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        淺談4k技術(shù)

        2016-04-12 02:03:56嚴星
        視聽 2016年6期
        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)播車高清攝像機

        □嚴星

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        淺談4k技術(shù)

        □嚴星

        摘要:隨著科技的發(fā)展,4K超高清技術(shù)是近年來電視技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點,許多電視節(jié)目開始使用4K技術(shù)參與制作,4K電視機也越來越多。本文介紹了4K技術(shù)的特性,列舉了一些4K電視制作方案,提出了阻礙我國4K電視技術(shù)發(fā)展的因素,并對4K技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

        關(guān)鍵詞:4K;分辨率;編碼方式;4K攝像機;4K制作;4K傳輸

        一、4K特性

        (一)4K分辨率

        2012年5月,國際電信聯(lián)盟發(fā)布了BT.2020“超高清電視UHDTV”標準的建議,將屏幕物理分辨率達到3840×2160及以上的電視稱之為超高清電視。當(dāng)前,最為常見的4K分辨率規(guī)格是3840×2160,它是高清電視(HD)分辨率的4倍,4K又稱為2160P。高清1080p能夠顯示的有效像素為2,073,600(1920×1080),4K能夠顯示的有效像素為8,294,400(3840×2160),相比傳統(tǒng)高清電視只能清晰顯示演員的面容,4K電視能纖毫畢現(xiàn)地展示人物和景物的細節(jié),圖像不但更清晰,而且層次也更豐富。

        (二)4K編碼方式

        在信號源方面,4K電視信號采用HEVC編碼格式,也就是H.265編碼。這是因為4K電視信號傳輸要求極高,傳統(tǒng)的H.264編碼已經(jīng)不能滿足傳輸需要。H.265能夠在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻,這種視頻編碼標準可以將視頻壓縮到原先的一半大小,并支持4K至8K視頻,為互聯(lián)網(wǎng)傳輸掃清了障礙。在相同的圖象質(zhì)量下,通過H.265編碼的視頻大小比H.264縮小約39%~44%。

        (三)4K視頻接口

        目前4K視頻接口接入方式主要有HDMI、Display Port 和HDBaseT。

        方式一:HDMI

        在物理性能上,HDMI 1.4最高可用視頻傳輸帶寬為10.2Gbit/s,理論上都能支持4K/30p(8bit)的信號傳輸,但是,如果從實時非壓縮傳輸角度而言,4K傳輸速率需要達到12Gbit/s,真正代表HDMI開始全方位支持4K超高清信號傳輸?shù)氖荋DMI2.0標準。首先,HDMI2.0標準在物理性能上與HDMI1.4相比有了不小的飛躍,從原本10.2Gbit/s的可用視頻傳輸帶寬提升到18Gbit/s,可以真正滿足4K/60p(8bit)信號的傳輸。其次,HDMI 2.0標準完整支持Rec.2020的色域空間標準,符合超高清影音技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。而音頻傳輸方面,HDMI 2.0最高可以支持32聲道的音頻信號傳輸,以適應(yīng)未來家用多聲道環(huán)繞聲技術(shù)的發(fā)展。

        方式二:Display Port

        和HDMI一樣,Display Port也允許音頻與視頻信號共用一條線纜傳輸,支持多種高質(zhì)量數(shù)字音頻。目前Display Port的接頭有兩種:一種是標準型,類似USB、HDMI等接頭;另一種是低矮型。最新的DisplayPort 1.3將音頻和視頻帶寬增加到32.4Gbps。

        方式三:HDBaseT

        在專業(yè)顯示領(lǐng)域,HDMI線的有限傳輸距離以及專業(yè)線纜偏高的價格都大大限制了其應(yīng)用,而HDBaseT傳輸距離遠且價格相對便宜。HDBaseT并沒有像HDMI跟Display Port一樣重新設(shè)計接口,而是采用大眾都不陌生的8P8C(RJ45)接頭,俗稱水晶頭或以太網(wǎng)接頭,傳輸介質(zhì)采用了人們常見的網(wǎng)線。HDBaseT標準除了提供視頻信號傳輸功能外,還具有網(wǎng)絡(luò)連接以及以太網(wǎng)供電(POE)功能。HDBaseT標準目前最高支持20Gb/s的傳輸速率,傳輸距離長達100米。HDBaseT既可以將完整的4K非壓縮視頻信號傳送到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,也可以實現(xiàn)點對點連接。

