超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

楊長(zhǎng)慶

（濱州市新聞傳媒中心，山東 濱州 256600）

0 引言

數(shù)字媒體時(shí)代，超高清視頻技術(shù)成為廣播電視領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性創(chuàng)新。本文重點(diǎn)關(guān)注其在廣播電視領(lǐng)域的多個(gè)應(yīng)用，如百城千屏、超高清電視、高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）影院、全景視頻以及自由視角等。這些應(yīng)用正在塑造觀眾的娛樂(lè)體驗(yàn)，提供更高質(zhì)量、互動(dòng)性和個(gè)性化的內(nèi)容。

1 超高清視頻發(fā)展概述

1.1 超高清視頻的概念

超高清視頻（Ultra High Definition，UHD）通常包括4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）兩種主要分辨率標(biāo)準(zhǔn)，是符合高幀率、高位深、廣色域、高動(dòng)態(tài)范圍等要求的新一代視頻技術(shù)。與傳統(tǒng)視頻相比，超高清視頻的圖像細(xì)節(jié)更精細(xì)和清晰，能夠承載更多的信息，在廣播、電影制作、電視、游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。

1.2 超高清視頻產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)

超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)高動(dòng)態(tài)范圍、編解碼、先進(jìn)計(jì)算、三維聲、超分技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理、視頻云等關(guān)鍵技術(shù)的支持。高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)支持視頻以更高的亮度和廣泛的顏色范圍呈現(xiàn)，提供更真實(shí)和生動(dòng)的畫(huà)質(zhì)。高動(dòng)態(tài)范圍主要標(biāo)準(zhǔn)包括Dolby Vision、HDR10、HLG 及HDR Vivid 等。 編解碼技術(shù)在視頻傳輸和存儲(chǔ)中起著關(guān)鍵作用，確保高分辨率內(nèi)容能夠有效傳輸并節(jié)省帶寬。編解碼格式有XAVC、ProRes、JPEG-XS、H.265/HEVC、中國(guó)AVS 標(biāo)準(zhǔn)（AVS、AVS2、AVS3）、VVC 及EVC 等。先進(jìn)計(jì)算和圖像處理技術(shù)是超高清視頻的關(guān)鍵支持，包括圖像增強(qiáng)、降噪和超分辨技術(shù)，能夠改善圖像質(zhì)量。三維聲技術(shù)提供立體聲音效，提升觀眾的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。三維聲技術(shù)的主流標(biāo)準(zhǔn)及解決方案包括Dolby Atmos、臨境音DTS：X、Auro 3D、MPEG-H以及三維菁彩聲等。基于深度學(xué)習(xí)的超分技術(shù)具備將低分辨率圖像放大為高分辨率圖像的能力，實(shí)現(xiàn)圖像超分、視頻超分及圖像去噪等功能。數(shù)字版權(quán)管理（Digital Right Management，DRM）技術(shù)用于保護(hù)內(nèi)容的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和管理數(shù)字內(nèi)容的分發(fā)，負(fù)責(zé)內(nèi)容版權(quán)所有者的合法權(quán)益保護(hù)。當(dāng)前主要的DRM 技術(shù)方案有PlayReady、FairPlay、Widevine及ChinaDRM 等。當(dāng)前，視頻內(nèi)容云上生產(chǎn)制作成為重要趨勢(shì)，視頻云在虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）內(nèi)容制作、數(shù)字孿生、數(shù)字人及元宇宙等領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化[2]。

1.3 超高清標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

2012 年，國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了基于超高清視頻的超高清電視標(biāo)準(zhǔn)。2019 年，美國(guó)消費(fèi)電子協(xié)會(huì)與8K協(xié)會(huì)先后制定8K 電視基本性能認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。2021 年，中央廣播電視總臺(tái)相繼發(fā)布《中央廣播電視總臺(tái)8K超高清電視節(jié)目制播技術(shù)要求》和《8K 超高清大屏幕系統(tǒng)視音頻技術(shù)要求》。2023 年，《高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）視頻技術(shù)第3-6 部分：技術(shù)要求和測(cè)試方法播放軟件用設(shè)備》《超高清電視變頻顯示系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》《超高清顯示終端光纖接口技術(shù)規(guī)范》三項(xiàng)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)制定并發(fā)布[3]。

