李 宏

（作者單位：廣東廣播電視臺(tái)）

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超高清電視的發(fā)展

李 宏

（作者單位：廣東廣播電視臺(tái)）

摘 要：本文介紹了下一代電視顯示技術(shù)的發(fā)展情況，重點(diǎn)分析超高清電視的發(fā)展趨勢(shì)，討論了超高清的顯像增強(qiáng)措施，如更快的幀速率、更寬的縱橫比、更高的位深度、更高的色度分辨率以及更寬的色域。

關(guān)鍵詞：4K；超高清；UHDTV；分辨率

在視頻顯示技術(shù)與廣播領(lǐng)域，高清晰度的畫質(zhì)和自然逼真的畫面顯示效果一直都是人們追求的目標(biāo)。隨著數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，分辨率不斷得到提高，細(xì)節(jié)特寫更逼真，畫質(zhì)更細(xì)膩，讓觀眾仿若置身于真實(shí)的世界，達(dá)到了一種身臨其境的震撼效果。經(jīng)過近年來的發(fā)展，各式各樣的4k產(chǎn)品，如攝像機(jī)、電視、投影儀和影院播放系統(tǒng)等，逐漸走進(jìn)了人們的視野，眾多超高清影視產(chǎn)品讓人耳目一新。日韓美等國(guó)，正在嘗試建設(shè)4K電視直播平臺(tái)，并在一些大型活動(dòng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的傳輸，這些都標(biāo)志著影視行業(yè)向著超高清時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)。

1 超高清電視的定義

目前的高清電視（HDTV）傳輸符合DVB視頻和音頻編碼規(guī)范，并采用了兩種視頻格式。

第一，“720p”，即1280像素×720線，幀速率為50幀/秒（逐行掃描）；第二，“1080i”，即1920像素×1080線，幀速率為25幀/秒（隔行掃描）。

上述兩種格式在傳輸內(nèi)容時(shí)存在一定的缺陷，因而，在制作內(nèi)容時(shí)，最好采用第三種格式：“1080p”，即1920像素×1080線，幀速率為50幀/秒（逐行掃描）。

術(shù)語“超高清電視（UHDTV）”，指高于1080p的分辨率，超高清電視又被稱作超高清(SHV)、特高清晰度視頻(UHDV)和極高清晰視頻（Extreme Definition Video）等。

2 超高清電視（UHD）具備的優(yōu)點(diǎn)

第一，超高清技術(shù)分辨率高，能很好地還原真實(shí)的畫面。用戶在觀看超高清電視時(shí)，播放畫面比高清電視更加清晰、自然，因超高清技術(shù)的色域更廣，所以畫質(zhì)更加細(xì)膩，細(xì)節(jié)更加真實(shí)，能輕松表達(dá)其他標(biāo)清高清電視無法展現(xiàn)的色感，更貼近真實(shí)，使消費(fèi)者得到身臨其境的觀感，體會(huì)到不一樣的視覺盛宴。

第二，超高清技術(shù)打破了超大屏幕與超高清無法兼得的限制。在同尺寸屏幕下，高分辨率意味著畫面細(xì)節(jié)更加豐富，用戶可以在相同的距離下?lián)碛懈呒?jí)的視覺體驗(yàn)。

3 分辨率的感知限制

一般認(rèn)為，一個(gè)視力正常的人可以看見的最小物體大約是1弧分。BBC在2004年做的一項(xiàng)試驗(yàn)證實(shí)了這一看法。18個(gè)受試者的平均弧分為1.054。這就意味著，1080p系統(tǒng)的像素結(jié)構(gòu)是看不見的，除非16:9的屏幕垂直方向超過18o角，對(duì)應(yīng)水平方向超過30o角。然而，也有證據(jù)表明，即使看不見的細(xì)節(jié)也可以被感知到，它可以增加視覺體驗(yàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的感覺。NHK的研究表明，根據(jù)受試者的視力，感覺分辨率的最低門檻大約只相當(dāng)于每弧分像素的2/3。NHK測(cè)試了45名受試者，視力均在2.0/2.0以上，讓他們判斷哪一組圖像的清晰度更高。

每弧分1像素的水平觀看角度每弧分2/3像素的水平觀看角度

720p: 1280×720 20° 13°

1080p: 1920×1080 30° 20°

4K×2K: 3840×2160 60° 40°

8K×4K: 7680×4320 100° 70°

4 超高清電視的行業(yè)趨勢(shì)

4.1 攝像機(jī)設(shè)備

超高清的分辨率比較高，因此，對(duì)視頻碼流的要求也比較高，要求其具有高光寬容度。在超高清節(jié)目制作過程中，高標(biāo)準(zhǔn)高要求的拍攝設(shè)備顯得尤為重要。近年來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一大批超高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不斷涌現(xiàn)，錄制超高清節(jié)目已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，美國(guó)RED公司早在2007年推出的RedOne數(shù)字?jǐn)z像機(jī)就可以拍攝4K級(jí)別的畫面素材。各大電子設(shè)備公司也推出了各種超高清拍攝設(shè)備，專業(yè)級(jí)的電影電視攝像機(jī)和民用的數(shù)碼攝像設(shè)備呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展。

