4K电视技术现状与应用研究
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摘 要
在移动互联网快速发展背景下，电视技术完成从模拟到数字再到4K/8K超高清技术的快速转变，通过提供高清画质电视节目以应对新媒体时代的挑战。基于此，本文对4K电视技术在国际国内的发展现状进行分析，结合当前4K电视制播情况对技术参数多维化、内容制播智能化和信号传播先进化趋势进行了探讨，希望能够为4K技术应用提供参考。
关键词
电视技术;模拟信号;4K技术
中图分类号： TN949.1 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.03.062
0 引言
电视技术经历了从模拟到数字的转变，获得了更加广阔的发展空间，相较于早期模拟信号，数字电视技术运用能够完成画质清晰、稳定和色彩还原度高的电视节目制播。随着计算机技术、广电技术的不断进步，我们迎来了一个能为观众提供更优质的视听体验的4K超高清时代。
1 电视技术的发展史
从1925年诞生以来，电视技术发展已经接近100年，期间随着电子通信技术的进步不断升级换代，给社会信息传播带来了革命性变化。从上世纪70年代各地陆续完成无线电视发射台站建设，发展至90年代实现有线电视与无线电视的协同覆盖。在电子通信技术得到广泛应用基础上，电视技术开始取得数字化发展，从2008年高清数字电视首播开始，在全国得到了普及。电视技术完成从模拟到4K的转变仅仅经历了不到20年，从2002年电影行业提出4K概念到2012年国际电信联盟发布超高清电视标准只用了10年，使得4K超高清电视技术取得了快速发展。
2 4K电视技术的发展现状分析
2.1 4K电视发展现状
国际电联ITU颁布了面向新一代超高清UHD视频制作与显示系统的BT.2020标准，重新定义了电视广播与消费电子领域关于超高清视频显示的各项参数指标，促进4K超高清家用显示设备进一步走向规范化，对4K超高清节目制作、编码传输和接口处理等各方面做出了规定。美国、欧洲等国家和地区都在超高清电视标准化研发方面取得了一定成果。而我国尽管在标准化工作方面稍显落后，但近年来不断引进国外相关技术标准，以加强4K技术探索和实践规范。中央电视台从2015年《春节联欢晚会》开始尝试进行4K拍摄与制作，之后除了体育赛事转播中使用4K技术，也还制作了一系列高质量的全4K纪录片。2018年，中央广播电视总台率先开播了超高清电视频道，并提出发展规划要求在2022年完成4K超高清電视技术体系建设。4K技术之所以能够取得如此快的发展，与移动新媒体带来的强大冲击密不可分，而面对移动新媒体带来的巨大竞争压力，4K电视技术成为了提高电视媒体质量的重要手段，是未来电视媒体制播的必然选择。2019年3月1日，工信部、国家广播电视总局、中央广播电视总台印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022）》。该计划指出，按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频发展和相关领域的应用，2020年需要实现电视全面高清化，2022年我国超高清视频产业总体规模超过4万亿元，全国将拥有2亿超高清电视用户，超高清电视产量能够达到3万小时以上。现阶段，4K电视技术已经能够达到3840×2160P分辨率，实现800万级别像素点[1]。
2.2 4K制作技术标准
从4K电视制作流程来看，需要将RAW格式当成是前提，根据格式完成管理方式规划设计，顺利实现高码流素材合成，并完成低码流素材的粗编，提出符合不同类型节目制作需要的方案与流程，促使后期视频剪辑等处理工作效率和质量得到提高，才能完成规范4K制作流程体系的建立。在电视节目录制上，目前北京电视台采用了现场视频高清转播技术对春节联欢晚会和较多节目进行录制，运用4K拍摄技术对最优伽马曲线、色域等进行选取，并完成码率科学记录。在后期编制中运用NOVA工具从云存储中获得文件，将用户组和信息当成是参数，利用云媒资源库接口实现数据访问，在插件中传递元数据信息、关键帧等。将拍摄素材划分为图片、音频、视频，输入标签检索素材文件，建立xml格式为资源添加时间线，能够有序进行素材剪辑[2]。从4K节目制作流程来看，整个过程相对繁琐，未能加强严格控制将导致节目质量受到影响。现阶段，欧洲电信标准化协会、国际电联等组织都陆续开展了超高清电视标准化工作，从节目制作、编码传输、测试等各方面制定关键技术标准，从而加强对4K电视制作关键环节的管控。在这一背景下，国家广电总局也颁布了《高动态范围电视节目制作和交换图像参数值》、《4K超高清电视主观评价用测试图像》等一系列技术规范，保证超高清电视工程建设工作得以稳步、科学开展。
2.3 4K电视制播模式