1.4 超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈包括內(nèi)容采集、內(nèi)容制作、傳輸及分發(fā)、終端呈現(xiàn)以及內(nèi)容供給等環(huán)節(jié)。內(nèi)容采集環(huán)節(jié)包括攝像機(jī)、監(jiān)視器及切換臺(tái)等設(shè)備。國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的8K 超高清攝像機(jī)已應(yīng)用于冬奧會(huì)直播活動(dòng)，索尼、松下和夏普等公司都已推出了8K 監(jiān)視器產(chǎn)品，8K 廣播級(jí)導(dǎo)播臺(tái)處于研發(fā)階段。內(nèi)容制作環(huán)節(jié)包括虛擬演播室、編解碼器、5G背包、編輯系統(tǒng)、調(diào)色系統(tǒng)及制播系統(tǒng)等。虛擬演播室在國(guó)內(nèi)外廣泛使用，被應(yīng)用于晚會(huì)、音樂(lè)會(huì)及新聞節(jié)目制作等領(lǐng)域。編解碼器方面，4K 編解碼產(chǎn)品主要體現(xiàn)在AVS2、H.265/HEVC 等標(biāo)準(zhǔn)支持，8K 編解碼產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于冬奧會(huì)、8K 頻道等領(lǐng)域。5G 超高清背包在超高清現(xiàn)場(chǎng)直播、遠(yuǎn)程制作、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)回傳等的應(yīng)用已十分成熟，已應(yīng)用于冬奧會(huì)、全運(yùn)會(huì)、建黨一百周年慶典等直播與轉(zhuǎn)播活動(dòng)。編輯系統(tǒng)方面，主流視頻編輯制作系統(tǒng)基本支持超高清視頻的編輯制作。調(diào)色系統(tǒng)方面主要有Topaz Adjust AI 和達(dá)芬奇軟件。制播系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)全I(xiàn)P 化制播發(fā)展。在傳輸及分發(fā)方面，定制化的5G 技術(shù)逐步應(yīng)用于不同超高清視頻場(chǎng)景，千兆光網(wǎng)使能超高清優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)。終端呈現(xiàn)方面，彩電、虛擬現(xiàn)實(shí)、手機(jī)以及商用顯示器等發(fā)展迅速，產(chǎn)品供給不斷豐富。專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容方面，超高清專(zhuān)區(qū)相繼落戶(hù)交互式網(wǎng)絡(luò)電視（Internet Protocol Television，IPTV），并拓展在重大賽事、活動(dòng)直播、轉(zhuǎn)播及紀(jì)錄片制作等領(lǐng)域的應(yīng)用；用戶(hù)原創(chuàng)內(nèi)容方面，中、短視頻逐步支持超高清，不斷豐富超高清內(nèi)容[4]。

2 超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 基于超高清視頻的百城千屏

工業(yè)和信息化部聯(lián)合六部委開(kāi)展“百城千屏”超高清視頻落地推廣活動(dòng)，旨在實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高清晰度的視頻內(nèi)容傳播和展示。涵蓋了多個(gè)城市、數(shù)以千計(jì)的屏幕，將廣播電視媒體帶入一個(gè)新的時(shí)代。這項(xiàng)創(chuàng)舉將城市空間變?yōu)橐粋€(gè)龐大的信息傳遞平臺(tái)，從商業(yè)廣告到文化活動(dòng)、新聞報(bào)道、體育賽事等各種內(nèi)容，都可以通過(guò)超高清視頻展示在不同城市的多個(gè)屏幕上。百城千屏活動(dòng)拓展了超高清音視頻的應(yīng)用場(chǎng)景，在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐已取得顯著成果，如春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)、北京冬奧會(huì)、中秋晚會(huì)、卡塔爾世界杯等直播與轉(zhuǎn)播活動(dòng)在戶(hù)外大屏開(kāi)展。各省市積極響應(yīng)百城千屏戰(zhàn)略，如北京開(kāi)展“8K 真‘京’彩，百屏‘靚’冬奧”活動(dòng)，四川省成立具備轉(zhuǎn)播8K 節(jié)目的省級(jí)“百城千屏”聯(lián)播網(wǎng)，福建省構(gòu)建“省級(jí)播控中心+省級(jí)聯(lián)播平臺(tái)+大屏聯(lián)播網(wǎng)”全省戶(hù)外大屏聯(lián)播聯(lián)控[5]。

2.2 基于超高清視頻的超高清電視

基于超高清視頻的超高清電視提供出色的圖像質(zhì)量，以4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）兩種分辨率標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)，賦予觀眾更為清晰、生動(dòng)、逼真的圖像體驗(yàn)，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更出色，色彩更豐富。超高清電視通過(guò)更大的屏幕、更高的像素密度以及高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)，提供視聽(tīng)盛宴，尤其適用于電影、體育賽事和游戲等領(lǐng)域。基于超高清視頻的超高清電視還支持更多音頻頻道和立體聲效果，提供沉浸式的音響體驗(yàn)。

超高清電視已經(jīng)成為廣播電視行業(yè)的主要趨勢(shì)，各大電視制造商紛紛推出4K 和8K 電視機(jī)型，內(nèi)容提供商也積極制作和傳播超高清節(jié)目。以廣東廣播電視臺(tái)4K 超高清電視制作全流程系統(tǒng)為例，其率先構(gòu)建完整的4K 超高清節(jié)目制作生產(chǎn)鏈，包括4K 演播/轉(zhuǎn)播系統(tǒng)、4K 后期制作網(wǎng)系統(tǒng)，充分運(yùn)用50 幀率、高動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)4K 超高清電視節(jié)目的全流程超高清制播[6]。

