超高清電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

張婷婷

摘 要： 隨著電視技術(shù)的不斷發(fā)展，從普通電視到高清電視，到現(xiàn)有的超高清電視中，電視的技術(shù)在不斷的更新。在本文中詳細(xì)介紹了超高清電視使用的范圍和相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)在壓縮系統(tǒng)、圖像顯示和傳送系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)要求作為切入點(diǎn)，在高質(zhì)量高保真的條件下，提高超高清電視的穩(wěn)定性和清晰度，同時(shí)介紹了超高清電視的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 超高清；傳輸系統(tǒng)；圖像參數(shù)

隨著家庭中電視的普及，在對(duì)于電視的可視化程度的要求越來(lái)越高，在這樣的需求下，高清和超高清的電視種類就應(yīng)運(yùn)而生，更多的清晰度上的研究應(yīng)用在電視當(dāng)中，讓電視的圖像展示更加清晰和立體，給觀影者帶來(lái)更加直觀立體的視覺(jué)享受。在高清和超高清電視中，存在多種的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)技術(shù)上的更新?lián)Q代，不斷的體現(xiàn)出設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。

一、超高清電視發(fā)展情況

在高清電視中，主要有HDTV的模式，大量該模式的電視設(shè)備被人們所熟知，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了3D電視，在一段時(shí)間的市場(chǎng)探索中，又出現(xiàn)了超高清電視，在原有高清的基礎(chǔ)上更加深層次的創(chuàng)新，形成的UHDTV模式，在現(xiàn)場(chǎng)的觀感和視覺(jué)上更加飽滿，更加有現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)身臨其境的感覺(jué)?，F(xiàn)階段，在超高清電視中，主要支持的模式是4k和8k顯像的圖像尺寸，顯像的尺寸也是區(qū)分高清和超高清的重要指標(biāo)之一。

目前，超高清的電視在市場(chǎng)上也大量的投入使用，日本對(duì)于超高清的電視在2006年就完成了有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的高清數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)，在倫敦奧運(yùn)會(huì)的開(kāi)幕式上，完成了8k電視的首次全景直播，在異地就能看到超高清的傳輸信號(hào)，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，日本在數(shù)據(jù)上制定了4k和8k的高清電視標(biāo)準(zhǔn)，利用標(biāo)準(zhǔn)化的要求對(duì)電視每幀進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對(duì)于電視的格式和多個(gè)參數(shù)也有具體的要求，同時(shí)在實(shí)踐中要求，最大的電視幀率控制在160幀每秒，保證電視的格式在高清電視的設(shè)備可接受范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和信號(hào)的有效銜接。同時(shí)在對(duì)比上一代的電視幀數(shù)可以了解到，在電機(jī)的調(diào)制解調(diào)設(shè)備的改變，在壓縮頻率上的改變能夠使壓縮的效率大大的提升，有效的解決了超高清電視在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)包過(guò)大的問(wèn)題，能夠在短時(shí)間內(nèi)利用壓縮的效率傳送數(shù)量更大質(zhì)量更好的電視電子信號(hào)數(shù)據(jù)。在本文中也會(huì)對(duì)UHDTV 中使用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究，并在參數(shù)和壓縮方面的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

二、超高清電視中圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)研究

在超高清電視中，給觀眾最直接的感受就是電視的清晰度和電視帶來(lái)的視野上的變化，從而改變了觀眾對(duì)于電視的認(rèn)識(shí)，其中圖像的技術(shù)是完成感官體驗(yàn)升級(jí)最為關(guān)鍵的一部分，分辨率的提高能夠在高清的基礎(chǔ)上改變參數(shù)達(dá)到這一目的。在圖像顯示的分辨率中，根據(jù)不同圖像系統(tǒng)的尺寸有不同的分辨率，對(duì)于分辨率是清晰程度的主要質(zhì)變，在系統(tǒng)中，熒幕的尺寸不是嚴(yán)格進(jìn)行定義，就會(huì)出現(xiàn)分辨率不同，但是通常的定義中都是將超高清定義為1920x1080，利用大熒幕的數(shù)字成像形成整套的成像系統(tǒng)，將遠(yuǎn)程的電視表演、體育比賽和聲音傳送在高清畫面上。其中，還必須強(qiáng)調(diào)的是利用分層圖像技術(shù)能夠使畫面更加立體，在原有1920x1080的基礎(chǔ)上增加一層1280x720的圖層，在兩層的成像系統(tǒng)中出現(xiàn)錯(cuò)落的立體感，保證在分辨率不失的情況下，出現(xiàn)超高清的分辨模式，并形成可控的傳輸信號(hào)源接受控制。用這樣的方式也同樣適用于廣播當(dāng)中，讓觀者在大熒幕放映中沒(méi)有畫面的缺失，每一幀的畫面處于較為飽滿的狀態(tài)，同時(shí)色彩上的鮮艷也能提高觀者的觀感體驗(yàn)。

