超高清數字電視的關鍵技術研究及分析

新疆巴音郭楞電視臺 亞森?阿不力孜

超高清數字電視的關鍵技術研究及分析

新疆巴音郭楞電視臺 亞森?阿不力孜

超高清數字電視可以為使用者提供更加優質的感官沖擊，是未來發展的主要趨勢。超高清數字電視的發展與興起彰顯了電視行業內在的創新能力，超高清電視的本質核心就是畫質的整體質量，在未來的發展過程中超高清數字電視會憑借著畫質的優勢，迅速的占領市場份額。對此本文主要探究了超高清數字電視的關機技術，對其進行了簡單的研究與分析。

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超高清數字電視可以看作一個系統工程，通過各種關鍵技術的支撐，優化電視的整體功能。在超高清電視技術的研究與設計中，各種關鍵技術的應用直接關系到電視的研究成功。但是在現階段的市場發展過程中，要想真正的應用這些關鍵技術還是存在一定的困難的，對此本文主要對超高清數字電視的相關關鍵技術進行了研究與分析。

1.超高清視頻處理

根據4：4：4樣本參照，基于4K模式下的超高清數字電視信號的初始數據比率大約在一秒6Gb左右；基于8K模式下的初始數據每秒鐘24Gb；而4:2:2樣本參照之下，4K的數據率為每秒鐘4Gb；8K為每秒鐘16Gb。如在這種數據量之下開展傳輸工作，現有的壓縮編碼是無法開展的，一定要通過全新的方式開展。對此，在2010年，一些活動圖像專家與相關視頻編碼專家構成了一個聯合小組，主要目標就是研發一個符合超高清數字電視的壓縮編碼需求，被其成為“高效視頻編碼”的三代標準。此標準的具體要求就是在于H.264高檔次相比之下，保障其復雜程度的一致性，在保障主觀圖像質量相同的基礎支行，下降百分之五十的碼率。此專家組表示，如果在適當的提高復雜度的基礎之上，可以保障碼率下降百分之二十五，這也就意味著，在4K模式下的30幀每秒的超高清視頻，通過H.264標準的應用就可以將其壓縮至到每秒40Mb之內，要是通過HEVC標準則可以將其控制在每秒20Mb之內。

2.超高清電視音頻處理

在超高清電視中的音頻處理有22聲道，其中在頂層設置了9個；在中間設置了10個；在電視屏幕下方設置了3個；還有上中下三個立體環繞聲場，這22個聲道的布置，構建了一個系統的空間立體聲。在此基礎之上，在3層聲場之下，在添加兩個低音聲道，就完成了22.2系統的構建。這與現階段使用的7.1聲道相比，有著三維立體化的優勢，可以給人們更為真實的感官體驗。

在22.2聲道中期音頻數據率相對較高。以每聲道每秒鐘48kb、24bit作為參考采樣，其音頻數據率在每秒28Mb，即便是通過音頻壓縮處理之后，也超過了每秒2.8Mb。在使用過程中，基于專家的角度來說，22.2聲道播出系統的整體聲場布置并不是普遍適用的。對此專家組在制定環繞聲標準的過程中，綜合了后向兼容因素，就是可以對現有的立體聲以及單聲道系統進行兼容或者更新。在編碼過程中，通過對聲源強度與聲道的空間性關系采取了下混處理，有效的減少了因為聲道音頻自身的數據率傳輸，利用提高少量的音源空間相關信息與數據據可依有效的提高現有的音頻播放整體效果。

3.超高清電視傳輸技術

第一，衛星傳輸。在操作過程中，衛星傳輸設備有著高效率、覆蓋廣的自身優勢，大多數運營商都會通過此種方式進行各種超高清信號的傳輸，其中一些衛星運營商已經完成了測試。例如。日本的SKY Perfect JSAT在2012年以及2013年就直播、傳播了4K格式的比賽。我國的航天數字傳媒也發布了關于衛星傳輸基礎開展的4K相關方案，此方案可以穩定的以每秒64Mb的傳輸速率推送相關4K視頻內容。其他一些國家也其進行了測試。

第二，地面傳輸。超高清地面傳輸測試使用的標準有著較為明顯的區域性差異，其中在日本、歐洲以及美國三個地方就有三種標準。

其中，日本的地面電視廣播網絡使用的主要是ISDB-T標準。在2014日本公司就完成了8K的超高清電視的相關傳輸實驗與基于ISDB-T標準之下的4K超高清相關內容的測試。在歐洲主要使用的地面電視傳輸標準是DVB-T，在2014年捷克、法國以及英國基于此標準實施了4K超高清的傳輸測試。在2014年的美國Technicolor公司通過ATSC3.0規范進行了4K超高清電視的無線傳輸功能測試。

