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        超高清視頻技術及應用研究

        2024-05-23 00:48:00崔煜華
        電視技術 2024年2期
        關鍵詞:調色高分辨率領域

        崔煜華

        (中央廣播電視總臺,北京 100859)

        0 引言

        隨著科技的飛速發(fā)展,超高清視頻技術日益成為數(shù)字媒體領域的焦點。從4K 到8K,這一技術不僅提升了分辨率,更拓展了色域、幀數(shù)等方面,為觀眾帶來前所未有的視覺體驗。文章將深入探討超高清視頻技術的定義、歷史、標準以及產(chǎn)業(yè)鏈的關鍵組成部分,通過剖析其在電影、電視、文教娛樂等領域的應用,旨在呈現(xiàn)這一技術的全貌,揭示其對數(shù)字娛樂與傳媒產(chǎn)業(yè)的深遠影響。

        1 超高清視頻技術概述

        1.1 超高清視頻技術的概念

        超高清(Ultra High Definition,UHD)視頻技術也被稱作4K 或8K,是數(shù)字視頻的一種超高分辨率標準。超高清是根據(jù)視角寬度而非高度來定義的,通常涵蓋兩種主要格式:3 840×2 160(4K)和7 680×4 320(8K)。在超高清標準下,每個像素都能獨立顯示個性化的顏色,其色彩細膩度和真實度遠超以往的高清技術[1]。

        1.2 超高清視頻技術的歷史發(fā)展

        科技的進步促進超高清視頻技術不斷發(fā)展。19世紀80 年代,普遍采用模擬電視系統(tǒng),圖像質量相對較差。隨著數(shù)字電視的出現(xiàn),標清和高清電視逐漸成為主流,帶來畫質的顯著提升。真正的畫質飛躍出現(xiàn)于21 世紀初,那時的超高清視頻技術剛開始嶄露頭角。2005 年,日本放送協(xié)會(Nippon Housou Kyoukai,NHK)開始進行4K 和8K 的研發(fā)工作。2012 年,NHK 在倫敦奧運會上進行8K 實驗播出。在此期間,4K、8K 超高清標準陸續(xù)被國際電信聯(lián)盟定為超高清電視的標準。進入2010 年代后期,隨著電視和顯示設備技術的日趨成熟,以及視頻編碼、傳輸技術的進步,超高清視頻技術得以廣泛應用和普及。無論是電影制作、電視播出還是在線視頻平臺,超高清視頻都已經(jīng)成為新的標準,使觀眾能夠享受到前所未有的高質量視覺體驗[2]。

        1.3 超高清視頻標準發(fā)展階段

        超高清視頻標準發(fā)展經(jīng)歷了3 個階段。第1 階段是2016 年之前的探索階段,視頻標準主要圍繞超高清視頻的終端設備。第2 階段是2016—2020 年的發(fā)展階段,超高清視頻標準體系框架基本建立,標準領域涉及基礎通用、內(nèi)容制播、網(wǎng)絡與業(yè)務平臺、終端呈現(xiàn)等方面。第3 階段是2020 年以后,隨著8K 超高清視頻及電視的發(fā)展,超高清視頻標準向行業(yè)應用方面推進,如向廣播電視、文教娛樂和工業(yè)制造等領域發(fā)展。我國超高清視頻標準的主要組織包括全國音頻、視頻及多媒體系統(tǒng)與設備標準化技術委員會(SAC/TC242)、全國廣播電影電視標準化技術委員會(SAC/TC239)、世界超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(UHD World Association,UWA)、深圳市8K 超高清視頻產(chǎn)業(yè)協(xié)作聯(lián)盟(SUCA),代表標準包括《 “百城千屏” 超高清視音頻傳播系統(tǒng)節(jié)目播出技術要求》《高動態(tài)范圍電視系統(tǒng)顯示適配元數(shù)據(jù)技術要求》(GY/T 358—2022)等[3]。

