4倍和16倍,如果再考虑到高帧率、宽色域、量化深度等,超高清电视的数据量还将有所增加。高清向超高清的演进不仅仅提升了电视图像的清晰度,还使电视图像的色彩表现力远胜于高清系统,超大电视屏幕显示,可以给观众带来更加丰富的视听体验。

在我国,随着4K超高清电视显示终端市场的日渐繁荣,4K超高清电视也进入了新一轮发展机遇期。顺应技术发展趋势,为广大受众提供更佳更优的视听服务,加快规范和促进4K超高清电视的发展已经提上议事日程。发展超高清电视涉及多个方面,包括技术标准、节目制播、节目传输、终端接收,需要相关的技术、节目、产业及资金等政策的保障与支持,不可能一蹴而就,必须加强政策引导、科学制定规划、完善技术标准、做好应用试点。

1 国际4K超高清电视的业务开展
近年来,国际上4K超高清电视技术和产业链正在逐步趋于成熟,一些发达国家的电视运营机构,尝试性地开展了4K超高清电视业务。2014年韩国第一个开通了4K超高清频道,之后欧洲、北美、韩国、日本等广播电视播出机构和网络运营商,基于有线、卫星以及IPTV平台陆续开播4K超高清频道70多个。图1显示了目前国际4K超高清频道的开播情况。从图1可以看出,欧洲和北美开播4K超高清频道数目最多,其次是韩国、日本以及其它一些国家和地区。

国际4K超高清频道开播情况

国际4K超高清频道开播情况
图1:国际4K超高清频道开播情况
目前已开通的4K超高清频道节目类型主要包括体育、电影、电视剧、新闻、文艺、娱乐、纪录片等,其中体育类节目占比最大,约占总数的23% ;电影、文艺、纪录片节目占比次之,均在16%到19%之间;新闻类节目占比最小,仅有1%。图2显示了4K超高清频道不同节目类型的占比情况。

4K超高清频道节目类型比例

4K超高清频道节目类型比例
图2:4K超高清频道节目类型比例
卫星传输具有大带宽、高速度、广覆盖等多种独特优势,目前欧洲、北美、日本和韩国开播4K 超高清频道的运营商,多数倾向于采用卫星方式传输,据有关资料统计显示,基于卫星传输的4K超高清频道占比达到了49% ;基于有线、IPTV和OTT传输的4K超高清频道占比分别为15%、24%和12% ;基于地面无线方式仅停留于传输试验,目前尚未有开播地面无线4K超高清频道。图3显示了4K超高清频道传输方式的选择情况。
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图3:4K超高清传输方式对比
尽管4K超高清频道开播数量日益增长,但受限于4K超高清节目片源问题,目前已开通的部分4K 超高清频道尚无法支撑全天24小时不重复播出。例如日本Sky perfecTV 4K movie频道,采用每天轮播3-4次的方式播出;美国Fashion One 4K频道,每天共有12个节目穿插播放,每个节目时长在15分钟左右。

在频道运营方面,4K超高清频道运营模式尚不清晰,为吸引用户关注,目前近半数4K超高清频道仍处于免费阶段;已开始收费的4K 超高清频道多采用设备收费+ 节目收费的方式,且节目定价相对较贵。以英国Sky UHD为例,用户除需支付特定设备SkyQ sliver费用外,购买Sky Movies节目包和Sky Sports节目包的费用分别为£17/月和£25.50/月。

在用户订阅方面,目前4K超高清频道用户订阅量相对较低。以韩国KT skylife、SK Broadband 、LG U+三家IPTV运营商为例,订阅超高清电视业务的用户分别为48万、51万和20万,占总用户比例为7%、6%和22%。

在播出形式和接收方面,相对于4K超高清电视频道而言,点播、推送等4K超高清业务发展的更多一些。在我国,目前北京、四川、深圳、广东、湖南、重庆等地有线电视网络相继推出了4K体验专区服务;中国电信、中国移动和中国联通三大运营商相继发布了4K超高清点播、推送等业务;优酷、乐视、小米等厂商也推出了4K超高清的OTT接收盒子。但上述业务由于受到节目片源匮乏、接收终端解码芯片及显示设备性能限制,其“4K超高清节目”帧率多为25P,色域范围多为高清色域,绝大多数节目未采用HDR 制作,因此,实际观看体验并没有达到4K超高清电视应有的技术水准。

2 全球4K超高清电视的发展规划
从国内外4K超高清电视的发展现状来看,日本是推动超高清电视技术发展最积极的国家,日本NHK多年来在技术研究和标准制订方面开展了大量工作,甚至在推进上比较激进,主张从高清2K直接进入超高清8K。日本政府把超高清电视作为振兴日本经济的产业之一,计划于2020年东京奥运会实现8K播出。有关计划和路线见图4。

