超高清數字電視關鍵技術分析及研究

李桂花

摘 要 文章簡單介紹超高清數字電視，分析超高清數字電視關鍵技術，提出超高清數字電視的發展前景，推廣和應用超高清數字電視關鍵技術，并為相關研究人員提供一定的借鑒和幫助。

關鍵詞 超高清數字電視；關鍵技術；分析

中圖分類號 TN94 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）216-0085-02

在電影行業提出4K概念后，以4K概念為理論依據超高清電視問世，遵循ITU-RBT.2020國際標準，使得超高清進入到人們的日常生活中。近幾年來，國內外電視生產商推出各個尺寸的超高清電視，并一度成為行業熱點話題。在實際應用中，相比于高清電視而言，超高清電視可以為觀眾提供更為細膩和逼真的圖像，視覺信息更為精確，提高觀眾的臨場感，形成較大的視覺沖擊。對此，為了推廣超高清電視、優化超高清數字電視關鍵技術，要深入分析當前超高清數字電視關鍵技術，判斷超高清數字電視的發展前景，為相關推廣工作和技術研究工作形成理論依據。在這樣的環境背景下，探究超高清數字電視關鍵技術分析及研究具有非常重要的現實意義。

1 超高清數字電視綜合解析

NHK公司最早提出超高清電視，將其認定為一種提高電視圖像質量的數字電視技術，提出后獲得業界的廣泛關注，日本、韓國、英國、美國以及俄國紛紛開展對超高清數字電視技術的研究。超高清電視是指屏幕物理分辨率超過3 840×2 160（4K×2K），相當于4倍1 080p的電視，UHDTV是超高清數字電視的簡寫，UHD應用到電視機技術已經十分普遍，國內外各大生產商已經紛紛推出UHD超高清電視，國際電信聯盟提出“超高清數字電視”標準，將屏幕物理分辨率超過3 840×2 160（4K×2K）則為超高清，在實際應用中，超高清數字電視具有以下特點：第一，分辨率高，超高清數字電視的物流分辨率已經高達3 840×2 160，遠遠高于超清電視。第二，清晰度高，超高清數字電視以HDMI1.4通道為主，可以達到2160P清晰度，支持視頻實時傳輸，由于處理芯片為國際先進水平，可以無損還原電視畫面，提高視頻清晰度和流暢度。第三，畫面有質感，超高清數字電視采用先進的背光技術，利用矩陣背光技術和動態控制技術，增加電視畫面的真實感和柔和感，提高整體層次感。第四，響應速度快，這一響應速度直接關系到電視畫面整體流暢程度，以倍頻技術、動態插幀技術為主，可以在視頻播放過程中，防止運動畫面拖尾問題和抖動問題，提高電視畫面整體的流暢性。第五，色彩豐富，選擇最新的色彩處理技術，通過專用高亮濾光膜，提高電視畫面的整體質感，提高色彩真實性與飽滿性。

2 超高清數字電視關鍵技術

2.1 超高清視頻處理技術

以4：4：4超高清數字電視為例，在4K模式下，超高清數字電視圖像數據率是6Gb/s；在8K模式下，超高清數字電視圖像數據率是24Gb/s。以4：2：2超高清數字電視為例，在4K模式下，超高清數字電視圖像數據率是4Gb/s；在8K模式下，超高清數字電視圖像數據率是16Gb/s。為了實現巨大數據量的傳輸，急需新型壓縮編碼方法，即為高效視頻編碼，簡稱為MPVE，這一標準要求是對比H.264高檔次，使其碼率下降至50%，但是在提高壓縮編碼難度的情況下，還可以將碼率下降至25%。若將1995年提出的MPEG-2標準為數字電視一代壓縮編碼標準，2003年提出的H.264就是二代視頻編碼標準，碼率下降至50%，而HEVC作為三代編碼壓縮標準，相比于MPEG-2標準而言，其碼率已經下降至25%。這就說明，針對4K型30幀/s視頻而言，選擇H.264標準，壓縮編碼速度為40Mb/s，而選擇MPEG-2標準，其壓縮編碼速度可控制在20Mb/s以下。

2.2 音頻處理技術

針對超高清數字電視而言，其聲道布置為圖1所示，一共有22個聲道，其中頂層布設9個聲道，中間層布設10個聲道，底層布設3聲道，通過這一安排，形成上、中、下三維立體環繞聲場，構建超高清數字電視的空間立體聲。