        2 超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈關鍵組成部分

        2.1 內(nèi)容采集設備

        超高清視頻產(chǎn)業(yè)內(nèi)容采集領域的關鍵設備包括攝像機、相機、監(jiān)視器和切換臺等。攝像機和相機負責捕捉高質量的畫面,超高清攝像機和相機具備4K 或8K 的分辨率,以確保圖像的清晰度和細節(jié),同時具備高動態(tài)范圍(High Dynamic Range,HDR)和寬色域(Wide Color Gamut,WCG)的功能,以獲取更加真實、豐富的顏色。例如,國內(nèi)自主研發(fā)與生產(chǎn)的8K EFP 超高清攝像機系統(tǒng),目前已經(jīng)廣泛應用于體育、晚會等超高清直播與轉播活動中。監(jiān)視器用于實時預覽拍攝情況,能夠準確無誤地顯示由攝像機或相機捕捉的畫面,以便于實時檢查和修改拍攝方案[4]。當前,國外主流廠商均已推出8K監(jiān)視器產(chǎn)品,我國相關企業(yè)仍然以4K 為主,8K 產(chǎn)品仍處在研發(fā)階段。切換臺是視頻生產(chǎn)中的關鍵設備,在各種場景下都發(fā)揮著重要作用。尤其是在直播中,它能夠確保畫面的流暢切換,使得視頻秀及時、流暢地進行。依托我國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迅速發(fā)展的勢頭,導播臺制作系統(tǒng)的研發(fā)與應用處于領先地位,8K 廣播級導播臺成為重要發(fā)展方向。

        2.2 內(nèi)容制作系統(tǒng)

        超高清視頻的內(nèi)容制作系統(tǒng)包括虛擬演播室、編解碼器、5G 背包、編輯系統(tǒng)、調色系統(tǒng)和制播系統(tǒng)等。在超高清視頻制作中,虛擬演播室具備處理高分辨率和復雜圖像的能力,以保證所提供虛擬環(huán)境的真實感和豐富度。目前,主流的虛擬演播室有虛擬制片(Virtual Production,VP)攝影棚、擴展現(xiàn)實(Extended Reality,XR)延展影棚兩大類,被廣泛應用于綜藝節(jié)目、新聞節(jié)目和體育節(jié)目等制播。在超高清視頻中,常見的編解碼技術有H.265/HEVC、VP9、AV1、AVS2 等,在保證視頻質量的同時,極大地降低視頻數(shù)據(jù)的大小,使得超高清視頻的存儲和傳輸成為可能。5G 背包是借助5G 的高帶寬和低延遲特性,實現(xiàn)超高清視頻的實時傳輸和直播。編輯系統(tǒng)如Adobe Premiere Pro、Final Cut Pro 等軟件,在超高清視頻制作中需要處理大量的4K、8K 甚至更高分辨率的視頻文件,能夠提供流暢的工作體驗和強大的剪輯功能。調色系統(tǒng)如DaVinci Resolve 等軟件,提供強大的顏色校準和調整功能。制播系統(tǒng)整合了多個環(huán)節(jié),提供從拍攝到播出的一體化解決方案。超高清視頻的制播系統(tǒng)具備處理和輸出高質量視頻的能力,同時還需要提供易用的操作界面和穩(wěn)定的工作性能,網(wǎng)絡全網(wǎng)際互連協(xié)議(Internet Protocol,IP)化制播成為重要趨勢[5]。

        2.3 傳輸與分發(fā)網(wǎng)絡

        由于超高清視頻具有大數(shù)據(jù)量的特性,對于網(wǎng)絡帶寬和穩(wěn)定性有著極高的要求。5G 網(wǎng)絡以其超高的數(shù)據(jù)傳輸速率和低延遲特點,為超高清視頻的移動傳輸提供了強大支撐,不僅使得超高清視頻可以在移動環(huán)境下流暢播放,也為超高清視頻的實時直播提供了可能。除了5G 網(wǎng)絡,固定網(wǎng)絡(如光纖網(wǎng)絡)、衛(wèi)星網(wǎng)絡等也是傳輸超高清的關鍵。尤其是光纖網(wǎng)絡,超高清視頻通過超大帶寬實現(xiàn)快速的上傳和下載,滿足了家庭和商業(yè)使用者對超高清內(nèi)容的需求。

        2.4 終端呈現(xiàn)設備

        超高清的終端呈現(xiàn)設備是用戶體驗超高清內(nèi)容的關鍵,包括彩色電視機、虛擬現(xiàn)實設備、手機以及商業(yè)顯示設備。新一代的超高清電視已經(jīng)能夠提供4K 或8K 的超高分辨率,配合HDR 技術使得畫面更為細膩生動。隨著顯示技術的進步,手機的屏幕分辨率也日益提高。目前,旗艦級手機已經(jīng)能夠提供超高清的顯示效果,用戶在手機上觀看視頻也能獲得非常好的體驗。超高清的廣告顯示屏、電子白板等商業(yè)顯示設備能夠提供更清晰、更生動的顯示效果,有助于提高信息傳遞和商業(yè)推廣的效果。