日本超高清电视发展路线图

日本超高清电视发展路线图
图4:日本超高清电视发展路线图
相对于日本,欧洲超高清电视发展主要由欧广联(EBU)主导,相关电视台、有线电视、卫星电视、电信运营商共同推动超高清电视节目制作播出。EBU制订了欧洲超高清电视发展规划,计划分为三个阶段,由4K逐步过渡到8K,发展规划见表1。

欧洲超高清电视发展划规

欧洲超高清电视发展划规
表1:欧洲超高清电视发展划规
与日本、欧洲有所不同,美国超高清电视发展并未出台明确的时间计划表,其发展进程主要由市场主导,美国新兴网络视频运营商如NETFLIX、AMAZON 积极推动4K节目制作和分发服务,以此带动了4K电视机销售的增长,面对网络视频运营商的竞争,美国各电视台、有线电视、卫星电视运营商相继开始4K节目播出。

在我国,在《新闻出版广播影视“十三五”科技发展规划》中,基于中国的国情和广播影视发展现状,提出了我国超高清电视发展的目标,计划到2018年,建立4K超高清电视OTT平台,构建高清、4K超高清电视混合播出系统;到2020年,实现4K超高清电视试验频道播出。

3 国内外超高清电视的标准制订
近年来,国际电信联盟(ITU)为规范广播级超高清电视节目制作和交换参数,定义了4K/8K超高清电视参数,与标清、高清相关参数对比见表2。

标清、高清、超高清相关参数对比

标清、高清、超高清相关参数对比
表2:标清、高清、超高清相关参数对比
随着超高清电视技术的不断发展,在索尼、松下、飞利浦等设备厂商的大力推动下,国际标准组织ITU、SMPTE、ARIB、ETSI等均开展了超高清系统标准化工作,目前已经制订的4K 超高清标准达70 余项,如图5、图6 所示。涉及到了节目制作、基带接口、视音频处理、信号传输、终端接收和评价测试等多个关键环节。

国际超高清电视标准发布数量

国际超高清电视标准发布数量
图5:国际超高清电视标准发布数量

不国标准组织制定起高清标准数对比图

不国标准组织制定起高清标准数对比图
图6:不国标准组织制定起高清标准数对比图
就标准制订涉及领域而言,规范节目制作领域的标准最多,信号传输、基带接口等领域标准次之,如图7所示。

不国技术领域标准数对比图

不国技术领域标准数对比图
图7:不国技术领域标准数对比图
在节目制作领域,主要集中在节目制作、交换参数及高动态范围(HDR,High-Dynamic Range)技术等方面,其中ITU-R颁布的BT.2020和BT.2100标准在超高清电视和HDR节目制作与交换参数方面做了详细的技术规范,是超高清节目制作领域关键的两项技术标准。

在视音频处理领域,ITU、ARIB、ATSC、AES、ISO/IEC等国际标准组织分别在不同方面开展了标准化工作。在视频处理方面,高效视频编码作为重要的基础技术,目前国际上4K超高清电视主要采用HEVC(High Efficiency Video Coding),ISO/IEC 已将其纳入MPEG-H 的第二部分(ISO/IEC 23008-2),ITU-T也将其作为H.265视频编码标准。另外,在音频处理方面,在MPEG-H 第三部分提供了3D音频技术规范和参数依据。我国是广播电视大国,考虑到视频编码应用面广、产业价值高,以及知识产权问题,我国针对4K 超高清电视应用,近年自主研发了视频编码技术,并已于去年颁布了《高效音视频编码 第1部分:视频》标准,简称AVS2.0,该标准将作为我国4K超高清电视视频编码标准。此外,我国由中央电视台牵头,联合相关研究机构还在开展高动态范围(HDR)广播电视行业标准和三维声(3D Audio)广播电视行业标准的研究制订工作。

在信号传输领域,为规范超高清电视信号的传输,各大国际标准组织围绕卫星、有线、地面和IPTV四种传输方式都出台了相关的标准。其中信号传输码率是考察4K超高清电视能否达到传输技术质量的一个重要指标,需要引导与规范。据广播科学研究院的研究测试报告,在一个电视频道8MHz中,为保证图像质量,传输4K超高清视频的码率应不低于36Mbps。

在基带接口领域,SMPTE开展的标准化工作最多。2012年-2017年,SMPTE颁布的22项超高清标准中,有11项标准属于基带接口技术规范,其中10G串行数字接口成为其标准制定的焦点。

终端接收和评价测试领域,高清多媒体接口(HDMI,High Definition Multimedia Interface)标准组织,对终端接口参数和技术做了进一步的升级,最新的HDMI 2.1标准正在制定中。ITU-R和ARIB分别对UHDTV主观评测和多格式彩条进行了规范。在我国,由广电总局组织立项,广播电视规划院牵头,已经自主研发了一套主观测试测评图像序列。

