超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

楊長慶

（濱州市新聞傳媒中心，山東 濱州 256600）

0 引言

數(shù)字媒體時代，超高清視頻技術(shù)成為廣播電視領(lǐng)域的一項革命性創(chuàng)新。本文重點關(guān)注其在廣播電視領(lǐng)域的多個應(yīng)用，如百城千屏、超高清電視、高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）影院、全景視頻以及自由視角等。這些應(yīng)用正在塑造觀眾的娛樂體驗，提供更高質(zhì)量、互動性和個性化的內(nèi)容。

1 超高清視頻發(fā)展概述

1.1 超高清視頻的概念

超高清視頻（Ultra High Definition，UHD）通常包括4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）兩種主要分辨率標(biāo)準(zhǔn)，是符合高幀率、高位深、廣色域、高動態(tài)范圍等要求的新一代視頻技術(shù)。與傳統(tǒng)視頻相比，超高清視頻的圖像細(xì)節(jié)更精細(xì)和清晰，能夠承載更多的信息，在廣播、電影制作、電視、游戲和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。

1.2 超高清視頻產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)

超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開高動態(tài)范圍、編解碼、先進計算、三維聲、超分技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理、視頻云等關(guān)鍵技術(shù)的支持。高動態(tài)范圍技術(shù)支持視頻以更高的亮度和廣泛的顏色范圍呈現(xiàn)，提供更真實和生動的畫質(zhì)。高動態(tài)范圍主要標(biāo)準(zhǔn)包括Dolby Vision、HDR10、HLG 及HDR Vivid 等。 編解碼技術(shù)在視頻傳輸和存儲中起著關(guān)鍵作用，確保高分辨率內(nèi)容能夠有效傳輸并節(jié)省帶寬。編解碼格式有XAVC、ProRes、JPEG-XS、H.265/HEVC、中國AVS 標(biāo)準(zhǔn)（AVS、AVS2、AVS3）、VVC 及EVC 等。先進計算和圖像處理技術(shù)是超高清視頻的關(guān)鍵支持，包括圖像增強、降噪和超分辨技術(shù)，能夠改善圖像質(zhì)量。三維聲技術(shù)提供立體聲音效，提升觀眾的聽覺體驗。三維聲技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)及解決方案包括Dolby Atmos、臨境音DTS：X、Auro 3D、MPEG-H以及三維菁彩聲等?；谏疃葘W(xué)習(xí)的超分技術(shù)具備將低分辨率圖像放大為高分辨率圖像的能力，實現(xiàn)圖像超分、視頻超分及圖像去噪等功能。數(shù)字版權(quán)管理（Digital Right Management，DRM）技術(shù)用于保護內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)和管理數(shù)字內(nèi)容的分發(fā)，負(fù)責(zé)內(nèi)容版權(quán)所有者的合法權(quán)益保護。當(dāng)前主要的DRM 技術(shù)方案有PlayReady、FairPlay、Widevine及ChinaDRM 等。當(dāng)前，視頻內(nèi)容云上生產(chǎn)制作成為重要趨勢，視頻云在虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）內(nèi)容制作、數(shù)字孿生、數(shù)字人及元宇宙等領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化[2]。

1.3 超高清標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

2012 年，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了基于超高清視頻的超高清電視標(biāo)準(zhǔn)。2019 年，美國消費電子協(xié)會與8K協(xié)會先后制定8K 電視基本性能認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。2021 年，中央廣播電視總臺相繼發(fā)布《中央廣播電視總臺8K超高清電視節(jié)目制播技術(shù)要求》和《8K 超高清大屏幕系統(tǒng)視音頻技術(shù)要求》。2023 年，《高動態(tài)范圍（HDR）視頻技術(shù)第3-6 部分：技術(shù)要求和測試方法播放軟件用設(shè)備》《超高清電視變頻顯示系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《超高清顯示終端光纖接口技術(shù)規(guī)范》三項聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)制定并發(fā)布[3]。