在电视制播模式上，4K电视节目制播主要衍生出两种模式，一种为伴随HD的制播模式，另一种为原创混合现实模式。在《飞向月球》纪录片制作上，央视提出了原创混合现实4K制播模式，联合采用增强现实、虚拟现实等技术完成可视化环境构造，对节目视觉效果进行精致包装。结合节目故事场景完成拍摄、渲染和后期编辑紧密连接的演播室环境创造后，节目组采用机器人及设备上4K摄像头进行拍摄，加入4K实时渲染灯光效果、音频声效等，并在拍摄后立即用4K合成技术进行处理，保证了每组镜头的视觉效果。伴随HD模式也是由央视提出，在2017年4K春晚录制采用了将6套4K讯道摄像机和基站替换原有的高清设备，在满足高清演播室系统正常转播高清节目的同时兼顾4K画面记录的需求。但采取该模式需要开展大量的后期编辑工作，导致节目生产需要较长周期。发展至2018年，央视通过改造高清转播系统，将节目产量从21小时提高至851小时。2019年，央视春节联欢晚会首次实现4K超高清直播，直播全程采用4K HDR高动态图像和5.1环绕声技术，采用国内自主产权的编码压缩技术，全链路配置多备份的同步信号路由，为观众呈现了一场更高清晰度、更宽色域、更高动态范围和环绕声音频的影院视听体验。 3 4K电视技术的应用趋势探讨
3.1 技术参数多维化
结合4K电视技术应用进展可知，未来该技术将向着参数多维化的方向发展。4K技术的应用，目的在于给观众带来沉浸式音视频体验，促使其在视频清晰度、视觉角度等方面不断取得技术突破，如画面分辨率已经从4K发展至8K，帧频从50p向120p方向发展，以便使节目画面更加流畅。为促使技术参数得到全面提高，4K技术标准也开始向高动态范围发展，以便使画面拥有更加丰富色彩层次和明暗细节，声音则向着三维环绕立体声的方向发展。在4K制播中，沿用基带将一路4K信号当成是四路3G信号，码率仅能保持200Mbps左右。未来伴随着技术进一步发展，超级矩阵背光技术、超高清显示技术等各种技术能够得到应用，促使码率和分辨率等参数能够同时得到优化，以便使画面清晰度、视觉角度等各方面能够给观众带来良好电视体验，继而使4K电视技术市场得到进一步拓展。
3.2 内容制播智能化
超高清电视节目制作花费过多时间和成本，同时制作出的内容符合标准的数量较少，是导致4K电视发展受限的重要原因。在智慧广电建设背景下，需要不断加快内容生产创新，引入人工智能技术转变内容生产方式和电视节目内容形态，促使内容制播向着智能化方向发展。近年来，伴随着智能化4K超高清频道后期编制系统的开发应用，4K超高清内容自动化生产流程逐步得到了完善，能够利用云计算、大数据等技术推动节目内容模板化制作，面向特定观众进行有价值内容生产，确保观众能够接收更多高质量节目内容。在电视基带信号从3Gbps提高至50Gbps期间，电视媒体云资源库得到了建立，确保节目制播传输需求能够得到满足。而伴随着IP传输距离的延长，IP化的融合制播架构得以被提出，在优化宽带的同时，提高节目内容生产效率，实现制播成本压缩。
3.3 信号传输先进化
面临超高清电视技术带来的海量视频数据，电视节目信号传输势必需要取得先进化发展。在电视分辨率、帧频等得到提高的同时，节目压缩编码技术将得到改进，在H.265标准基础上提出更先进编码技术，通过提高编码效率保证节目能够高效传输。而在网络建设上，为满足超高清电视业务开展需求，IPTV、卫星、有线、无线等各种技术将实现融合发展，不断推动技术演进。面对这一趋势，有线电视需要完成网络双向改造，推进光纤化、IP化，多载波聚合、信道捆绑等信道传输技术也将得到进一步研究[3]。而在移动交互广播电视技术体系建立的过程中，5G技术将得到推广应用，能够促使电视信号传播网络得到升级改造，与超高清视频业务开展相匹配，确保信号得到高效传输，继而给观众带来极致速度体验。
4 结论
综上所述，在模拟电视市场份额逐步被数字化媒体取代的过程中，电视节目制播还应重视4K技术的应用，以便通过提供高质量的视频和音频满足互联网时代群众对广播电视节目的要求。在实践工作中，还应顺应4K电视技术发展趋势，在技术参数、内容制播、信号传输等各方面不断改进，以便推动电视制播產业的良性发展。同时要把握5G技术发展，搭乘5G时代带来的高带宽、低延时、移动性和时效性的特点，使得在节目创作不再受时间和地点的束缚。中国正在成为全球4K和5G两项热点前沿技术最大的应用市场，4K与5G技术的融合，将极大促进媒体行业创新节目形态、丰富分发手段和优化用户体验。
参考文献
[1]周文.探究4K技术在电视中的应用[J].西部广播电视，2019（10）：206+208.
[2]李剑锋.4K电视技术发展及应用研究[J].科技传播，2019，11（07）：77-78+147.
[3]姜文波.电视媒体5G+4K+AI应用实践[J].现代电视技术，2019（06）：22-32.
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