4 超高清电视发展中存在的问题
相对于日本、欧洲和美国,我国4K超高清电视目前还处于初级阶段,发展环境、产业支撑条件、节目业态以及相关技术标准等都还有待完善,尚未形成完整的端到端的产业链和生态链。

1. 节目问题

制作4K超高清节目投入大、系统建设复杂,短期内难以回收成本。国内一些电视台和制作机构虽然制作了一些4K超高清节目,但总体制作周期长,节目数量少,尚未形成规模,现阶段无法支撑4K频道的播出要求。

2. 传输问题

4K超高清电视的传输数据量是普通高清电视的10倍以上,无论在有线、无线还是卫星中传输,都需要对现有的传输系统进行改造,并配置4K接收终端,一方面对本已非常紧张的广播电视传输带宽是一个巨大的挑战,另一方面也会增加接收成本。

3. 产业问题

按照技术发展规划,我国4K超高清视频编码拟采用AVS2.0标准,但目前国内产业界尚没有做好相关产品的产业准备,支持AVS2.0的编解码产品还处于实验室阶段,没有形成规模化的成熟商用产品。广播电视传输覆盖网正在向智能融合网络升级,4K接收终端还要与广电智能终端同步规划与部署。

4. 资金问题

当前4K超高清电视发展与过去高清电视发展初期问题相似,电视台制作播出4K超高清电视节目,需要投入大量的资金和设备对技术系统进行改造,短期又无法获得回报,面临巨大的经济压力,不能够持续良性发展。

5. 标准问题

目前,国际上标准化组织虽然针对4K超高清电视制定了70多项标准,但我们还不能完全照搬。我国的4K超高清电视发展既要考虑跟国际标准接轨,又要基于本国的国情,综合考虑支持民族工业与自主知识产权等方面的问题,为避免陷入国外专利纠纷,还需要深入测试和研判。

5 我国4K超高清电视的发展对策
推进4K超高清电视发展,涉及节目制作、传输、接收等多个环节,事关产业政策、节目政策、技术政策以及资金投入等多个方面,是一项庞大的系统工程,需要相关部门和单位统筹协调、积极支持、协同推进、稳步发展。建议着重抓好以下几方面工作:

1. 加快研究制定4K超高清电视节目规划

认真研究4K超高清电视的节目特点和传播规律,科学规划4K超高清电视的节目形态。建议在试验初期,首先考虑在体育赛事、电影、综艺、纪录片等类型节目中,通过广播电视传输覆盖网发展4K超高清电视视频点播、推送节目,取得经验后,适时推出4K超高清频道。

2. 统筹推进高清电视和4K超高清电视发展

我国高清电视经过几年的培育,已进入了快速发展期,目前经总局批准的高清频道达到130多个。但与我国电视频道的总量相比,还需要进一步加大推广力度。建议在推进4K超高清电视发展中,要处理好高清电视与4K超高清电视发展的关系,在选择4K超高清电视试点时,要优先考虑高清电视推进较快的地区。

3. 规范4K 超高清电视的发展

目前,一些地区和城市陆续在IPTV、网络电视和有线电视系统中,传输了超高清电视节目。这些节目存在技术不达标、内容依靠进口以及未经申报批准等问题。建议尽快出台规范4K超高清发展的指导性文件,在各种传输覆盖网中,开办4K超高清电视业务,要严格按程序报批。

4. 加快推进4K超高清电视技术标准体系建设

要进一步完善我国4K 超高清电视技术标准体系表,加快标准的制订进度,争取尽快出台4K 超高清电视节目制作、交换与接口、HDR以及3D Audio等基础标准,推进我国相关标准的应用。

5. 处理好与广播电视智能网络发展的关系

我国广播电视传输覆盖网目前正在部署具有自主知识产权的智能电视操作系统TVOS,4K超高清电视系统应与TVOS同步部署,特别是接收终端,应避免老百姓多次更换机顶盒,增加实施成本与难度。

6. 积极推进在有条件地区开展4K超高清电视试点

落实我国广播电视行业发展规划,积极支持一些有条件的地区开展4K超高清电视试点,在节目规划、系统建设、标准应用、产业支撑以及运营模式等方面开展探索和实践,为下一步扩大范围,推进4K超高清电视积累经验、提供借鉴。

6 结束语
总的来说,多年来我国广播电视技术与世界同步发展,经历了模拟转数字、标清转高清的过程,现在又面临4K超高清电视新一轮的技术升级。顺应技术发展趋势,为广大受众提供更佳更优的视听服务,是广播电视部门的职责使命。国家新闻出版广电总局目前正在抓紧制定4K超高清电视相关指导政策,希望我国的超高清电视在技术政策、节目政策、产业政策、技术标准的指导下,在基于完整产业链和生态环境的条件下,构建可持续、良性发展的体制机制,与智慧广电网络、智能电视终端一体化同步建设,积极、稳步、健康地发展。

参考文献

[1]ITU-R BT.2020-2.Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange[S].2015.10.

