超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)分析及研究

李桂花

摘 要 文章簡單介紹超高清數(shù)字電視，分析超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，提出超高清數(shù)字電視的發(fā)展前景，推廣和應(yīng)用超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，并為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞 超高清數(shù)字電視；關(guān)鍵技術(shù)；分析

中圖分類號 TN94 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）216-0085-02

在電影行業(yè)提出4K概念后，以4K概念為理論依據(jù)超高清電視問世，遵循ITU-RBT.2020國際標(biāo)準(zhǔn)，使得超高清進(jìn)入到人們的日常生活中。近幾年來，國內(nèi)外電視生產(chǎn)商推出各個尺寸的超高清電視，并一度成為行業(yè)熱點(diǎn)話題。在實(shí)際應(yīng)用中，相比于高清電視而言，超高清電視可以為觀眾提供更為細(xì)膩和逼真的圖像，視覺信息更為精確，提高觀眾的臨場感，形成較大的視覺沖擊。對此，為了推廣超高清電視、優(yōu)化超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，要深入分析當(dāng)前超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，判斷超高清數(shù)字電視的發(fā)展前景，為相關(guān)推廣工作和技術(shù)研究工作形成理論依據(jù)。在這樣的環(huán)境背景下，探究超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)分析及研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 超高清數(shù)字電視綜合解析

NHK公司最早提出超高清電視，將其認(rèn)定為一種提高電視圖像質(zhì)量的數(shù)字電視技術(shù)，提出后獲得業(yè)界的廣泛關(guān)注，日本、韓國、英國、美國以及俄國紛紛開展對超高清數(shù)字電視技術(shù)的研究。超高清電視是指屏幕物理分辨率超過3 840×2 160（4K×2K），相當(dāng)于4倍1 080p的電視，UHDTV是超高清數(shù)字電視的簡寫，UHD應(yīng)用到電視機(jī)技術(shù)已經(jīng)十分普遍，國內(nèi)外各大生產(chǎn)商已經(jīng)紛紛推出UHD超高清電視，國際電信聯(lián)盟提出“超高清數(shù)字電視”標(biāo)準(zhǔn)，將屏幕物理分辨率超過3 840×2 160（4K×2K）則為超高清，在實(shí)際應(yīng)用中，超高清數(shù)字電視具有以下特點(diǎn)：第一，分辨率高，超高清數(shù)字電視的物流分辨率已經(jīng)高達(dá)3 840×2 160，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超清電視。第二，清晰度高，超高清數(shù)字電視以HDMI1.4通道為主，可以達(dá)到2160P清晰度，支持視頻實(shí)時傳輸，由于處理芯片為國際先進(jìn)水平，可以無損還原電視畫面，提高視頻清晰度和流暢度。第三，畫面有質(zhì)感，超高清數(shù)字電視采用先進(jìn)的背光技術(shù)，利用矩陣背光技術(shù)和動態(tài)控制技術(shù)，增加電視畫面的真實(shí)感和柔和感，提高整體層次感。第四，響應(yīng)速度快，這一響應(yīng)速度直接關(guān)系到電視畫面整體流暢程度，以倍頻技術(shù)、動態(tài)插幀技術(shù)為主，可以在視頻播放過程中，防止運(yùn)動畫面拖尾問題和抖動問題，提高電視畫面整體的流暢性。第五，色彩豐富，選擇最新的色彩處理技術(shù)，通過專用高亮濾光膜，提高電視畫面的整體質(zhì)感，提高色彩真實(shí)性與飽滿性。

2 超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)

2.1 超高清視頻處理技術(shù)

