高清电视技术

高清电视技术（精选十篇）

高清电视技术 篇1

高清电视H D T V是H i g h Definition Television的简称, 意思是高清晰度电视, 它是一种数字电视技术。数字电视技术是指从演播室到发射、传输、接收过程中的所有环节都是使用数字电视信号, 或对该系统所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的。也就是说HDTV从电视节目的采集、制作到电视节目的传输, 以及到用户终端的接收全部实现数字化。

高清电视与传统模拟电视和标清电视相比更强调画面、声音的清晰度, 其扫描线在1080行, 每行1920像素, 宽高比16:9, 与4:3宽高比的标清电视相比, 画面的震撼力更强, 更加符合人们的视觉特性, 图像质量更高。它的音频效果也很好, 通过和家庭影院搭配使用, 输出杜比5.1的环绕立体声, 可以实现良好的视听效果。由于它采用全数字化的信号处理模式, 图像在传输过程中, 不会出现任何低质量问题, 因此用户在家里也可享受与演播室一样的清晰画面质量。

高清电视最早是由美国联邦通讯委员会FCC提出, 在已有的地面电视广播频道规划下, 通过使用空闲频道或原来的禁用频道与现行的模拟信号实现同播, 以后将通过同播作过渡, 逐渐取代模拟电视。这一计划对于频率资源再利用和现有电视向HDTV过渡都具有很重要的意义。

高清地面传输中的干扰抑制

地面无线传输作为电视广播传输的传统手段, 由于其独具的简单接收和移动接收的能力, 能够满足现代信息化社会所要求的信息到人的基本需求。通过电视台的制高点天线, 对外发射无线电视, 对所有电视用户进行覆盖, 用户可以利用接收天线及电视机随时观看电视节目, 这是支持地面传输的基本传输形式。过去, 在模拟电视传输网络状态下, 难以解决噪声污染、多径干扰等问题, 因此人们只能将天线放在室外, 因此楼群中大面积发展公用天线。HDTV地面广播在未来数十年中将成为新的需求增长点, 具备极大的商业价值, 但与卫星广播和有线电视相比, 它也有信道质量恶劣、干扰严重、频道资源紧张等问题。所以HDTV地面广播在传输系统中也要对干扰采取抑制措施。

在HDTV地面广播的传输中主要有噪声干扰、多径干扰和同频干扰3种干扰形式。

(1) 噪声干扰

数字电视地面广播中的噪声干扰主要有两类, 一类为高斯白噪声, 另一类为冲激噪声, 这两类噪声干扰都属于加性干扰, 会叠加在电视信号上。噪声干扰在模拟电视中造成雪花, 但在数字电视中会造成图像的大面积失真, 甚至无法收看。

(2) 多径干扰

多径干扰又叫回波干扰, 在地面广播中最为普遍, 地面广播中发射信号的电磁波遇到山脉、树木及楼房等障碍物时产生十几秒的回波, 反射信号进入接收机中就会造成回波干扰。回波干扰在模拟电视中造成的就是重影, 而在数字电视中造成的是数字通信中的符号间干扰。

(3) 同频干扰

为了提高地面广播的频谱资源利用率, 将数字电视放在禁用频道上广播, 而禁用频道在本地的模拟电视不用, 只是在相邻服务区的模拟电视中使用, 这样, 在本地的禁用频道中播放了数字电视, 这种方式叫“同播”。由于同播的要求, 相邻服务区同一频道的模拟电视节目有可能进入数字电视接收机, 产生同频干扰, 这种干扰仍然属于加性干扰。

应对HDTV地面传输中的这些干扰有以下的抑制方法:

(1) 噪声干扰的抑制

为了消除噪声干扰, 在数字电视地面广播的传输系统中要加入强有力的纠错措施。传输系统中的纠错编码由两种纠错码级联构成, 一般将具有强大的纠正连续误码能力的RS码 (Reed-solomon码) 作为外码, 内码一般选用卷积码, 因为在相同的编码效率的前提下, 卷积码具有比分组码更优良的性能。目前这一技术已被广泛地应用于数字电视系统中, 系统中的内码和调制是综合进行的。而冲激噪声的抑制需要将交织与纠错编码一起进行。

(2) 多径干扰的消除

目前, 克服多径干扰的方法在技术上可以分为两类:时域均衡技术和正交频分复用调制技术 (OFDM) 。

均衡技术是一项传统技术, 被广泛应用于数字通信系统中, 美国的ATSC地面系统 (ATSC 8-VSB) 采用均衡技术来消除回波, 它的特点是技术成熟。但均衡技术只适用于消除时延较短的回波, 对时延较长的回波效果差, 而且对回波时延的变化很敏感, 此外它的结构也很复杂。

