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淺談4k技術(shù)的論文
一、4K特性
（一）4K分辨率
2012年5月，國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布了BT.2020“超高清電視UHDTV”規(guī)范的倡議，將屏幕物理分辨率到達(dá)3840×2160及以上的電視稱之為超高清電視。當(dāng)前，最為常見的4K分辨率規(guī)格是3840×2160，它是高清電視（HD）分辨率的4倍，4K又稱為2160P。高清1080p 可以顯現(xiàn)的有效像素為2,073,600（1920×1080），4K可以顯現(xiàn)的有效像素為8,294,400（3840×2160），相比傳統(tǒng)高清電視只能明晰顯現(xiàn)演員的面容，4K電視能纖毫畢現(xiàn)地展現(xiàn)人物和景物的細(xì)節(jié)，圖像不但更明晰，而且層次也更豐厚。
（二）4K編碼方式
在信號(hào)源方面，4K電視信號(hào)采用HEVC編碼格式，也就是H.265編碼。這是由于4K電視信號(hào)傳輸請(qǐng)求極高，傳統(tǒng)的H.264編碼曾經(jīng)不能滿足傳輸需求。H.265可以在有限帶寬下傳輸更高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)視頻，這種視頻編碼規(guī)范能夠?qū)⒁曨l緊縮到原先的一半大小，并支持4K至8K視頻，為互聯(lián)網(wǎng)傳輸掃清了障礙。在相同的圖象質(zhì)量下，經(jīng)過H.265編碼的視頻大小比H.264減少約39%～44%。
�。ㄈ�4K視頻接口
目前4K視頻接口接入方式主要有HDMI、Display Port和HDBaseT。
方式一：HDMI
在物理性能上，HDMI 1.4最高可用視頻傳輸帶寬為10.2Gbit/s，理論上都能支持4K/30p(8bit)的信號(hào)傳輸，但是，假如從實(shí)時(shí)非緊縮傳輸角度而言，4K傳輸速率需求到達(dá)12Gbit/s，真正代表HDMI開端全方位支持4K超高清信號(hào)傳輸?shù)氖荋DMI2.0規(guī)范。首先，HDMI2.0規(guī)范在物理性能上與HDMI1.4相比有了不小的飛躍，從本來10.2Gbit/s的可用視頻傳輸帶寬提升到18Gbit/s，能夠真正滿足4K/60p(8bit)信號(hào)的傳輸。其次，HDMI 2.0規(guī)范完好支持Rec.2020的色域空間規(guī)范，契合超高清影音技術(shù)將來的開展趨向。而音頻傳輸方面，HDMI 2.0最高能夠支持32聲道的音頻信號(hào)傳輸，以順應(yīng)將來家用多聲道環(huán)繞聲技術(shù)的開展。
方式二：Display Port
和HDMI一樣，Display Port也允許音頻與視頻信號(hào)共用一條線纜傳輸，支持多種高質(zhì)量數(shù)字音頻。目前Display Port的接頭有兩種：一種是規(guī)范型，相似USB、HDMI等接頭；另一種是低矮型。最新的DisplayPort 1.3將音頻和視頻帶寬增加到32.4Gbps。
方式三：HDBaseT
在專業(yè)顯現(xiàn)范疇，HDMI線的有限傳輸間隔以及專業(yè)線纜偏高的價(jià)錢都大大限制了其應(yīng)用，而HDBaseT傳輸間隔遠(yuǎn)且價(jià)錢相對(duì)廉價(jià)。HDBaseT并沒有像HDMI跟Display Port一樣重新設(shè)計(jì)接口，而是采用群眾都不生疏的8P8C(RJ45)接頭，俗稱水晶頭或以太網(wǎng)接頭，傳輸介質(zhì)采用了人們常見的網(wǎng)線。HDBaseT規(guī)范除了提供視頻信號(hào)傳輸功用外，還具有網(wǎng)絡(luò)銜接以及以太網(wǎng)供電(POE)功用。HDBaseT規(guī)范目前最高支持20Gb/s的傳輸速率，傳輸間隔長(zhǎng)達(dá)100米。 HDBaseT既能夠?qū)⑼旰玫?K非緊縮視頻信號(hào)傳送到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也能夠完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)銜接。
（四）定義4K顯現(xiàn)的BT.2020規(guī)范
新的BT.2020規(guī)范相關(guān)于業(yè)界此前比擬認(rèn)同的BT.709規(guī)范在顏色顯現(xiàn)效果的請(qǐng)求上大幅度提升，顏色深度由8bit提升至10bit，有效改善了8bit因視頻顫動(dòng)惹起明顯的色階區(qū)塊，也就是我們?cè)陔娨暽铣３２炜吹降南嗨啤疤萏铩币粯宇伾幱�。這進(jìn)一步降低了畫質(zhì)噪點(diǎn)，給用戶帶來更好的體驗(yàn)。在色域方面，新的規(guī)范相比傳統(tǒng)規(guī)范可提供78.5%的色域掩蓋，而上一代規(guī)范僅為38.5%，色域擴(kuò)展近一倍。