以4：4：4超高清數(shù)字電視為例，在4K模式下，超高清數(shù)字電視圖像數(shù)據(jù)率是6Gb/s；在8K模式下，超高清數(shù)字電視圖像數(shù)據(jù)率是24Gb/s。以4：2：2超高清數(shù)字電視為例，在4K模式下，超高清數(shù)字電視圖像數(shù)據(jù)率是4Gb/s；在8K模式下，超高清數(shù)字電視圖像數(shù)據(jù)率是16Gb/s。為了實(shí)現(xiàn)巨大數(shù)據(jù)量的傳輸，急需新型壓縮編碼方法，即為高效視頻編碼，簡稱為MPVE，這一標(biāo)準(zhǔn)要求是對比H.264高檔次，使其碼率下降至50%，但是在提高壓縮編碼難度的情況下，還可以將碼率下降至25%。若將1995年提出的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字電視一代壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，2003年提出的H.264就是二代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，碼率下降至50%，而HEVC作為三代編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)，相比于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)而言，其碼率已經(jīng)下降至25%。這就說明，針對4K型30幀/s視頻而言，選擇H.264標(biāo)準(zhǔn)，壓縮編碼速度為40Mb/s，而選擇MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮編碼速度可控制在20Mb/s以下。

2.2 音頻處理技術(shù)

針對超高清數(shù)字電視而言，其聲道布置為圖1所示，一共有22個聲道，其中頂層布設(shè)9個聲道，中間層布設(shè)10個聲道，底層布設(shè)3聲道，通過這一安排，形成上、中、下三維立體環(huán)繞聲場，構(gòu)建超高清數(shù)字電視的空間立體聲。

通過這種聲道空間布設(shè)方式，在下層兩側(cè)布設(shè)2個低音聲道，形成22.2環(huán)繞聲體系，相比于7.1環(huán)繞聲系統(tǒng)而言，聲音真實(shí)性較強(qiáng)，形成三維化聲場，給觀眾一種現(xiàn)場感，感官體驗(yàn)更為強(qiáng)烈。這種22.2聲道音頻數(shù)據(jù)率也要著重考慮，以24bie采樣為例，其音頻數(shù)據(jù)率為28Mb/s，在音頻壓縮后，其音頻數(shù)據(jù)率為2.8Mb/s。DTS開發(fā)類多聲道立體環(huán)繞技術(shù)，MPEG制定多聲道標(biāo)準(zhǔn)，家用電視而言，22.2聲道播出系統(tǒng)中的聲道布置不具有全面的適用性。對此，MPEG所制定的環(huán)繞聲標(biāo)準(zhǔn)SAC設(shè)計(jì)后向兼容，及時更新立體聲道系統(tǒng)，借助生源強(qiáng)度與聲道的空間關(guān)系進(jìn)行編碼，降低多聲道音頻傳輸數(shù)據(jù)率，增加少量音源空間信息數(shù)據(jù)，提升播放效果。

2.3 傳輸技術(shù)

超高清數(shù)字電視具有極高的分辨率，這就說明數(shù)據(jù)容量的增加，傳輸技術(shù)就成為超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)之一，其傳輸方式包括以下幾方面：

第一，衛(wèi)星傳輸。衛(wèi)生傳輸覆蓋面較廣，通過大寬帶傳輸，傳輸速率較高，大多數(shù)運(yùn)營商都利用衛(wèi)星傳輸方式，實(shí)現(xiàn)超高清信號的傳輸，正是這種傳輸方式的大量應(yīng)用，使得更多規(guī)模化衛(wèi)星運(yùn)營商投入到這一生產(chǎn)領(lǐng)域中，逐一測試，保證衛(wèi)星傳輸效率。日本SKY Perfect JSAT 公司在這一方面取得較為明顯的成就，利用衛(wèi)星傳輸方式實(shí)現(xiàn)4K足球聯(lián)賽的直播與轉(zhuǎn)播，我國也相繼加入這一研究領(lǐng)域中，提出基于衛(wèi)星傳輸4K解決方案，保證實(shí)時64Mb/s傳輸速率，及時傳輸4K視頻內(nèi)容。到了2014年底，捷克CT聯(lián)合聯(lián)合斯洛伐克廣播電視公司通過衛(wèi)星傳輸方式進(jìn)行超高清測試。

