超高清数字电视的关键技术研究及分析.pdf
李桂花
摘 要 文章简单介绍超高清数字电视，分析超高清数字电视关键技术，提出超高清数字电视的发展前景，推广和应用超高清数字电视关键技术，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。
关键词 超高清数字电视；关键技术；分析
中图分类号 TN94 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）216-0085-02
在电影行业提出4K概念后，以4K概念为理论依据超高清电视问世，遵循ITU-RBT.2020国际标准，使得超高清进入到人们的日常生活中。近几年来，国内外电视生产商推出各个尺寸的超高清电视，并一度成为行业热点话题。在实际应用中，相比于高清电视而言，超高清电视可以为观众提供更为细腻和逼真的图像，视觉信息更为精确，提高观众的临场感，形成较大的视觉冲击。对此，为了推广超高清电视、优化超高清数字电视关键技术，要深入分析当前超高清数字电视关键技术，判断超高清数字电视的发展前景，为相关推广工作和技术研究工作形成理论依据。在这样的环境背景下，探究超高清数字电视关键技术分析及研究具有非常重要的现实意义。
1 超高清数字电视综合解析
NHK公司最早提出超高清电视，将其认定为一种提高电视图像质量的数字电视技术，提出后获得业界的广泛关注，日本、韩国、英国、美国以及俄国纷纷开展对超高清数字电视技术的研究。超高清电视是指屏幕物理分辨率超过3 840×2 160（4K×2K），相当于4倍1 080p的电视，UHDTV是超高清数字电视的简写，UHD应用到电视机技术已经十分普遍，国内外各大生产商已经纷纷推出UHD超高清电视，国际电信联盟提出“超高清数字电视”标准，将屏幕物理分辨率超过3 840×2 160（4K×2K）则为超高清，在实际应用中，超高清数字电视具有以下特点：第一，分辨率高，超高清数字电视的物流分辨率已经高达3 840×2 160，远远高于超清电视。第二，清晰度高，超高清数字电视以HDMI1.4通道为主，可以達到2160P清晰度，支持视频实时传输，由于处理芯片为国际先进水平，可以无损还原电视画面，提高视频清晰度和流畅度。第三，画面有质感，超高清数字电视采用先进的背光技术，利用矩阵背光技术和动态控制技术，增加电视画面的真实感和柔和感，提高整体层次感。第四，响应速度快，这一响应速度直接关系到电视画面整体流畅程度，以倍频技术、动态插帧技术为主，可以在视频播放过程中，防止运动画面拖尾问题和抖动问题，提高电视画面整体的流畅性。第五，色彩丰富，选择最新的色彩处理技术，通过专用高亮滤光膜，提高电视画面的整体质感，提高色彩真实性与饱满性。
2 超高清数字电视关键技术
2.1 超高清视频处理技术
以4：4：4超高清数字电视为例，在4K模式下，超高清数字电视图像数据率是6Gb/s；在8K模式下，超高清数字电视图像数据率是24Gb/s。以4：2：2超高清数字电视为例，在4K模式下，超高清数字电视图像数据率是4Gb/s；在8K模式下，超高清数字电视图像数据率是16Gb/s。为了实现巨大数据量的传输，急需新型压缩编码方法，即为高效视频编码，简称为MPVE，这一标准要求是对比H.264高档次，使其码率下降至50%，但是在提高压缩编码难度的情况下，还可以将码率下降至25%。若将1995年提出的MPEG-2标准为数字电视一代压缩编码标准，2003年提出的H.264就是二代视频编码标准，码率下降至50%，而HEVC作为三代编码压缩标准，相比于MPEG-2标准而言，其码率已经下降至25%。这就说明，针对4K型30帧/s视频而言，选择H.264标准，压缩编码速度为40Mb/s，而选择MPEG-2标准，其压缩编码速度可控制在20Mb/s以下。
2.2 音频处理技术
针对超高清数字电视而言，其声道布置为图1所示，一共有22个声道，其中顶层布设9个声道，中间层布设10个声道，底层布设3声道，通过这一安排，形成上、中、下三维立体环绕声场，构建超高清数字电视的空间立体声。