(3) 同频干扰的抑制

数字视频广播系统的信号发射功率低于普通电视信号的发射功率, 所以数字视频广播对相邻服务区普通电视的干扰几乎为零, 但当数字电视信号与同频道的普通电视同播时, 普通电视可能对数字电视产生干扰。美国和欧洲解决同频干扰的方法不同, 在美国的系统中, 使用一个NTSC同频干扰滤波器, 比较好地消除了同频干扰, 但收发两端需使用12对编解码器, 系统的结构复杂。欧洲DVB系统采用的是OFDM方式, 考虑到普通电视的能量集中在视频载波、色副载波以及伴音载波附近, 可以直接在频谱上开槽来消除同频干扰, 这种方法实现起来简单, 无需另外增加设备, 但在频谱利用率上有少许降低。

高清地面传输原理

从上述对地面传输的分析来看, HDTV的地面广播不仅要有高效的图像压缩编码技术, 保证能在6/8MHz带宽内传送, 更要有一整套信道编码措施, 如R-S纠错编码, 扰码、交织、格形编码及调制技术来保护。

HDTV地面广播的基本要求是在单个频道 (6/8MHz) 内传输经压缩的图像和伴音信息。图1是全数字式HDTV发送端原理框图。

下面对这几个过程逐一分析:

信源编码中的图像信号:活动图像专家组 (MPEG) 建议的具有运动补偿的帧间预测/离散余弦变换, 压缩比在20-60之间。

信源编码中的伴音信号:可采用杜比AC-3的算法, 5.1声道 (五个声道加一个重低音声道的环绕声) 编码。

扰码器的作用是避免信息比特流长时间为0或1, 以免影响有关的同步信息提取。由于电视频道带宽限制和HDTV高信息速率要求, 需采用多电平传输。

RS编码 (Reed-solomon码) 是行之有效的多符号纠突发错误的编码方法, 是一种改善抗干扰性能的外信道编码。在同样编码冗余度下, RS码具有最强的纠错能力。RS码在通信领域已被广泛地应用。当前国际上所提出的各种数字HDTV地面传输方案无不采用RS码。以RS码作为外码, 多电平格状编码作为内码的级联码, 加上完全的数据交织, 为数字HDTV传输提供强有力的前向纠错能力。

交织编码器用来进一步减少信道中的突发干扰影响, 因它可使突发干扰变成随机干扰。纠错编码在实际应用中往往要结合数据交织技术。这是因为许多信道中差错是突发的, 也就是说发生错误时, 往往是有很强的相关性, 甚至是连续一片数据都出了错。这时由于错误集中在一起, 常常超出了纠错码的纠错能力。所以在发送端加上数据交织器, 在接收端加上解交织器, 使得信道的突发差错分散开来, 把突发差错信道改造成独立随机差错信道。

内信道编码和调制结合在一起优化成格状编码, 其结果在不改变波形速率, 也就是不改变带宽的条件下, 通过扩展了使用的信号电平数, 也就是扩展了采用的信号数目, 使得按波形的符号错误概率的性能得到了改善。但同时也使设备相应变得复杂了。利用格形编码, 可使系统在几乎不增加带宽下, 获得相当的编码增益 (3-5d B) , 从而改善系统抗噪声能力或降低解调门限。

同步信号加入是为了保证信息传输的同步要求, 而测试信号则是为了利用它在接收端来估计信道特性。

由于广播信道受环境条件影响大, 导频信号的插入可保证在强干扰下系统能维持正常工作。

最后, 经调制将信号送至射频发射。其中, 调制的基本要求是, 调制后的信号满足电视频道 (6/8MHz) 带宽的要求。

图2是相应的接收机原理框图。

图2中, 通过中频 (IF) 滤波器可获得导频信号。为此, 利用频率和相位锁定环路获得本地相干载波, 实现相干解调。

抑制滤波器的作用是尽量减少同频道的现存模拟制电视信号的影响。其基本原理是利用梳状滤波器的特性把能量主要集中在三个载波 (图像、彩色副载波、伴音) 的模拟信号加以抑制。为避免该滤波器对HDTV信号影响, 在发射端应作相应的预编码。

均衡器用来补偿信道的线性畸变。基本原理是:通过检测测试信号, 获得有关信道的状态信息, 从而对接收的数据信息进行线性补偿。时域均衡是在匹配滤波器后插入一个带抽头的延时线组成的横向滤波器, 抽头间隔等于符号周期, 各抽头的延时信号经加权后送到加法器输出, 再经抽样送往判决电路, 各个抽头的加权系数是自适应调整的, 这样就可以消除符号间干扰。

其它的处理, 均为发送端的逆过程。

高清地面调制技术

高清电视在VHF (甚高频) /UHF (超高频) 波段进行地面传输中都采取全数字技术, 其基带信号调制主要有两类方式, 一类可称为单载波方式, 即正交幅度调制 (QAM) 和残留边带调制 (VSB) 方式, 另一类可称为多载波方式, 即OFDM (正交频分复用) 调制方式。目前, 我国高清地面电视33频道和14频道都使用16QAM调制方式, 标清地面电视32频道使用OFDM多载波调制方式。就以上所提到的HDTV地面传输的一些要求, 对这两类调制方式进行讨论。