�。ㄎ澹�4K攝像機(jī)
目前，索尼、Panasonic、JVC、BMD、AJA等公司針對(duì)4K電視制造流程推出了4K攝像機(jī)。索尼公司的4K攝像機(jī)系統(tǒng)主要包括兩大局部，即BPU-4000基帶處置器和CA-4000攝像機(jī)適配器。其中，CA-4000適配器在現(xiàn)場(chǎng)制造方面發(fā)揮著重要作用，該適配器的主要功用是：視頻信號(hào)返送、音頻通道、內(nèi)部通話、尋像器以及Tally信號(hào)傳輸?shù)�。此外，關(guān)于HDC系列攝像機(jī)系統(tǒng)，用戶只需求經(jīng)過添加PMW-F55、BPU4000、CA-4000等設(shè)備就能夠取得更多基于HD的增值操作應(yīng)用。如基于4K分辨率畫面的HD信號(hào)“選切”，可以在簡(jiǎn)單選切形式下同時(shí)輸出兩路HD選切信號(hào)，也能夠在變焦透視選切形式下輸出一路帶有數(shù)字變焦和透視選切的HD畫面。其中，PMW-F55 攝像機(jī)裝置了Super35 mm4k CMOS成像器，可以兼容PL鏡頭，運(yùn)用LA-FZB2鏡頭座適配器還可裝置B4卡口鏡頭，裝備全域快門，可有效處理傳統(tǒng)攝像機(jī)“果凍效應(yīng)”和“閃光帶”問題，LA-FZB2鏡頭座適配器可將高清變焦鏡頭與PMW-F55攝像機(jī)頭銜接好，用于4K拍攝。
二、4K電視制造
20xx年巴西世界杯運(yùn)用4K轉(zhuǎn)播車制造賽事直播信號(hào)，并運(yùn)用衛(wèi)星完成4K信號(hào)傳輸掩蓋，這是4K電視轉(zhuǎn)播信號(hào)第一次可以實(shí)時(shí)地被觀眾接納運(yùn)用。國(guó)際足聯(lián)與索尼公司協(xié)作，從整個(gè)64場(chǎng)競(jìng)賽當(dāng)選取了3場(chǎng)競(jìng)賽制造4K信號(hào)，分別是當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月28日舉行的小組賽第三輪的一場(chǎng)，7月4日舉行的1/4決賽的一場(chǎng)和7月13日舉行的決賽。本次4K轉(zhuǎn)播的信號(hào)，依據(jù)FIFA TV的整體設(shè)計(jì)思索，將只在英國(guó)倫敦一家影院能夠看到現(xiàn)場(chǎng)直播的4K畫面。而其他國(guó)度依據(jù)不同布置，如日本會(huì)延后一天播放4K全場(chǎng)競(jìng)賽，而大局部國(guó)度，包括國(guó)內(nèi)消費(fèi)者則是需求在索尼store賣場(chǎng)等經(jīng)過4K電視展現(xiàn)4K精彩競(jìng)賽片斷。
20xx年中央電視臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)，初次將4K技術(shù)應(yīng)用在春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)的錄制中。中央電視臺(tái)在春晚現(xiàn)場(chǎng)一號(hào)演播廳旁邊搭建了一套4K EFP系統(tǒng)，參與春晚錄制，并對(duì)4K攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試和剖析，為以后4K制造積聚技術(shù)經(jīng)歷。
20xx年10月25日，中國(guó)足球超級(jí)聯(lián)賽倒數(shù)第二輪，廣州恒大淘寶坐鎮(zhèn)主場(chǎng)迎戰(zhàn)山東魯能，廣東播送電視臺(tái)攜手索尼高清影視技術(shù)學(xué)院，讓4K轉(zhuǎn)播車參與本場(chǎng)競(jìng)賽制造。在現(xiàn)場(chǎng)14臺(tái)高清攝像機(jī)的根底上，添加了5臺(tái)4K攝像機(jī)，包括主機(jī)位全景1號(hào)機(jī)和特寫2號(hào)機(jī)（F55），以及兩隊(duì)替補(bǔ)席兩側(cè)3，4號(hào)機(jī)（F55），還有右側(cè)球門后的5號(hào)機(jī)（HDC4300+富士80倍4K B4鏡頭）。除5個(gè)4K機(jī)位外，另調(diào)取廣東播送電視臺(tái)高清轉(zhuǎn)播車PGM信號(hào)，應(yīng)用MVS-7000X自帶的上變化通道，將其轉(zhuǎn)為4K信號(hào)供導(dǎo)播選擇，現(xiàn)場(chǎng)高清系統(tǒng)的飛貓信號(hào)和池上超高速攝像機(jī)的慢動(dòng)作回放畫面經(jīng)過上變化后，也能夠切換至4K PGM。另選取了4個(gè)4K機(jī)位進(jìn)入PWS-4400進(jìn)行4K慢動(dòng)作回放。