        (四)定義4K顯示的BT.2020標準

        新的BT.2020標準相對于業(yè)界此前比較認同的BT.709標準在色彩顯示效果的要求上大幅度提升,色彩深度由8bit提升至10bit,有效改善了8bit因視頻抖動引起明顯的色階區(qū)塊,也就是我們在電視上常常觀察到的類似“梯田”一樣色彩陰影。這進一步降低了畫質(zhì)噪點,給用戶帶來更好的體驗。在色域方面,新的標準相比傳統(tǒng)標準可提供78.5%的色域覆蓋,而上一代標準僅為38.5%,色域擴展近一倍。

        (五)4K攝像機

        目前,索尼、Panasonic、JVC、BMD、AJA等公司針對4K電視制作流程推出了4K攝像機。索尼公司的4K攝像機系統(tǒng)主要包括兩大部分,即BPU-4000基帶處理器和CA-4000攝像機適配器。其中,CA-4000適配器在現(xiàn)場制作方面發(fā)揮著重要作用,該適配器的主要功能是:視頻信號返送、音頻通道、內(nèi)部通話、尋像器以及Tally信號傳輸?shù)?。此外,對于HDC系列攝像機系統(tǒng),用戶只需要通過增添PMW-F55、BPU4000、CA-4000等設(shè)備就可以獲得更多基于HD的增值操作應(yīng)用。如基于4K分辨率畫面的HD信號“選切”,能夠在簡單選切模式下同時輸出兩路HD選切信號,也可以在變焦透視選切模式下輸出一路帶有數(shù)字變焦和透視選切的HD畫面。其中,PMW-F55攝像機安裝了Super35 mm4k CMOS成像器,能夠兼容PL鏡頭,使用LA-FZB2鏡頭座適配器還可安裝B4卡口鏡頭,配備全域快門,可有效解決傳統(tǒng)攝像機“果凍效應(yīng)”和“閃光帶”問題,LA-FZB2鏡頭座適配器可將高清變焦鏡頭與PMW-F55攝像機頭連接好,用于4K拍攝。

        二、4K電視制作

        2014年巴西世界杯使用4K轉(zhuǎn)播車制作賽事直播信號,并使用衛(wèi)星完成4K信號傳輸覆蓋,這是4K電視轉(zhuǎn)播信號第一次能夠?qū)崟r地被觀眾接收使用。國際足聯(lián)與索尼公司合作,從整個64場比賽中選取了3場比賽制作4K信號,分別是當(dāng)?shù)貢r間6月28日舉行的小組賽第三輪的一場,7月4日舉行的1/4決賽的一場和7月13日舉行的決賽。本次4K轉(zhuǎn)播的信號,根據(jù)FIFA TV的整體設(shè)計考慮,將只在英國倫敦一家影院可以看到現(xiàn)場直播的4K畫面。而其余國家根據(jù)不同安排,如日本會延后一天播放4K全場比賽,而大部分國家,包括國內(nèi)消費者則是需要在索尼store賣場等通過4K電視展示4K精彩比賽片斷。

        2015年中央電視臺春節(jié)聯(lián)歡晚會,首次將4K技術(shù)應(yīng)用在春節(jié)聯(lián)歡晚會的錄制中。中央電視臺在春晚現(xiàn)場一號演播廳旁邊搭建了一套4K EFP系統(tǒng),參與春晚錄制,并對4K攝像機參數(shù)進行了測試和分析,為以后4K制作積累技術(shù)經(jīng)驗。

        2015年10月25日,中國足球超級聯(lián)賽倒數(shù)第二輪,廣州恒大淘寶坐鎮(zhèn)主場迎戰(zhàn)山東魯能,廣東廣播電視臺攜手索尼高清影視技術(shù)學(xué)院,讓4K轉(zhuǎn)播車參與本場比賽制作。在現(xiàn)場14臺高清攝像機的基礎(chǔ)上,添加了5臺4K攝像機,包括主機位全景1號機和特寫2號機(F55),以及兩隊替補席兩側(cè)3,4號機(F55),還有右側(cè)球門后的5號機(HDC4300+富士80倍4K B4鏡頭)。除5個4K機位外,另調(diào)取廣東廣播電視臺高清轉(zhuǎn)播車PGM信號,利用MVS-7000X自帶的上變化通道,將其轉(zhuǎn)為4K信號供導(dǎo)播選擇,現(xiàn)場高清系統(tǒng)的飛貓信號和池上超高速攝像機的慢動作回放畫面經(jīng)過上變化后,也可以切換至4K PGM。另選取了4個4K機位進入PWS-4400進行4K慢動作回放。