1.4 超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈包括內(nèi)容采集、內(nèi)容制作、傳輸及分發(fā)、終端呈現(xiàn)以及內(nèi)容供給等環(huán)節(jié)。內(nèi)容采集環(huán)節(jié)包括攝像機、監(jiān)視器及切換臺等設(shè)備。國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的8K 超高清攝像機已應(yīng)用于冬奧會直播活動，索尼、松下和夏普等公司都已推出了8K 監(jiān)視器產(chǎn)品，8K 廣播級導(dǎo)播臺處于研發(fā)階段。內(nèi)容制作環(huán)節(jié)包括虛擬演播室、編解碼器、5G背包、編輯系統(tǒng)、調(diào)色系統(tǒng)及制播系統(tǒng)等。虛擬演播室在國內(nèi)外廣泛使用，被應(yīng)用于晚會、音樂會及新聞節(jié)目制作等領(lǐng)域。編解碼器方面，4K 編解碼產(chǎn)品主要體現(xiàn)在AVS2、H.265/HEVC 等標(biāo)準(zhǔn)支持，8K 編解碼產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于冬奧會、8K 頻道等領(lǐng)域。5G 超高清背包在超高清現(xiàn)場直播、遠(yuǎn)程制作、現(xiàn)場信號回傳等的應(yīng)用已十分成熟，已應(yīng)用于冬奧會、全運會、建黨一百周年慶典等直播與轉(zhuǎn)播活動。編輯系統(tǒng)方面，主流視頻編輯制作系統(tǒng)基本支持超高清視頻的編輯制作。調(diào)色系統(tǒng)方面主要有Topaz Adjust AI 和達(dá)芬奇軟件。制播系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)全IP 化制播發(fā)展。在傳輸及分發(fā)方面，定制化的5G 技術(shù)逐步應(yīng)用于不同超高清視頻場景，千兆光網(wǎng)使能超高清優(yōu)質(zhì)體驗。終端呈現(xiàn)方面，彩電、虛擬現(xiàn)實、手機以及商用顯示器等發(fā)展迅速，產(chǎn)品供給不斷豐富。專業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容方面，超高清專區(qū)相繼落戶交互式網(wǎng)絡(luò)電視（Internet Protocol Television，IPTV），并拓展在重大賽事、活動直播、轉(zhuǎn)播及紀(jì)錄片制作等領(lǐng)域的應(yīng)用；用戶原創(chuàng)內(nèi)容方面，中、短視頻逐步支持超高清，不斷豐富超高清內(nèi)容[4]。

2 超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 基于超高清視頻的百城千屏

工業(yè)和信息化部聯(lián)合六部委開展“百城千屏”超高清視頻落地推廣活動，旨在實現(xiàn)高品質(zhì)、高清晰度的視頻內(nèi)容傳播和展示。涵蓋了多個城市、數(shù)以千計的屏幕，將廣播電視媒體帶入一個新的時代。這項創(chuàng)舉將城市空間變?yōu)橐粋€龐大的信息傳遞平臺，從商業(yè)廣告到文化活動、新聞報道、體育賽事等各種內(nèi)容，都可以通過超高清視頻展示在不同城市的多個屏幕上。百城千屏活動拓展了超高清音視頻的應(yīng)用場景，在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用實踐已取得顯著成果，如春節(jié)聯(lián)歡晚會、北京冬奧會、中秋晚會、卡塔爾世界杯等直播與轉(zhuǎn)播活動在戶外大屏開展。各省市積極響應(yīng)百城千屏戰(zhàn)略，如北京開展“8K 真‘京’彩，百屏‘靚’冬奧”活動，四川省成立具備轉(zhuǎn)播8K 節(jié)目的省級“百城千屏”聯(lián)播網(wǎng)，福建省構(gòu)建“省級播控中心+省級聯(lián)播平臺+大屏聯(lián)播網(wǎng)”全省戶外大屏聯(lián)播聯(lián)控[5]。

2.2 基于超高清視頻的超高清電視

基于超高清視頻的超高清電視提供出色的圖像質(zhì)量，以4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）兩種分辨率標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)，賦予觀眾更為清晰、生動、逼真的圖像體驗，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更出色，色彩更豐富。超高清電視通過更大的屏幕、更高的像素密度以及高動態(tài)范圍技術(shù)，提供視聽盛宴，尤其適用于電影、體育賽事和游戲等領(lǐng)域?；诔咔逡曨l的超高清電視還支持更多音頻頻道和立體聲效果，提供沉浸式的音響體驗。

超高清電視已經(jīng)成為廣播電視行業(yè)的主要趨勢，各大電視制造商紛紛推出4K 和8K 電視機型，內(nèi)容提供商也積極制作和傳播超高清節(jié)目。以廣東廣播電視臺4K 超高清電視制作全流程系統(tǒng)為例，其率先構(gòu)建完整的4K 超高清節(jié)目制作生產(chǎn)鏈，包括4K 演播/轉(zhuǎn)播系統(tǒng)、4K 后期制作網(wǎng)系統(tǒng)，充分運用50 幀率、高動態(tài)范圍等技術(shù)，實現(xiàn)4K 超高清電視節(jié)目的全流程超高清制播[6]。

