廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用研究

盧樂一 萬(wàn)兆媛

【摘要】近年來(lái)，我國(guó)信息環(huán)境逐步改善，新媒體和傳統(tǒng)媒體協(xié)同發(fā)展形成了融媒體環(huán)境。本文主要介紹廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，介紹關(guān)鍵技術(shù)融合、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定、管理模式優(yōu)化、技術(shù)參數(shù)設(shè)置、有效開展檢測(cè)等內(nèi)容，并基于廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。探究4K超高清技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，旨在推動(dòng)廣播電視系統(tǒng)功能現(xiàn)代化發(fā)展，為人們提供更好的視聽體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】廣播電視系統(tǒng);4K超高清技術(shù);技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);技術(shù)參數(shù)

中圖分類號(hào)：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.21.001

長(zhǎng)期以來(lái)，廣播電視作為接收官方信息，掌握社會(huì)動(dòng)態(tài)的主要媒介被大眾所接受，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升和信息環(huán)境的逐步改善，人們對(duì)廣播電視分辨率的要求也呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)，4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用可切實(shí)滿足觀眾的清晰度需求。另外，4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用可以積累豐富技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，繼而在醫(yī)學(xué)檢查、視頻監(jiān)控、城市交通等領(lǐng)域中發(fā)揮現(xiàn)代化優(yōu)勢(shì)。

1. 廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

公開資料顯示，2018年，我國(guó)廣播節(jié)目綜合人口覆蓋率為98.9%、農(nóng)村廣播人口覆蓋率為98.6%，電視節(jié)目綜合人口覆蓋率為99.3%、農(nóng)村電視人口覆蓋率為99.0%;2019年，廣播節(jié)目綜合人口覆蓋率為99.1%，電視節(jié)目綜合人口覆蓋率為99.4%。由此可知，我國(guó)具有較大的廣播電視信息受眾規(guī)模，4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的有效應(yīng)用可惠及廣大信息受眾，切實(shí)改善我國(guó)人民的信息獲取環(huán)境，使人們能夠更好地與社會(huì)相關(guān)聯(lián)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示，2009年～2017年，我國(guó)廣播電視設(shè)備制造業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)數(shù)量分別為477個(gè)、473個(gè)、365個(gè)、447個(gè)、624個(gè)、626個(gè)、644個(gè)、693個(gè)和652個(gè)，在技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)融合上具有較高的基礎(chǔ)，2009年～2017年，家用視聽設(shè)備制造高技術(shù)產(chǎn)業(yè)數(shù)量分別為1088個(gè)、1090個(gè)、864個(gè)、897個(gè)、1039個(gè)、1036個(gè)、1022個(gè)，1051個(gè)、1004個(gè)，可見4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用具有較為寬廣的技術(shù)空間。值得一提的是，4K超高清技術(shù)將對(duì)廣播電視系統(tǒng)原有信息傳播平臺(tái)和信息條件提出全新挑戰(zhàn)：用戶若想觀看4K節(jié)目，必須擁有4K電視機(jī)。由此可知，4K超高清技術(shù)可帶動(dòng)電視制造行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于擴(kuò)大與廣播電視行業(yè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模具有積極意義和影響。

2. 廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用路徑

2.1 關(guān)鍵技術(shù)融合

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示，2009年～2011年，我國(guó)廣播電視設(shè)備制造業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值分別為4246602.00萬(wàn)元、5772921.70萬(wàn)元、6574928.60萬(wàn)元，可知廣播電視設(shè)備制造高技術(shù)產(chǎn)業(yè)具有較大的發(fā)展規(guī)模。為滿足我國(guó)人民對(duì)廣播電視節(jié)目分辨率的要求，4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用切實(shí)可行，可通過關(guān)鍵技術(shù)融合擴(kuò)大4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用比例。