通过这种声道空间布设方式，在下层两侧布设2个低音声道，形成22.2环绕声体系，相比于7.1环绕声系统而言，声音真实性较强，形成三维化声场，给观众一种现场感，感官体验更为强烈。这种22.2声道音频数据率也要着重考虑，以24bie采样为例，其音频数据率为28Mb/s，在音频压缩后，其音频数据率为2.8Mb/s。DTS开发类多声道立体环绕技术，MPEG制定多声道标准，家用电视而言，22.2声道播出系统中的声道布置不具有全面的适用性。对此，MPEG所制定的环绕声标准SAC设计后向兼容，及时更新立体声道系统，借助生源强度与声道的空间关系进行编码，降低多声道音频传输数据率，增加少量音源空间信息数据，提升播放效果。
2.3 传输技术
超高清数字电视具有极高的分辨率，这就说明数据容量的增加，传输技术就成为超高清数字电视关键技术之一，其传输方式包括以下几方面：
第一，卫星传输。卫生传输覆盖面较广，通过大宽带传输，传输速率较高，大多数运营商都利用卫星传输方式，实现超高清信号的传输，正是这种传输方式的大量应用，使得更多规模化卫星运营商投入到这一生产领域中，逐一测试，保证卫星传输效率。日本SKY Perfect JSAT 公司在这一方面取得较为明显的成就，利用卫星传输方式实现4K足球联赛的直播与转播，我国也相继加入这一研究领域中，提出基于卫星传输4K解决方案，保证实时64Mb/s传输速率，及时传输4K视频内容。到了2014年底，捷克CT联合联合斯洛伐克广播电视公司通过卫星传输方式进行超高清测试。
第二，地面传输。地面传输技术能够反映一个国家科技水平的高低，超高清地面传输测试采用标准区域性差异明显，以日本 ISDB-T标准为主，选择正交频分复用技术传输体制、超高阶调制方式，联合双极化天线和多入多出技术加强信号。在实际运行中，把信道划分为若干正交子信道，使得各个高速数据信息变为并行排列的子数据流，在各个子信道实现传输。在此过程中，正交信号借助接收端分隔通信技术，控制各个子信道间的干扰，使得子信道信号宽带远远低于信道宽带，子信道形成平坦性衰落，消除各个信道上的信号干扰，保证信道均衡，提高传输效率。
第三，光纤传输。在实际应用中，光纤传输具有大容量传输优势，有利于高数据率行超高清数字电视信号的传输，在这一方面，日本NHK公司首先对光纤多种传输形式进行试验，研发适用在短距离传输的接口传输设备，以光网络为主，用光放大器取替电放大器，实现260km距离的有效传输。在光纤传输过程中，一端采用注入型激光二极管进行光媒体传播，另一端则采用APD光电二极管进行信号检测，引入亮度调制技术，在既定频率下，将光出现、消失作为二进制标准，无论是注入型激光二极管还是APD光电二极管，都要通过这种方式进行调制，提高光功率与接受能力，进而保证光纤传输效果。
3 超高清数字电视的发展前景
在硬件技术上，4K超高清分辨率将得到逐步普及，更高更精细的分辨率和画面细节效果有利于消费者的视觉感官提升，目前國内外主要电视品牌都在不断加强旗下4K超高清电视的产品阵营，这就像从高清电视向全高清电视的过渡一样，更加精致的画面是产品和用户所不断追求的目标，随着超高清片源的逐渐发展，超高清智能电视也将成为未来的主流产品。在软件研发方向，功能丰富化、集成化，操作“傻瓜化”将成为未来智能电视的主要发展目标。未来的智能电视将不仅是观看节目的产品，更会成为智能家居控制的终端显示系统，这将让智能电视不仅仅像现在一样，能够与远方的家人视频通话，更能监控显示家中冰箱、空调等其他产品的运行状态，甚至能够远程观看孩子、老人或宠物在家中的情况。在未来，观看电视只是智能电视的一个功能，显示各种家中情况，汇集各种移动端信息的“输出、控制终端”才是真正智能化时代的发展方向。
4 结论
通过对超高清数字电视关键技术的研究，阐述超高清视频处理技术、音频处理技术、传输技术，为了推广超高清电视、优化超高清数字电视关键技术，要深入分析当前超高清数字电视关键技术，判断超高清数字电视的发展前景，为相关推广工作和技术研究工作形成理论依据，促进我国家电产业的可持续健康发展。
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