超高清電視系統關鍵技術

張婷婷

摘 要： 隨著電視技術的不斷發展，從普通電視到高清電視，到現有的超高清電視中，電視的技術在不斷的更新。在本文中詳細介紹了超高清電視使用的范圍和相關的關鍵技術，通過在壓縮系統、圖像顯示和傳送系統中的標準要求作為切入點，在高質量高保真的條件下，提高超高清電視的穩定性和清晰度，同時介紹了超高清電視的相關關鍵技術。

關鍵詞： 超高清；傳輸系統；圖像參數

隨著家庭中電視的普及，在對于電視的可視化程度的要求越來越高，在這樣的需求下，高清和超高清的電視種類就應運而生，更多的清晰度上的研究應用在電視當中，讓電視的圖像展示更加清晰和立體，給觀影者帶來更加直觀立體的視覺享受。在高清和超高清電視中，存在多種的關鍵技術，通過技術上的更新換代，不斷的體現出設備的優勢。

一、超高清電視發展情況

在高清電視中，主要有HDTV的模式，大量該模式的電視設備被人們所熟知，在此基礎上發展出了3D電視，在一段時間的市場探索中，又出現了超高清電視，在原有高清的基礎上更加深層次的創新，形成的UHDTV模式，在現場的觀感和視覺上更加飽滿，更加有現場現場身臨其境的感覺。現階段，在超高清電視中，主要支持的模式是4k和8k顯像的圖像尺寸，顯像的尺寸也是區分高清和超高清的重要指標之一。

目前，超高清的電視在市場上也大量的投入使用，日本對于超高清的電視在2006年就完成了有線和無線網絡的高清數據傳輸實驗，在倫敦奧運會的開幕式上，完成了8k電視的首次全景直播，在異地就能看到超高清的傳輸信號，并且根據實驗的數據，日本在數據上制定了4k和8k的高清電視標準，利用標準化的要求對電視每幀進行嚴格的控制，對于電視的格式和多個參數也有具體的要求，同時在實踐中要求，最大的電視幀率控制在160幀每秒，保證電視的格式在高清電視的設備可接受范圍內，實現了數字和信號的有效銜接。同時在對比上一代的電視幀數可以了解到，在電機的調制解調設備的改變，在壓縮頻率上的改變能夠使壓縮的效率大大的提升，有效的解決了超高清電視在傳輸過程中數據包過大的問題，能夠在短時間內利用壓縮的效率傳送數量更大質量更好的電視電子信號數據。在本文中也會對UHDTV 中使用的相關技術進行詳細研究，并在參數和壓縮方面的問題進行簡要的介紹。

二、超高清電視中圖像數據的技術研究

在超高清電視中，給觀眾最直接的感受就是電視的清晰度和電視帶來的視野上的變化，從而改變了觀眾對于電視的認識，其中圖像的技術是完成感官體驗升級最為關鍵的一部分，分辨率的提高能夠在高清的基礎上改變參數達到這一目的。在圖像顯示的分辨率中，根據不同圖像系統的尺寸有不同的分辨率，對于分辨率是清晰程度的主要質變，在系統中，熒幕的尺寸不是嚴格進行定義，就會出現分辨率不同，但是通常的定義中都是將超高清定義為1920x1080，利用大熒幕的數字成像形成整套的成像系統，將遠程的電視表演、體育比賽和聲音傳送在高清畫面上。其中，還必須強調的是利用分層圖像技術能夠使畫面更加立體，在原有1920x1080的基礎上增加一層1280x720的圖層，在兩層的成像系統中出現錯落的立體感，保證在分辨率不失的情況下，出現超高清的分辨模式，并形成可控的傳輸信號源接受控制。用這樣的方式也同樣適用于廣播當中，讓觀者在大熒幕放映中沒有畫面的缺失，每一幀的畫面處于較為飽滿的狀態，同時色彩上的鮮艷也能提高觀者的觀感體驗。