[2]关于4K、8K 规划后续会议的中期报告(4K·8K ロードマップに関するフォローアップ会合 中間報告)[R]. 日本千代. 日本总务省,2014.9.9.

[3]ITU-R BT.2100.Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange[S].2017.06.

[4]MPEG A/342 Part 3:2017 MPEG-H System[S].2017.03.

[5]HDMI HDMI2.1 Specification.2017.01.

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发表于 2017-9-26 09:02:11 | 显示全部楼层
从用户端看,4K在中国发展有几个瓶颈:
一是传输,歌华之类的机顶盒关注传输的频道数量而缩水画面质量,传输入户的高清信号很多看着还不如在机房看到的标清,用户体验极差,出于这样的惯性,可以想见这帮人未来做4K频道能做成什么样。

二是标准侧重,4K的优势很大程度上是鲜有人提及的高帧率,这在体育等快速运动画面上有极大优势,奈何一帮纯干技术的标准制定者只顾着考虑传输的可行性而不去考虑观众的用户体验痛点,25或30的帧率凑合着播4K对于4K长期发展来说就是饮鸩止渴,是逼着观众对4K乃至电视屏幕失去兴趣。被热炒的HDR对于电视观看场景来说就是个噱头,对于厂家卖技术和卖电视来说倒更是一个好题材,奈何绝大多数观众日常的电视观看场景,不是发生在暗光环境下,而是“开着灯看电视”,这种场景就决定了HDR与帧率、色彩、清晰度等指标相比没有那么迫切。
顺道说说关于4K清晰度的看法,2015年初我曾考察过北京的各大电影院播放设备和素材情况-----当时全北京没有几家电影院是4K放映机,即便是4K放映机的也极少放映4K素材,当时在电影院放的基本都是2K的清晰度,与符合标准的高清电视基本一样(比歌华等有线电视看到的假高清清楚很多),大家每每从电影院欣赏完2K的片子出来就没有谁吐槽清晰度不够的。如今市场上4K电视也有类似的尴尬-----80吋以下的电视机,高清电视和4K电视单从清晰度上看不出多大的差异,80吋以上差异开始明显。相比之下,帧率、色彩等因素确实很容易看出差异,与其强驽着提高清晰度,还不如先用有限的传输资源把帧率和色彩搞上去,这样可以录制节目和保留素材用4K,传输用1080 50p,如此这般既可以迅速提高观众收看效果又可以与未来实现全面真4K接轨。

三是声音,声音是标清转高清时就欠下的一笔旧账,早该还了。高清本来就可以很好地传输环绕立体声,而且声音元素其实承载的信息量很大、优化声音效果对观看效果的整体提升是很明显的,电影比电视的优势中很大一块就是声音。4K的声音制作、传输、再现如果能完全达到高清的环绕立体声技术标准,对于用户体验来说就足够好了,现在制作端做得再高,入户播放时候全都省掉变普通立体声甚至单声道,就等于什么都没做,屁用没有。

第四方面,说说媒体屏幕的发展。未来有三块屏:墙上的、桌上的、手上的-----电视、电脑、手机。现在墙上这块屏播出的东西,绝大多数在墙上留不住,比如新闻,主要会转到手上那块屏去。留在墙上电视屏幕的会有体育、欣赏类高端纪录片和电影,对!墙上的电视会抢走很大一部分电影的份额。80吋以上的4K屏幕按照对角线观看距离的标准,其包围感要大过电影院银幕的包围感,只要把环绕立体声做到高清的水平,用户体验就会基本达到电影院的水平,还不会有身边打电话、嗑瓜子、聊闲天的打扰。这个是可以预见到的未来。

还有关于8K的问题,呵呵!如果8K普及了是不是还有16K、32K?大家伸出双手展开五指仔细看,有细菌!看见了吗?如果看不见,请把胳膊伸直,看看能不能数清楚手指上指纹的条数,如果还看不见,哪怕试试在胳膊伸直的情况下能不能看清手指上的斗和簸萁?4K在80吋以上屏幕家中观看已经大于普通人眼分辨率,更高的画质需要更高视力的肉眼,请用眼镜布擦擦眼镜,然后想想怎么看清手上细菌的问题再说更多K的事。

综上所述,唠唠叨叨一句话:
4K前途明确,但是现在中国的推进步骤明显在绕弯路。

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