2.3 基于超高清視頻的沉浸式HDR 影院

基于超高清視頻的沉浸式HDR 影院代表了電影觀賞體驗的巨大飛躍。在這種影院中，高品質(zhì)的超高清視頻技術(shù)與HDR 音效相結(jié)合，為觀眾創(chuàng)造了極富沉浸感的電影體驗。HDR 技術(shù)提供更廣泛的亮度范圍和顏色深度，使畫質(zhì)更為逼真，配合8K分辨率的超高清視頻，呈現(xiàn)出細(xì)節(jié)、色彩和對比度的卓越表現(xiàn)。HDR 影院環(huán)境通常包括大屏幕投影、先進的音響系統(tǒng)和座椅震動效果，使觀眾感受到更多層次的影音沖擊。三維音效技術(shù)使聲音從不同方向傳達(dá)給觀眾，增強了聽覺體驗。超高清HDR 影院不僅改善了電影的視覺和聽覺質(zhì)量，還推動了電影制作和后期制作領(lǐng)域的創(chuàng)新。以杜比實驗室杜比端到端的音視頻解決方案為例，其以杜比視界HDR 影像技術(shù)和杜比全景聲沉浸式音頻技術(shù)為基礎(chǔ)，HDR影像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電影、劇集制作和發(fā)行，通過杜比影院，為觀眾帶來更大的動態(tài)范圍、更廣的色域、更高的精確度的超高清、沉浸式的影院體驗。

2.4 基于超高清視頻的全景視頻

基于超高清視頻的全景視頻將觀眾帶入虛擬現(xiàn)實世界或創(chuàng)造出360°全景環(huán)境，為觀眾提供身臨其境的體驗。這種技術(shù)通過拍攝、傳輸和播放高分辨率的視頻，在虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示設(shè)備中呈現(xiàn)，使觀眾感覺自己置身于視頻內(nèi)容的中心。全景視頻通常包括多個攝像頭或攝像頭陣列，可以捕捉全方位的景象。觀眾通過頭戴式設(shè)備如VR 頭盔，通過移動頭部來改變視角，仿佛置身于實際拍攝場景。超高清視頻的應(yīng)用進一步提高了全景視頻的質(zhì)量，使細(xì)節(jié)更加生動，色彩更加鮮艷，已經(jīng)在電影、游戲、虛擬旅游和培訓(xùn)等領(lǐng)域嶄露頭角。2019 年，央視新聞攜手移動咪咕開展首次4K 超高清全景閱兵直播，全程保持50 f·s-1的高幀率，通過寬色域、高色深和三維全景聲技術(shù)帶給觀眾多角度、沉浸式、超高清觀看體驗。

2.5 基于超高清視頻的自由視角與多機位視角

基于超高清視頻的自由視角與多機位視角賦予觀眾更大的互動和控制權(quán)，以在觀看視頻內(nèi)容時選擇不同的視角和攝像機位置，采用多個攝像機角度拍攝同一場景，通過超高清視頻傳輸，讓觀眾在觀看時自由切換視角，從而獲得個性化的觀看體驗。這項技術(shù)不僅適用于體育賽事，也可以在音樂會、演唱會、電影和虛擬現(xiàn)實應(yīng)用中實現(xiàn)。觀眾可以自行選擇觀看足球比賽中的不同場景、音樂會中的不同樂隊成員或電影中的不同角色。這種互動性提供了更豐富的娛樂體驗，也為內(nèi)容制作者提供了更多創(chuàng)作空間。使用超高清視頻技術(shù)，觀眾可以欣賞細(xì)節(jié)豐富的畫質(zhì)，保持清晰度，即使在多次切換視角時也能獲得最佳效果。以2023 年第31 屆世界大學(xué)生夏季運動會為例，在組委會、中央廣播電視總臺和中國電信多方協(xié)力配合下，將5G+VR、5G+8K、自由視角等前沿技術(shù)用于大運會賽事轉(zhuǎn)播實踐。

3 結(jié)語

基于超高清視頻的廣播電視應(yīng)用持續(xù)創(chuàng)新，重新定義了視聽體驗，為觀眾提供更高質(zhì)量的圖像、更豐富的聲音和更多互動性，推動了廣播電視行業(yè)的發(fā)展。未來，隨著技術(shù)的不斷演進，期待更多令人興奮的應(yīng)用和可能性，進一步推動廣播電視向前發(fā)展，為觀眾帶來更多精彩的內(nèi)容和體驗。