        2015年11月22日,中國足協(xié)杯決賽第一回合江蘇舜天主場迎戰(zhàn)上海申花的比賽在南京奧體中心體育場打響,為了全面展現(xiàn)比賽盛況,江蘇電視總臺將4K高清大型電視轉(zhuǎn)播車開赴現(xiàn)場,進行高清公共信號、4K直播信號(通過IPTV和院線4K平臺)現(xiàn)場制作,并為網(wǎng)絡(luò)電視臺提供流媒體發(fā)布素材。江蘇臺4K轉(zhuǎn)播車是國內(nèi)第一輛支持4K制作的大型轉(zhuǎn)播車,常規(guī)訊道配置具備16路高清訊道加4路4K F55訊道,分設(shè)兩個獨立的節(jié)目制作區(qū),配備兩臺MVS-7000X頂級切換臺,可以獨立完成高清與4K兩版節(jié)目制作。本場比賽,轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)被提升為18路高清訊道(擴展一臺超高速攝像機和球門網(wǎng)帶攝像機)和7路4K訊道(擴展兩臺4K訊道HDC-4300攝像機和一臺4K超高速攝像機)共25個機位。兩套索尼PWS-4400完成4K慢動作制作和HIGHLIGHT集錦回放。導(dǎo)演4K監(jiān)看和技術(shù)畫面監(jiān)看共采用三臺索尼PVM-X300 4K監(jiān)視器,另外,車上還放置了一臺65寸索尼4K電視用于檢視最終效果。

        三、阻礙我國4K電視技術(shù)發(fā)展的因素

        (一)傳輸

        由于4K超高清畫面數(shù)據(jù)量太大,傳統(tǒng)電視信號傳輸方式已經(jīng)無法支持4K超高清傳輸。我國現(xiàn)階段高清分辨率還在普及中,很多電視頻道目前仍然是標清播出。城市電視網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過幾十年發(fā)展,覆蓋面廣,網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜,如果重新鋪設(shè)線纜,工程量太大,尤其是一些老舊小區(qū),改造現(xiàn)有的傳輸線纜十分困難,而且改造成本巨大。目前看來,有兩種方式可以實現(xiàn)4K傳輸,一種是依靠衛(wèi)星傳輸,這種方式可以傳輸大數(shù)據(jù)量,但是需要用戶安裝新的接收終端。另一種是依靠網(wǎng)絡(luò)傳輸,這種方式不需要大規(guī)模硬件升級,加上無線網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展,改造方式可以多元化,4K傳輸?shù)陌l(fā)展可以通過網(wǎng)絡(luò)升級來促進。

        (二)存儲及設(shè)備升級

        4K超高清畫面的存儲壓力主要在于制作端,對于電視節(jié)目而言,節(jié)目制作需要存儲大量的視頻素材,由于4K超高清畫面數(shù)據(jù)量太大,因此需要特別大的存儲空間。此外如果采用4K現(xiàn)場直播,直播現(xiàn)場的攝像機、傳輸線纜、矩陣切換臺、發(fā)射設(shè)備、接收傳輸設(shè)備等等,都需要新的升級。目前來看,國內(nèi)市場還不具備通過電視真正全程使用4K技術(shù)現(xiàn)場直播大型節(jié)目的硬件條件。

        四、結(jié)語與展望

        隨著4K超高清技術(shù)的不斷推廣與發(fā)展,4K技術(shù)已成為國內(nèi)近期廣電業(yè)界的熱點,更多的像素、更高的幀頻、更沉浸式的體驗,消費者最能直接感受到電視技術(shù)的發(fā)展成果。大屏幕、超高清畫質(zhì)將是未來把觀眾留在電視機前一個非常重要的手段,超高清電視技術(shù)也必將成為廣電行業(yè)發(fā)展的最前沿趨勢。

        科技總是讓人對未來充滿了憧憬,在電視技術(shù)發(fā)展的進程中,高清和4K只是其中的一個環(huán)節(jié)。人眼的分辨率約為6K,因而今后的6K和8K才是真正的電視新時代,4K只是“超高清”時代的序幕。2020年的東京奧運會,組委會計劃提供完整的8K信號服務(wù),包括制作和傳輸8K賽事信號,以及通過衛(wèi)星全球覆蓋8K信號。

        參考文獻:

        1.李衛(wèi)祖,施劍平.淺談4K轉(zhuǎn)播系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2014(11).

        2.于路.中國4K現(xiàn)場制作進程與發(fā)展[J].數(shù)碼影像時代,2015(12).

        3.鄔建中.當(dāng)前我國4K電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展策略研究[J].現(xiàn)代傳播,2015(5).

        4.王春樸,黃徐霞.4K電視發(fā)展展望及制作實踐[J].視聽界,2013(3).

        (作者單位:廣東廣播電視臺)

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