2.3 基于超高清視頻的沉浸式HDR 影院

基于超高清視頻的沉浸式HDR 影院代表了電影觀賞體驗(yàn)的巨大飛躍。在這種影院中，高品質(zhì)的超高清視頻技術(shù)與HDR 音效相結(jié)合，為觀眾創(chuàng)造了極富沉浸感的電影體驗(yàn)。HDR 技術(shù)提供更廣泛的亮度范圍和顏色深度，使畫(huà)質(zhì)更為逼真，配合8K分辨率的超高清視頻，呈現(xiàn)出細(xì)節(jié)、色彩和對(duì)比度的卓越表現(xiàn)。HDR 影院環(huán)境通常包括大屏幕投影、先進(jìn)的音響系統(tǒng)和座椅震動(dòng)效果，使觀眾感受到更多層次的影音沖擊。三維音效技術(shù)使聲音從不同方向傳達(dá)給觀眾，增強(qiáng)了聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。超高清HDR 影院不僅改善了電影的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量，還推動(dòng)了電影制作和后期制作領(lǐng)域的創(chuàng)新。以杜比實(shí)驗(yàn)室杜比端到端的音視頻解決方案為例，其以杜比視界HDR 影像技術(shù)和杜比全景聲沉浸式音頻技術(shù)為基礎(chǔ)，HDR影像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電影、劇集制作和發(fā)行，通過(guò)杜比影院，為觀眾帶來(lái)更大的動(dòng)態(tài)范圍、更廣的色域、更高的精確度的超高清、沉浸式的影院體驗(yàn)。

2.4 基于超高清視頻的全景視頻

基于超高清視頻的全景視頻將觀眾帶入虛擬現(xiàn)實(shí)世界或創(chuàng)造出360°全景環(huán)境，為觀眾提供身臨其境的體驗(yàn)。這種技術(shù)通過(guò)拍攝、傳輸和播放高分辨率的視頻，在虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示設(shè)備中呈現(xiàn)，使觀眾感覺(jué)自己置身于視頻內(nèi)容的中心。全景視頻通常包括多個(gè)攝像頭或攝像頭陣列，可以捕捉全方位的景象。觀眾通過(guò)頭戴式設(shè)備如VR 頭盔，通過(guò)移動(dòng)頭部來(lái)改變視角，仿佛置身于實(shí)際拍攝場(chǎng)景。超高清視頻的應(yīng)用進(jìn)一步提高了全景視頻的質(zhì)量，使細(xì)節(jié)更加生動(dòng)，色彩更加鮮艷，已經(jīng)在電影、游戲、虛擬旅游和培訓(xùn)等領(lǐng)域嶄露頭角。2019 年，央視新聞攜手移動(dòng)咪咕開(kāi)展首次4K 超高清全景閱兵直播，全程保持50 f·s-1的高幀率，通過(guò)寬色域、高色深和三維全景聲技術(shù)帶給觀眾多角度、沉浸式、超高清觀看體驗(yàn)。

2.5 基于超高清視頻的自由視角與多機(jī)位視角

基于超高清視頻的自由視角與多機(jī)位視角賦予觀眾更大的互動(dòng)和控制權(quán)，以在觀看視頻內(nèi)容時(shí)選擇不同的視角和攝像機(jī)位置，采用多個(gè)攝像機(jī)角度拍攝同一場(chǎng)景，通過(guò)超高清視頻傳輸，讓觀眾在觀看時(shí)自由切換視角，從而獲得個(gè)性化的觀看體驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)不僅適用于體育賽事，也可以在音樂(lè)會(huì)、演唱會(huì)、電影和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。觀眾可以自行選擇觀看足球比賽中的不同場(chǎng)景、音樂(lè)會(huì)中的不同樂(lè)隊(duì)成員或電影中的不同角色。這種互動(dòng)性提供了更豐富的娛樂(lè)體驗(yàn)，也為內(nèi)容制作者提供了更多創(chuàng)作空間。使用超高清視頻技術(shù)，觀眾可以欣賞細(xì)節(jié)豐富的畫(huà)質(zhì)，保持清晰度，即使在多次切換視角時(shí)也能獲得最佳效果。以2023 年第31 屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)為例，在組委會(huì)、中央廣播電視總臺(tái)和中國(guó)電信多方協(xié)力配合下，將5G+VR、5G+8K、自由視角等前沿技術(shù)用于大運(yùn)會(huì)賽事轉(zhuǎn)播實(shí)踐。

3 結(jié)語(yǔ)

基于超高清視頻的廣播電視應(yīng)用持續(xù)創(chuàng)新，重新定義了視聽(tīng)體驗(yàn)，為觀眾提供更高質(zhì)量的圖像、更豐富的聲音和更多互動(dòng)性，推動(dòng)了廣播電視行業(yè)的發(fā)展。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，期待更多令人興奮的應(yīng)用和可能性，進(jìn)一步推動(dòng)廣播電視向前發(fā)展，為觀眾帶來(lái)更多精彩的內(nèi)容和體驗(yàn)。