第三，光纖傳輸。在光纖傳輸中的最大特征技術傳輸的大容量，這一特征對于基于高數據率的超高清電視信號發展有著一定的優勢。其中日本公司，通過光纖開展了不同形式的超高清電視傳輸實驗，并且開放了短距離的傳輸設備。

第四，新興傳輸途徑。在基于傳統的廣播電視以及相關傳輸通道之上，個別企業也逐漸的拓展了其他有效的超高清傳輸途徑。首先，基于互聯網開展的超高清傳輸測試的興起，在2013年，日本的一家公司通過IPTV IPv6網絡將4K超高清電視節目在新加坡、東京以及菲律賓之間進行了傳輸，保障其接收點視頻碼率高達每秒120Mb。我國也在2013年4月通過I P T V寬帶網絡進行了4K節目的播出，構建了百兆傳輸速率到60in一個測試環境。同時在互聯網絡上開展的4K串流技術也在不同國家進行了小范圍的實驗與應用。例如，美國的YouTube與Elemental Technologies集團就先后通過VP9以及HEVC編碼技術的開展了4K串流技術的實驗，有效的優化了基于互聯網的超高清電視傳輸效率。其次，在2014年波蘭的公共廣播機構TVP也在歐洲范圍之內進行了基于HbbTV傳輸的4K信號，開辟了混合廣播作為超高清傳輸的另一途徑。

4.超高清電視顯示

超高清電視要想真正的實現超高清功能，就要具備一定的高清信號接收、處理以及面板等相關基本要素。

第一，當分辨力為3840*2160的時候，就可以成為4K超高清面板。現階段國內外一些主流面板集團都已經具備了這種能力，面板主要分為VA軟屏以及IPS硬屏兩種類型。因為超高清電視的顯示屏幕主要在大屏幕展示出來，所以對固有分辨力的要求相對較高，面板尺寸主要在55與65in.

第二，在顯示屏中還有一個較為重要的技術——驅動接口。驅動接口自身的傳輸速率與刷新率直接關系到顯示效果。現階段，較常使用的驅動接口主要包含LVDS接口與V-by-One兩個接口。其中LVDS是基于低壓差分信號技術的接口形式，其支持的數據傳輸速率最高可為每對每秒1.05Gb；V-by-One則支持刷新頻率為240Hz；色彩12bit，每對每秒的最高數據傳輸速率為3.75Gb。在應用過程中，如果通過LVDS對30bit的色彩、數據為240Hz進行處理，則要耗費48對的LVDS信號線。因此在實踐過程中，為了節省資源則主要使用V-by-One作為驅動接口。

第三，芯片。這是超高清畫質中的關鍵技術。主要進行圖像解碼、圖像編碼以及圖像顯示等相關功能?，F階段，超高清電視主要使用的是雙芯片的運行方式，其中一個芯片負責圖像處理，另一個負責進行運動補償相關操作。圖像處理芯片在開展圖像解碼功能的基礎上，還可以有效的實現各種圖像格式的變換，也就是upscaler，可以對圖像為1920×1080格式進行系統的運算與估計，進而將其轉換為3840×2160開展顯示。上變換技術在操作過程中主要包含了主芯片內置以及外掛處理芯片兩種有效方式。現階段的4K芯片方案日漸成熟，也就是說超高清電視的以及離我們不遠了?，F階段的主流芯片企業有MTK，MSTAR，REALTEK等，我國相關企業也提高對4K芯片的開發與研究。

5.4K超高清頻道發展概況

現階段的超高清傳輸測試已經取得了顯著效果，超高清逐漸應用了起來，一部分國家已經開設了4K超高清試驗頻道。其中在2014年，韓國上線了全球首個超高清模式的有線電視頻道U-max，可以進行各種紀錄片、動畫以及各種現場音樂會與體育賽事等近百個超高清節目。

日本的SKY Perfect JSAT公司也在2015年開設了4K電視節目頻道，進行職業足球聯賽等相關體育賽事的直播、進行各種電影等內容的現場直播等。

美國的運營商DirecT V在2014年發射了4K衛星DirecT V-14，進行4K格式的電影以及相關紀錄片的播放。

在我國2014年，也進行了有線4K超高清頻道的試播，主要進行了各種超高清電影與紀錄片以及相關風光片的播放。

6.結束語

現階段，國內外對于高清試驗頻道較為重視，可以說超高清電視已經國內外取得了較為顯著的成效。各種超高清試驗頻道已經日趨成熟，但是要想大面積的進行超高清的應用，仍需努力。相信在不久的將來，各種超高清技術以及相關標準的完善與優化，會為超高清數字電視的發展起到一定的促進作用。

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