        3 超高清視頻技術的應用領域

        3.1 超高清視頻技術在電影領域的應用

        超高清視頻技術在電影領域的應用日益廣泛。電影拍攝過程中,超高清攝影機能夠捕捉到無以比擬的細節(jié)和色彩,為電影的后期制作提供了豐富的素材。在后期制作環(huán)節(jié),編輯師和調色師憑借高清技術豐富的像素細節(jié)和色彩深度,對超高清內(nèi)容進行剪輯和調色,創(chuàng)造出絢麗的視覺效果,提高電影的藝術表現(xiàn)力。超高清技術還克服了畫面插幀、縮放等問題,使細節(jié)更為鮮明,觀眾體驗感更佳。

        3.2 超高清視頻技術在電視領域的應用

        超高清視頻技術在電視節(jié)目制作中的應用正在不斷深入,超高清攝像設備能夠捕獲更為精細的圖像,極大地提高了源素材的質量。原本看起來微小的細節(jié)在超高清攝像下均清晰可見,使得內(nèi)容更生動、更具吸引力。在剪輯、特效處理和調色階段,超高清提供的高分辨率和大色彩空間為制作人員帶來更大的創(chuàng)作空間。精準的調色、更復雜的特效處理,甚至大幅裁剪和重組畫面,都不會丟失過多的細節(jié),也改變了分發(fā)和播放階段。目前,許多電視臺開始提供4K、8K 的直播和點播服務。超高清信號對于傳輸和編解碼設備的要求較高,可以為用戶帶來更好的觀看體驗。例如,多項超高清視頻技術應用于2022 年的北京冬奧會直播與轉播活動中,中央廣播電視總臺的北京冬奧會4K/8K 公共信號制作,超高分辨率使得觀眾能夠清晰捕捉到每一個運動瞬間,極大地提升了觀看體驗。對于高分辨率和大數(shù)據(jù)量的視頻流處理,采用H.265/HEVC 等高效編碼技術,提高了信號的傳輸速度和穩(wěn)定性。新岸線(北京)科技集團有限公司的超高速移動通信系統(tǒng)(Enhanced Ultra High Throughput,EUHT)無線傳輸技術應用于8K 超高清視頻直播中,它借助5G 的高帶寬和低延遲特性,使得超高清直播更加流暢,更能反映現(xiàn)場的實時情況。

        3.3 超高清視頻技術在文教娛樂領域的應用

        在教育領域,超高清視頻技術為在線教育和課程錄制提供了新的可能。清晰度極高的畫質使得用戶不會忽視復雜的知識點和細節(jié),如復雜的圖表或者實驗操作過程,大大提高了教學質量。在文化領域,超高清視頻技術被廣泛應用于博物館、藝術館等場所,即使不能現(xiàn)場參觀,也能夠通過超高清視頻獲取身臨其境的體驗。同時,超高清視頻技術能夠對文化遺產(chǎn)進行高質量的數(shù)字化保存。在娛樂領域,超高清視頻技術的應用更為廣泛,網(wǎng)絡直播、電子競技等新形式的娛樂活動也在利用超高清技術提升用戶體驗。例如,咪咕視訊科技有限公司通過8K 超高清多城同步直播新模式,使用 “5G+8K+云直播” 舉辦第十四屆音樂盛典咪咕匯,在全國多城異地超高清同步直播。活動現(xiàn)場配備全球首輛 “8K+5G” 超高清視頻全業(yè)務轉播車,通過8K 訊道完成8K、4K、高清晰度(High Definition,HD)規(guī)格的節(jié)目生成模式(Program Generating Mode,PGM)信號的傳輸工作,依托8K 超高清多城同步直播系統(tǒng),實現(xiàn)8K 直播流在咪咕全生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的轉碼分發(fā)[6]。

        4 結語

        超高清視頻技術的蓬勃發(fā)展不僅引領著數(shù)字媒體的時代潮流,更為各領域注入新的創(chuàng)意與可能性。超高清視頻在電影、電視、教育等方面的廣泛應用,彰顯其對多領域的深刻影響。未來,超高清技術將持續(xù)演進,為人們帶來更加豐富、沉浸式的視聽體驗,開啟數(shù)字娛樂新篇章。

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