基于圖像紋理特征和哈達(dá)瑪變換的編碼算法在4K超高清技術(shù)應(yīng)用中占有重要地位，以紋理復(fù)雜度的定義和沃爾什-哈馬達(dá)變換過程為基礎(chǔ)，可通過優(yōu)化算經(jīng)使得4K超高清技術(shù)具有較為優(yōu)良的編碼性能和運(yùn)行流程。另外，還可通過非線性擴(kuò)散濾波的圖像增強(qiáng)4K超高清技術(shù)，使其具有較為穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，強(qiáng)化用戶的視覺體驗(yàn)。4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中得以應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)還包括編碼單元?jiǎng)澐?、幀?nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)、幀間預(yù)測(cè)技術(shù)和碼率控制技術(shù)，其中，編碼單元?jiǎng)澐种饕劳杏?K超高清技術(shù)的編碼框架和編碼配置，根據(jù)編碼環(huán)節(jié)的不同，在CTU劃分、模式預(yù)測(cè)、變換三個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)編碼單元、預(yù)測(cè)單元和變換單元，以編碼單元?jiǎng)澐旨夹g(shù)為基礎(chǔ)，廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的轉(zhuǎn)換率將得以有效提升。幀內(nèi)預(yù)測(cè)技術(shù)和幀間預(yù)測(cè)技術(shù)分別針對(duì)圖像在空間上的冗余和圖像在時(shí)間上的冗余，對(duì)減小圖像儲(chǔ)存空間、提高圖像處理效率具有積極意義。碼率控制技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用可對(duì)編碼過程進(jìn)行合理優(yōu)化，繼而使編碼后碼流輸出與傳輸通道帶寬相匹配。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示，2009年、2010年、2011年，我國(guó)家用視聽設(shè)備制造業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值分別為39184498.00萬(wàn)元、44528141.90萬(wàn)元、53779939.70萬(wàn)元，電子及通信設(shè)備制造業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值分別為289471244.00萬(wàn)元、359297648.30萬(wàn)元、435594944.20萬(wàn)元。由此可知，我國(guó)在通信環(huán)境建設(shè)和廣播電視視聽環(huán)境改善上做出了巨大努力，要想進(jìn)一步加強(qiáng)4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用力度，應(yīng)加快建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高4K超高清技術(shù)在電視廣播系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)化程度，保證4K超高清技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，使其能夠切實(shí)展現(xiàn)圖像處理優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，在大量人力、物力的支持下，4K超高清技術(shù)在我國(guó)具有了優(yōu)良的應(yīng)用基礎(chǔ)，2019年、2020年《春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)》采用的4K直播方式，使人們?cè)谟^看春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)時(shí)具有了更加的觀看體驗(yàn)。2018年中央廣播電視總臺(tái)發(fā)布了4K超高清技術(shù)規(guī)劃以及兩份由中央電視臺(tái)組織編制的4K超高清電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的全面應(yīng)用提供了基本遵循和有力支持。在此基礎(chǔ)上，可結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)4K試驗(yàn)頻道直播系統(tǒng)建設(shè)和4K超高清技術(shù)體系建設(shè)，切實(shí)展現(xiàn)4K超高清技術(shù)的最新發(fā)展成果，形成全新的電視服務(wù)模式，擴(kuò)大傳統(tǒng)媒體的傳播力和影響力。

2.3 管理模式優(yōu)化

《中央廣播電視總臺(tái)4K超高清電視節(jié)目直播技術(shù)規(guī)范》和《基于4K超高清圖像=環(huán)繞聲/三維聲的家庭影院配置規(guī)范》，為4K超高清在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，要想有效打造全新的4K超高清電視制播技術(shù)體系，充分彰顯4K超高清技術(shù)的圖像處理優(yōu)勢(shì)，應(yīng)致力于優(yōu)化管理模式。傳統(tǒng)的廣播電視管理模式在管理效率和管理覆蓋面上具有明顯的缺陷，基于我國(guó)廣播電視設(shè)備制造技術(shù)和家用視聽設(shè)備制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，可以得知，4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用是廣播電視系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，廣播電視系統(tǒng)管理人員和其他相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)基于4K超高清技術(shù)的技術(shù)特征和技術(shù)基礎(chǔ)，充分健全管理系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)管理框架的限制，積極融合創(chuàng)新性管理理念，形成節(jié)目伴隨制播HD的制作傳播管理模式和原創(chuàng)式和混合式的現(xiàn)實(shí)直播管理模式，對(duì)這兩種管理模式下的管理內(nèi)容和技術(shù)環(huán)境進(jìn)行充分細(xì)化，加強(qiáng)對(duì)4K超高清技術(shù)的支持力度。值得一提的是，為使4K超高清技術(shù)可以形成更高圖像清晰度、更寬色域、更寬亮度的圖像顯示環(huán)境，應(yīng)有效處理4K超高清技術(shù)帶來(lái)的巨大后期編輯工作，組建掌握先進(jìn)編輯能力、信息處理能力的人才隊(duì)伍，對(duì)4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的有效應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2.4 技術(shù)參數(shù)設(shè)置