區別不同于高清電視，在UHDTV超高清電視中，瞬時傳送的數據遠遠高于傳統數據傳送，利用壓縮包的高效壓縮能夠在每幀當中體現出更多的畫面數據，加上使用分層的呈現數據，在控制熒幕和收看之間的距離能更好的提高觀影體驗。通常情況下，正常在家里看電視的距離大致在2-3米作用，鑒于這樣的觀影習慣，在超高清設計中選用的尺寸和距離設置就在2-3米內為最佳位置，適應于超高清的電視熒幕大小，但是不同于高清電視的觀感，超高清電視在同樣范圍和距離內感受到觀影的視野存在一定的差距，普通的高清電視是在50到150寸之間，觀看的距離在0.5米到2米，但是使用超高清電視中尺寸在50-150寸之間，但是距離必須在2米以上，這樣才能充分感受到視野上的變化以及立體感的呈現。此外，在考慮電視收看的最佳位置中，還要考慮到電視放置的高度位置，過高會導致視覺上存在偏差，長時間觀看出現疲勞，過低會出現畫面感的缺失。以64寸電視熒幕來看，最佳的觀看距離是人眼離電視在2.8米左右，當使用超高清電視時，電視擺放位置水平線和視覺水平線控制在5°左右，并根據用戶的習慣進行適當的微調。

對于電視的成像尺寸中，寬度和高度的比例也是考慮的重要指標。在合理的寬高比設定后，避免出現電視視覺方面的失真，利用高度和寬度上的轉換提高觀影的體驗。在大量的實驗中表明，使用16：9的畫面比例最能保證畫面的質感和畫面數據內容不缺失，這個比例在高清電視和超高清電視中都適用。此外，在像素方面，根據不同的視野和分辨率對畫面進行控制，在觀看的位置角度不同中，每個角度觀看所帶來的的感受也存在一定的差異，考慮到看電視人群的習慣，通常采用的3840x2160和1920x1080這兩種格式的分辨率，這兩種分辨率在大多數的電視信號中都能適用，保證了觀看的流暢性和清晰度。

三、超高清電視中數據傳輸的技術研究

超高清電視圖像的數據量遠高于高清電視，當前廣泛使用MPEG-2 和H.264/AVC 壓縮編碼標準不能很好的滿足信源壓縮的要求。國際標準組織從2010 年開始制定了面向超高清視頻編碼的高效視頻編（High Efficiency video coding， HEVC）標準，目標是在H.264/AVC high profile 的基礎上，壓縮效率提高一倍，相同視頻質量的前提下，視頻流的碼率減少50%。HEVC 在沿用H.264 的混合編碼框架內允許編碼端適當提高復雜度，著力研究新的編碼工具或技術，以提高視頻壓縮效率。對于殘差數據編碼，編碼塊通過殘差四叉樹遞歸的劃分為編碼塊，除了靈活的圖像劃分結構外，HEVC 在去塊濾波后增加了樣點自適應偏置（SampleAdaptive Offset， SAO）和自適應環路濾波（Adaptive Loop Filter， ALF）兩個濾波器。SAO 位于Deblock 之后，將重建圖像像素點分為不同類型，對不同類型的樣點加以不同的偏置量以減少失真，從而進一步提高圖像壓縮率。對于4K 超高清電視，幀率為30fps，采用H.264/AVC 編碼，達到廣播級質量需要40Mbps 左右的碼率，采用HEVC 編碼則需要20Mbps 左右的碼率。

四、結束語

超高清電視在傳統電視和高清電視的基礎上形成了新的觀影體驗，也逐漸被人們關注和接受，目前有大量關于超高清的電視研究計算在研究，有些也成功進行運用，我國在超高清電視的使用中已經有重大的圖片，在一些關鍵技術上也有定的創新，尤其在開設4k和8k的頻道上也有一定的改良。今后超高清電視將會大量的線衫批量生產，同時對于超高清電視中的技術指標和參數標準也會隨之制定，更好更多的觀看體驗就會呈現給觀眾。

參考文獻

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