區(qū)別不同于高清電視，在UHDTV超高清電視中，瞬時(shí)傳送的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送，利用壓縮包的高效壓縮能夠在每幀當(dāng)中體現(xiàn)出更多的畫面數(shù)據(jù)，加上使用分層的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，在控制熒幕和收看之間的距離能更好的提高觀影體驗(yàn)。通常情況下，正常在家里看電視的距離大致在2-3米作用，鑒于這樣的觀影習(xí)慣，在超高清設(shè)計(jì)中選用的尺寸和距離設(shè)置就在2-3米內(nèi)為最佳位置，適應(yīng)于超高清的電視熒幕大小，但是不同于高清電視的觀感，超高清電視在同樣范圍和距離內(nèi)感受到觀影的視野存在一定的差距，普通的高清電視是在50到150寸之間，觀看的距離在0.5米到2米，但是使用超高清電視中尺寸在50-150寸之間，但是距離必須在2米以上，這樣才能充分感受到視野上的變化以及立體感的呈現(xiàn)。此外，在考慮電視收看的最佳位置中，還要考慮到電視放置的高度位置，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)上存在偏差，長(zhǎng)時(shí)間觀看出現(xiàn)疲勞，過(guò)低會(huì)出現(xiàn)畫面感的缺失。以64寸電視熒幕來(lái)看，最佳的觀看距離是人眼離電視在2.8米左右，當(dāng)使用超高清電視時(shí)，電視擺放位置水平線和視覺(jué)水平線控制在5°左右，并根據(jù)用戶的習(xí)慣進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)。

對(duì)于電視的成像尺寸中，寬度和高度的比例也是考慮的重要指標(biāo)。在合理的寬高比設(shè)定后，避免出現(xiàn)電視視覺(jué)方面的失真，利用高度和寬度上的轉(zhuǎn)換提高觀影的體驗(yàn)。在大量的實(shí)驗(yàn)中表明，使用16：9的畫面比例最能保證畫面的質(zhì)感和畫面數(shù)據(jù)內(nèi)容不缺失，這個(gè)比例在高清電視和超高清電視中都適用。此外，在像素方面，根據(jù)不同的視野和分辨率對(duì)畫面進(jìn)行控制，在觀看的位置角度不同中，每個(gè)角度觀看所帶來(lái)的的感受也存在一定的差異，考慮到看電視人群的習(xí)慣，通常采用的3840x2160和1920x1080這兩種格式的分辨率，這兩種分辨率在大多數(shù)的電視信號(hào)中都能適用，保證了觀看的流暢性和清晰度。

三、超高清電視中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)研究

超高清電視圖像的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)高于高清電視，當(dāng)前廣泛使用MPEG-2 和H.264/AVC 壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)不能很好的滿足信源壓縮的要求。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織從2010 年開(kāi)始制定了面向超高清視頻編碼的高效視頻編（High Efficiency video coding， HEVC）標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是在H.264/AVC high profile 的基礎(chǔ)上，壓縮效率提高一倍，相同視頻質(zhì)量的前提下，視頻流的碼率減少50%。HEVC 在沿用H.264 的混合編碼框架內(nèi)允許編碼端適當(dāng)提高復(fù)雜度，著力研究新的編碼工具或技術(shù)，以提高視頻壓縮效率。對(duì)于殘差數(shù)據(jù)編碼，編碼塊通過(guò)殘差四叉樹(shù)遞歸的劃分為編碼塊，除了靈活的圖像劃分結(jié)構(gòu)外，HEVC 在去塊濾波后增加了樣點(diǎn)自適應(yīng)偏置（SampleAdaptive Offset， SAO）和自適應(yīng)環(huán)路濾波（Adaptive Loop Filter， ALF）兩個(gè)濾波器。SAO 位于Deblock 之后，將重建圖像像素點(diǎn)分為不同類型，對(duì)不同類型的樣點(diǎn)加以不同的偏置量以減少失真，從而進(jìn)一步提高圖像壓縮率。對(duì)于4K 超高清電視，幀率為30fps，采用H.264/AVC 編碼，達(dá)到廣播級(jí)質(zhì)量需要40Mbps 左右的碼率，采用HEVC 編碼則需要20Mbps 左右的碼率。

四、結(jié)束語(yǔ)

超高清電視在傳統(tǒng)電視和高清電視的基礎(chǔ)上形成了新的觀影體驗(yàn)，也逐漸被人們關(guān)注和接受，目前有大量關(guān)于超高清的電視研究計(jì)算在研究，有些也成功進(jìn)行運(yùn)用，我國(guó)在超高清電視的使用中已經(jīng)有重大的圖片，在一些關(guān)鍵技術(shù)上也有定的創(chuàng)新，尤其在開(kāi)設(shè)4k和8k的頻道上也有一定的改良。今后超高清電視將會(huì)大量的線衫批量生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)于超高清電視中的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)隨之制定，更好更多的觀看體驗(yàn)就會(huì)呈現(xiàn)給觀眾。

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