公開資料顯示，2018年，全國(guó)有線廣播電視用戶數(shù)為21832.0萬(wàn)戶，農(nóng)村有線廣播電視用戶數(shù)為7404.0萬(wàn)戶，數(shù)字廣播電視用戶數(shù)為20144.0萬(wàn)戶，目前我國(guó)現(xiàn)有公共電視節(jié)目3559套，公共電視節(jié)目播出時(shí)間總計(jì)為192502557.0小時(shí)，電視節(jié)目制作時(shí)長(zhǎng)為3577444.0小時(shí)。由此可知，我國(guó)信息受眾對(duì)廣播電視節(jié)目具有較大需求，為使4K超高清技術(shù)可以在廣播電視系統(tǒng)中切實(shí)發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)積極優(yōu)化技術(shù)參數(shù)設(shè)置，根據(jù)4K超高清技術(shù)對(duì)電視廣播系統(tǒng)硬件的需求完成總體硬件設(shè)計(jì)。目前，電視廣播系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括平臺(tái)系統(tǒng)及關(guān)鍵性能參數(shù)設(shè)計(jì)和平臺(tái)模塊及關(guān)鍵性能參數(shù)設(shè)計(jì)。4K超高清技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)是多屏圖像處理平臺(tái)，該平臺(tái)可連接用戶高分業(yè)務(wù)軟件、超高分辨率顯示墻和前端信號(hào)源，多屏圖像處理平臺(tái)系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)模塊、PCI-Express交換模塊圖像處理模塊、顯示輸出模塊、系統(tǒng)控制交換模塊、圖像采集模塊構(gòu)成，顯示輸出模塊主要包括八組模塊，以每組4通道的形式進(jìn)行信號(hào)輸出，超高分辨率顯示墻的4個(gè)顯示單元可以接收顯示輸出模塊共計(jì)32通道中輸出的圖像信息并展示。

2.5 有效開展檢測(cè)

為使4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中具有穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)，應(yīng)合理開展相關(guān)檢測(cè)工作，檢測(cè)內(nèi)容包括信號(hào)一致性對(duì)比檢測(cè)、系統(tǒng)功能測(cè)試、系統(tǒng)性能測(cè)試和系統(tǒng)可靠性測(cè)試。其中，信號(hào)一致性對(duì)比檢測(cè)可用于測(cè)試視頻信號(hào)內(nèi)容的丟失性，保證輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的一致性，繼而實(shí)現(xiàn)管理4K信號(hào)質(zhì)量和保證4K圖像傳輸穩(wěn)定性的目的。系統(tǒng)功能測(cè)試包括音頻解碼制式測(cè)試、圖像分辨率支持能力測(cè)試、靜止圖像頁(yè)面顯示功能測(cè)試、遠(yuǎn)程配置功能測(cè)試、本地配置功能測(cè)試、以太網(wǎng)口功能測(cè)試、USB口功能測(cè)試、紅外接口/鍵盤功能測(cè)試。系統(tǒng)性能測(cè)試包括電源測(cè)試、復(fù)位系統(tǒng)測(cè)試、時(shí)鐘信號(hào)測(cè)試、Merry部分信號(hào)測(cè)試、HDMI信號(hào)測(cè)試、CVBS信號(hào)測(cè)試、VGA信號(hào)測(cè)試、Ypb pr信號(hào)測(cè)試、SDI信號(hào)測(cè)試、S-Video信號(hào)測(cè)試、音頻信號(hào)測(cè)試、USB信號(hào)測(cè)試、以太網(wǎng)信號(hào)測(cè)試、按鍵和紅外測(cè)試、串口信號(hào)測(cè)試。系統(tǒng)可靠性測(cè)試內(nèi)容包括環(huán)境實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、安規(guī)試驗(yàn)和電磁兼容EMC試驗(yàn)，通過合理開展上述測(cè)試和試驗(yàn)可有效分析4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)和穩(wěn)定性。

3. 廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，相關(guān)現(xiàn)代化信息技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用切實(shí)改變了人們的信息接收方式，使人們具有了更為便捷的信息接收渠道和更佳的視聽體驗(yàn)。廣播電視系統(tǒng)中4K超高清技術(shù)的應(yīng)用充分展現(xiàn)了現(xiàn)代化技術(shù)對(duì)人們生活的影響，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局資料顯示，2011年我國(guó)廣播電視設(shè)備制造業(yè)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)新產(chǎn)品的產(chǎn)值為1739764.20萬(wàn)元，可見，我國(guó)高度重視廣播電視系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。4K超高清技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)視聽環(huán)境創(chuàng)新，基于當(dāng)前我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平和人們?nèi)找嬖黾拥男畔@取需求，可以預(yù)測(cè)，4K超高清技術(shù)還將與人工智能技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)有效融合，進(jìn)一步提高廣播電視系統(tǒng)的人性化水平。

總而言之，當(dāng)前我國(guó)正處于現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，基于人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)視頻和圖像信息獲取需求的持續(xù)擴(kuò)張趨勢(shì)，在廣播電視系統(tǒng)中應(yīng)用4K超高清技術(shù)切實(shí)可行?？赏ㄟ^關(guān)鍵技術(shù)融合、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定、管理模式優(yōu)化、技術(shù)參數(shù)設(shè)置、有效開展檢測(cè)，使4K超高清技術(shù)具備堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和運(yùn)行基礎(chǔ)，為用戶提供更為舒適的視頻觀看效果。

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