4.2 后期制作

目前，雖然絕大多數(shù)后期制作系統(tǒng)都支持4K超高清視頻，但4K作品龐大的數(shù)據(jù)量、卡頓的操作感受給用戶帶來了不小的麻煩。從技術(shù)角度來說，清晰度的提升也就意味著數(shù)據(jù)量的增加，4k影視節(jié)目每一幀的數(shù)據(jù)量都達(dá)到了50MB，因而后期工作站在處理2K級(jí)別節(jié)目時(shí)流暢，但在處理4K節(jié)目時(shí)往往慢得令人難以接受。因此，無論解碼播放還是編輯都需要頂級(jí)配置的機(jī)器。從保證工作效率的方面出發(fā)，許多廠商都推出了專門針對(duì)4K超高清節(jié)目特點(diǎn)的工作站。這些工作站雖然來自不同的品牌，但有以下幾個(gè)共同特點(diǎn)：強(qiáng)大的處理器、超大容量的存儲(chǔ)設(shè)備、滿足調(diào)色要求的監(jiān)看設(shè)備、渲染CG特效所需要的大內(nèi)存。

4.3 顯示設(shè)備

目前，手機(jī)、平板電腦、桌面顯示器、平板電視、投影機(jī)等各種顯示設(shè)備的分辨率不斷提高，其中屏幕尺寸更大的平板電視與桌面顯示器已進(jìn)入了4k超高清時(shí)代。超高清電視更多地是面向家庭用戶，而投影機(jī)則更多地是服務(wù)于商業(yè)領(lǐng)域。目前，超高清放映設(shè)備種類已經(jīng)非常豐富，投影設(shè)備，如JVC的DLA-XC5800RB、SONY 的VPL-VW1000ES和巴可的DP4K-32B等。生產(chǎn)4K超高清電視的廠商則更多，LG、長(zhǎng)虹、TCL、SONY、三星、創(chuàng)維等廠家都推出了4K電視。

5 超高清顯像增強(qiáng)措施

5.1 提高幀頻

最初選擇將50Hz場(chǎng)率（即25Hz幀

頻）用于模擬電視，主要是因?yàn)樗子谂c工頻結(jié)合，而非出于任何心理視覺優(yōu)化方面的考慮。盡管對(duì)數(shù)字電視技術(shù)而言，工頻不再是一個(gè)重要問題，但原有幀率卻保留下來，從而使世界分成使用50Hz和使用60Hz幀率的地區(qū)。另外，可將UHDTV作為推出一系列新的幀率的契機(jī)。75Hz、150Hz和300Hz系列幀率可為傳統(tǒng)的50Hz和60Hz系列提供交匯點(diǎn)。

5.2 提高色度清晰度

現(xiàn)行的廣播做法是在水平和垂直方向傳輸色度信號(hào)分辨率為亮度信號(hào)分辨力二分之一的視頻。由于歷史原因，這種格式定為4:2:0（其中第一個(gè)數(shù)字代表亮度采樣頻率，后兩個(gè)數(shù)字分別代表奇數(shù)和偶數(shù)行色度采樣頻率）。

視頻內(nèi)容在最初拍攝時(shí)，垂直色度分辨率和亮度信號(hào)分辨力是相同的，但水平分辨率僅為它們的一半，定為4∶2∶2。電影拍攝內(nèi)容的色度和亮度分辨率大致相同，定為4∶4∶4。

原則上，未來的廣播標(biāo)準(zhǔn)可將色度信號(hào)的相對(duì)分辨率提高到4∶2∶2甚至4∶4∶4。但現(xiàn)行做法中，亮度和色度分辨率之間的差異似乎與人眼的特點(diǎn)配合得恰到好處。

5.3 增加位深

在數(shù)字節(jié)目制作中，一般使用10位或12位表示法，但目前數(shù)字廣播傳輸中的視頻信號(hào)為8位精確度。當(dāng)出現(xiàn)漸進(jìn)但持續(xù)的色變時(shí)（如日落時(shí)的晴朗地區(qū)），使用8位表示法的量化將最為顯著。隨著視頻清晰度的提高，量化影響可能會(huì)更加明顯。因此，UHDTV的引入可能與位深的改善相結(jié)合。也可使用一些自適應(yīng)量化的形式。視頻編碼相對(duì)容易時(shí)，量化的輪廓往往最為顯著，因此無需大幅提高比特率。

5.4 改善色域

自1990年ITU-R BT.709建議書“用于演播室和國(guó)際電視節(jié)目交換的HDTV標(biāo)準(zhǔn)的基本參數(shù)值”通過以來，HDTV系統(tǒng)色域一直存在于該建議書。709建議書體現(xiàn)了向替代以往用于全世界各SDTV系統(tǒng)的不同色域邁出的重要一步，后來還被計(jì)算機(jī)行業(yè)定為“sRGB”。但它仍未擺脫基于顯像管的顯像技術(shù)熒光粉層的局限性，因此不允許真實(shí)世界的顏色被復(fù)制。

許多現(xiàn)代消費(fèi)顯像裝置已經(jīng)能顯示比709建議書的規(guī)定更廣泛的色域。2006年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）通過了“xvYCC”色域標(biāo)準(zhǔn)—IEC 61966-2-4，與ITU-R 709建議書向后兼容，但允許復(fù)制更廣泛的顏色。在一些色域，差異比較明顯，如深色調(diào)的玫瑰紅。該標(biāo)準(zhǔn)得到一些消費(fèi)顯示器制造商的支持，預(yù)計(jì)該標(biāo)準(zhǔn)的采用勢(shì)頭將不斷增強(qiáng)。

6 結(jié)語

超高清電視終端市場(chǎng)的發(fā)展遙遙領(lǐng)先于節(jié)目拍攝、制作、后期處理等環(huán)節(jié)，一旦超高清電視節(jié)目各環(huán)節(jié)準(zhǔn)備充分，整個(gè)超高清電視產(chǎn)業(yè)將得到迅速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]田霖,楊玉潔.“極清”的誘惑——4K時(shí)代下的影視內(nèi)容制作[J].影視制作,2013(10).