通過這種聲道空間布設方式，在下層兩側布設2個低音聲道，形成22.2環繞聲體系，相比于7.1環繞聲系統而言，聲音真實性較強，形成三維化聲場，給觀眾一種現場感，感官體驗更為強烈。這種22.2聲道音頻數據率也要著重考慮，以24bie采樣為例，其音頻數據率為28Mb/s，在音頻壓縮后，其音頻數據率為2.8Mb/s。DTS開發類多聲道立體環繞技術，MPEG制定多聲道標準，家用電視而言，22.2聲道播出系統中的聲道布置不具有全面的適用性。對此，MPEG所制定的環繞聲標準SAC設計后向兼容，及時更新立體聲道系統，借助生源強度與聲道的空間關系進行編碼，降低多聲道音頻傳輸數據率，增加少量音源空間信息數據，提升播放效果。

2.3 傳輸技術

超高清數字電視具有極高的分辨率，這就說明數據容量的增加，傳輸技術就成為超高清數字電視關鍵技術之一，其傳輸方式包括以下幾方面：

第一，衛星傳輸。衛生傳輸覆蓋面較廣，通過大寬帶傳輸，傳輸速率較高，大多數運營商都利用衛星傳輸方式，實現超高清信號的傳輸，正是這種傳輸方式的大量應用，使得更多規模化衛星運營商投入到這一生產領域中，逐一測試，保證衛星傳輸效率。日本SKY Perfect JSAT 公司在這一方面取得較為明顯的成就，利用衛星傳輸方式實現4K足球聯賽的直播與轉播，我國也相繼加入這一研究領域中，提出基于衛星傳輸4K解決方案，保證實時64Mb/s傳輸速率，及時傳輸4K視頻內容。到了2014年底，捷克CT聯合聯合斯洛伐克廣播電視公司通過衛星傳輸方式進行超高清測試。

第二，地面傳輸。地面傳輸技術能夠反映一個國家科技水平的高低，超高清地面傳輸測試采用標準區域性差異明顯，以日本 ISDB-T標準為主，選擇正交頻分復用技術傳輸體制、超高階調制方式，聯合雙極化天線和多入多出技術加強信號。在實際運行中，把信道劃分為若干正交子信道，使得各個高速數據信息變為并行排列的子數據流，在各個子信道實現傳輸。在此過程中，正交信號借助接收端分隔通信技術，控制各個子信道間的干擾，使得子信道信號寬帶遠遠低于信道寬帶，子信道形成平坦性衰落，消除各個信道上的信號干擾，保證信道均衡，提高傳輸效率。

第三，光纖傳輸。在實際應用中，光纖傳輸具有大容量傳輸優勢，有利于高數據率行超高清數字電視信號的傳輸，在這一方面，日本NHK公司首先對光纖多種傳輸形式進行試驗，研發適用在短距離傳輸的接口傳輸設備，以光網絡為主，用光放大器取替電放大器，實現260km距離的有效傳輸。在光纖傳輸過程中，一端采用注入型激光二極管進行光媒體傳播，另一端則采用APD光電二極管進行信號檢測，引入亮度調制技術，在既定頻率下，將光出現、消失作為二進制標準，無論是注入型激光二極管還是APD光電二極管，都要通過這種方式進行調制，提高光功率與接受能力，進而保證光纖傳輸效果。

3 超高清數字電視的發展前景

在硬件技術上，4K超高清分辨率將得到逐步普及，更高更精細的分辨率和畫面細節效果有利于消費者的視覺感官提升，目前國內外主要電視品牌都在不斷加強旗下4K超高清電視的產品陣營，這就像從高清電視向全高清電視的過渡一樣，更加精致的畫面是產品和用戶所不斷追求的目標，隨著超高清片源的逐漸發展，超高清智能電視也將成為未來的主流產品。在軟件研發方向，功能豐富化、集成化，操作“傻瓜化”將成為未來智能電視的主要發展目標。未來的智能電視將不僅是觀看節目的產品，更會成為智能家居控制的終端顯示系統，這將讓智能電視不僅僅像現在一樣，能夠與遠方的家人視頻通話，更能監控顯示家中冰箱、空調等其他產品的運行狀態，甚至能夠遠程觀看孩子、老人或寵物在家中的情況。在未來，觀看電視只是智能電視的一個功能，顯示各種家中情況，匯集各種移動端信息的“輸出、控制終端”才是真正智能化時代的發展方向。

4 結論

通過對超高清數字電視關鍵技術的研究，闡述超高清視頻處理技術、音頻處理技術、傳輸技術，為了推廣超高清電視、優化超高清數字電視關鍵技術，要深入分析當前超高清數字電視關鍵技術，判斷超高清數字電視的發展前景，為相關推廣工作和技術研究工作形成理論依據，促進我國家電產業的可持續健康發展。

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