20xx年11月22日，中國(guó)足協(xié)杯決賽第一回合江蘇舜天主場(chǎng)迎戰(zhàn)上海申花的競(jìng)賽在南京奧體中心體育場(chǎng)打響，為了全面展示競(jìng)賽盛況，江蘇電視總臺(tái)將4K 高清大型電視轉(zhuǎn)播車開赴現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行高清公共信號(hào)、4K直播信號(hào)（經(jīng)過IPTV和院線4K平臺(tái)）現(xiàn)場(chǎng)制造，并為網(wǎng)絡(luò)電視臺(tái)提供流媒體發(fā)布素材。江蘇臺(tái)4K轉(zhuǎn)播車是國(guó)內(nèi)第一輛支持4K制造的大型轉(zhuǎn)播車，常規(guī)訊道配置具備16路高清訊道加4路4K F55訊道，分設(shè)兩個(gè)獨(dú)立的節(jié)目制造區(qū)，裝備兩臺(tái)MVS-7000X頂級(jí)切換臺(tái)，能夠獨(dú)立完成高清與4K兩版節(jié)目制造。本場(chǎng)競(jìng)賽，轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)被提升為18路高清訊道（擴(kuò)展一臺(tái)超高速攝像機(jī)和球門網(wǎng)帶攝像機(jī)）和7路4K訊道（擴(kuò)展兩臺(tái)4K訊道HDC-4300攝像機(jī)和一臺(tái)4K超高速攝像機(jī)）共25個(gè)機(jī)位。兩套索尼PWS-4400完成4K慢動(dòng)作制造和HIGHLIGHT集錦回放。導(dǎo)演4K監(jiān)看和技術(shù)畫面監(jiān)看共采用三臺(tái)索尼PVM-X300 4K監(jiān)視器，另外，車上還放置了一臺(tái)65寸索尼4K電視用于檢視最終效果。
三、障礙我國(guó)4K電視技術(shù)開展的要素
�。ㄒ唬﹤鬏�
由于4K超高清畫面數(shù)據(jù)量太大，傳統(tǒng)電視信號(hào)傳輸方式曾經(jīng)無法支持4K超高清傳輸。我國(guó)現(xiàn)階段高清分辨率還在提高中，很多電視頻道目前依然是標(biāo)清播出。城市電視網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過幾十年開展，掩蓋面廣，網(wǎng)絡(luò)撲朔迷離，假如重新鋪設(shè)線纜，工程量太大，特別是一些老舊小區(qū)，改造現(xiàn)有的傳輸線纜非常艱難，而且改形成本宏大。目前看來，有兩種方式能夠完成4K傳輸，一種是依托衛(wèi)星傳輸，這種方式能夠傳輸大數(shù)據(jù)量，但是需求用戶裝置新的接納終端。另一種是依托網(wǎng)絡(luò)傳輸，這種方式不需求大范圍硬件晉級(jí)，加上無線網(wǎng)絡(luò)快速開展，改造方式能夠多元化，4K傳輸?shù)拈_展能夠經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)晉級(jí)來促進(jìn)。
�。ǘ┐鎯�(chǔ)及設(shè)備晉級(jí)
4K超高清畫面的存儲(chǔ)壓力主要在于制造端，關(guān)于電視節(jié)目而言，節(jié)目制造需求存儲(chǔ)大量的視頻素材，由于4K超高清畫面數(shù)據(jù)量太大，因而需求特別大的存儲(chǔ)空間。此外假如采用4K現(xiàn)場(chǎng)直播，直播現(xiàn)場(chǎng)的攝像機(jī)、傳輸線纜、矩陣切換臺(tái)、發(fā)射設(shè)備、接納傳輸設(shè)備等等，都需求新的晉級(jí)。目前來看，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還不具備經(jīng)過電視真正全程運(yùn)用4K技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)直播大型節(jié)目的硬件條件。
四、結(jié)語與瞻望
隨著4K超高清技術(shù)的不時(shí)推行與開展，4K技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)近期廣電業(yè)界的熱點(diǎn)，更多的像素、更高的幀頻、更沉浸式的體驗(yàn)，消費(fèi)者最能直接感遭到電視技術(shù)的開展成果。大屏幕、超高清畫質(zhì)將是將來把觀眾留在電視機(jī)前一個(gè)十分重要的手腕，超高清電視技術(shù)也必將成為廣電行業(yè)開展的最前沿趨向。
科技總是讓人對(duì)將來充溢了神往，在電視技術(shù)開展的進(jìn)程中，高清和4K只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)。人眼的分辨率約為6K，因此今后的6K和8K才是真正的電視新時(shí)期，4K只是“超高清”時(shí)期的序幕。2020年的東京奧運(yùn)會(huì)，組委會(huì)方案提供完好的8K信號(hào)效勞，包括制造和傳輸8K賽事信號(hào)，以及經(jīng)過衛(wèi)星全球掩蓋8K信號(hào)。
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