第二，地面?zhèn)鬏?。地面?zhèn)鬏敿夹g(shù)能夠反映一個國家科技水平的高低，超高清地面?zhèn)鬏敎y試采用標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域性差異明顯，以日本 ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)為主，選擇正交頻分復(fù)用技術(shù)傳輸體制、超高階調(diào)制方式，聯(lián)合雙極化天線和多入多出技術(shù)加強(qiáng)信號。在實(shí)際運(yùn)行中，把信道劃分為若干正交子信道，使得各個高速數(shù)據(jù)信息變?yōu)椴⑿信帕械淖訑?shù)據(jù)流，在各個子信道實(shí)現(xiàn)傳輸。在此過程中，正交信號借助接收端分隔通信技術(shù)，控制各個子信道間的干擾，使得子信道信號寬帶遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于信道寬帶，子信道形成平坦性衰落，消除各個信道上的信號干擾，保證信道均衡，提高傳輸效率。

第三，光纖傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖傳輸具有大容量傳輸優(yōu)勢，有利于高數(shù)據(jù)率行超高清數(shù)字電視信號的傳輸，在這一方面，日本NHK公司首先對光纖多種傳輸形式進(jìn)行試驗(yàn)，研發(fā)適用在短距離傳輸?shù)慕涌趥鬏斣O(shè)備，以光網(wǎng)絡(luò)為主，用光放大器取替電放大器，實(shí)現(xiàn)260km距離的有效傳輸。在光纖傳輸過程中，一端采用注入型激光二極管進(jìn)行光媒體傳播，另一端則采用APD光電二極管進(jìn)行信號檢測，引入亮度調(diào)制技術(shù)，在既定頻率下，將光出現(xiàn)、消失作為二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)，無論是注入型激光二極管還是APD光電二極管，都要通過這種方式進(jìn)行調(diào)制，提高光功率與接受能力，進(jìn)而保證光纖傳輸效果。

3 超高清數(shù)字電視的發(fā)展前景

在硬件技術(shù)上，4K超高清分辨率將得到逐步普及，更高更精細(xì)的分辨率和畫面細(xì)節(jié)效果有利于消費(fèi)者的視覺感官提升，目前國內(nèi)外主要電視品牌都在不斷加強(qiáng)旗下4K超高清電視的產(chǎn)品陣營，這就像從高清電視向全高清電視的過渡一樣，更加精致的畫面是產(chǎn)品和用戶所不斷追求的目標(biāo)，隨著超高清片源的逐漸發(fā)展，超高清智能電視也將成為未來的主流產(chǎn)品。在軟件研發(fā)方向，功能豐富化、集成化，操作“傻瓜化”將成為未來智能電視的主要發(fā)展目標(biāo)。未來的智能電視將不僅是觀看節(jié)目的產(chǎn)品，更會成為智能家居控制的終端顯示系統(tǒng)，這將讓智能電視不僅僅像現(xiàn)在一樣，能夠與遠(yuǎn)方的家人視頻通話，更能監(jiān)控顯示家中冰箱、空調(diào)等其他產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)，甚至能夠遠(yuǎn)程觀看孩子、老人或?qū)櫸镌诩抑械那闆r。在未來，觀看電視只是智能電視的一個功能，顯示各種家中情況，匯集各種移動端信息的“輸出、控制終端”才是真正智能化時代的發(fā)展方向。

4 結(jié)論

通過對超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)的研究，闡述超高清視頻處理技術(shù)、音頻處理技術(shù)、傳輸技術(shù)，為了推廣超高清電視、優(yōu)化超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，要深入分析當(dāng)前超高清數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)，判斷超高清數(shù)字電視的發(fā)展前景，為相關(guān)推廣工作和技術(shù)研究工作形成理論依據(jù)，促進(jìn)我國家電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

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