单载波调制方式

首先来看单载波调制方式, 即QAM和VSB调制方式。采用双边带调制时, 数字HDTV信号要能在6/8MHz信道传输, 必须采用4bit/s/Hz的调制方法。如果使用简单的幅度波形, 则要用16电平幅度调制, 但这种信号的抗干扰性能很差。可以把数据流中每4bit的数字分成两个2bit数字, 分别构成4电平波形, 再调制到载波的两个互相正交的分量上。由于载波的两个分量相互正交, 在接收端对合成信号可以采用同步解调恢复出两路4电平波形并且不会引起互相干扰。通常载波的两个正交分量分别称为同相分量I和正交分量Q。这种方法称为正交幅度调制 (QAM) 。

QAM传输方式属串行传输方式, 为对付信道中的多径效应, 接收端必须加入自适应均衡器, 以抵消码间串扰。

由于残留边带调制的信号带宽接近单边带调制信号的带宽 (即基带信号带宽) , 故用8电平VSB调制, 即可满足17-20Mbit/s的信息流在6/8MHz信道带宽中传输。

正交频分复用技术 (OFDM)

相应于单载波调制, 还有一种多载波调制方式 (MCM, 也称为正交频分复用OFDM调制) 。在单载波调制中, 每一个符号都是对一个载波进行调制。压缩后的符号占满整个频带。而在多载波调制中, 是把频带分为若干个子频带, 使用并行数据对多个载波同时进行调制, 数据对各并行载波的调制可以采用PSK、QAM等多种方式。考虑到频谱利用率, 一般采用QAM进行调制。使用QAM调制的子频带即使频谱交叠, 但仍可以进行正交解调, 并无载波间的干扰。

OFDM信号的一个好处就是实现时可以采用IFFT (快速傅里叶逆变换) 和FFT (快速傅里叶变换) 作调制器和作解调器, 这可以大大降低系统的复杂性。

实际上, 多载波调制可以认为是一种频域技术, 而单载波调制则是一种时域电子技术, 因此, 存在一种时域和频域的对称性。多载波调制抗时域冲击干扰能力较强, 因为这一干扰会在FFT中被抹平。但由于多载波调制中各并行载波的功率都很小, 因此易于受频域冲击干扰的影响, 单频干扰会严重损伤载波。而单载波调制抗频域冲击干扰能力较强, 只要单频干扰信号低于载波功率一定水平即可, 但单载波调制较易于受时域冲击干扰的影响。

调制技术是HDTV传输的关键技术之一, 尽管HDTV地面广播环境最复杂, 条件最恶劣, 但研究全数字式的HDTV地面广播传输体制仍是现阶段的热点。特别是利用OFDM技术利于组成单频网, 前景诱人。

结束语

2009年, 总局先后下发《关于促进高清电视发展的通知》和《关于促进高清电视发展的补充通知》, 明确了高清电视发展的原则、措施和要求, 批准中央电视台新闻综合频道和北京等8个卫视频道高、标清同播。2009年9月, 同播的9个高清电视的发展方向高清频道一同开播, 同时进入有线电视网络传输, 培养了高清电视市场, 促进了高清电视节目和影视剧制作, 带动了高清电视设备的研发和生产, 为高清电视发展奠定了良好基础。

高清电视技术 篇2

一、分析超高清数字电视的关键技术

（一）超高清视频处理技术

以4︰4︰4为参照样本，在4K模式下，超高清数字电视信号的起初数据比率在16Gb/s左右；而在8K模式下，起初数据为24Gb/s；以4︰2︰2为参照样本，超高清数字电视信号的4K的数据率为16Gb/s；在8K模式下，起初数据为16Gb/s。假如在以上数据量下进行传输工作，那么现有的压缩编码是不能有效展开的，必须要经过全新的方法开展。为此，于，有些有关视频编码专家和活动图像专家成立了一个联合小组，将研发一个与超高清数字电视的压缩编码向符合的目标实现，将其作为“高校视频编码”的第三代标准。相比H.264高档次，该标准的详细要求就是在其之下，为了使其复杂程度的一致性得到保障，必须保证主管图像质量相同，以此为基础进行开展，将码率降低50%。该组专家人员指出，假如在复杂的基础上适当提升，可确保码率降低50%，这就说明，4K模式下，30帧每秒的超高清视频能够经过H.264标准的使用，将其在40Mb/s之内压缩，假如依照HEVC标准，可将其压缩至20Mb/s之内。

（二）超高清电视音频处理技术

在超高清电视中，音频处理技术占据22个声道，其中顶层就有9个，中间位置有10个；而在电视屏幕的下方就存在3个；还存在上中下三个立体环绕声场，将这22个声道有效地进行布置，有效地将一个空间立体声系统构建出来。在以上基础上，在3层声场以下，增加2个低音声道，则可构建一个22.2系统。其相比现阶段使用的7.1声道，拥有三维立体化的优点，能够给使用者更加真实的感官冲击感。在22.2声道的中期，其音频的数据率相比十分高。将每个声道以48kb/s、24bit/s作为参考样本，其音频数据率为28Mb/s，虽然经过音频压缩过后，但也在2.8Mb/s以上。在实际应用过程中，站在专家的角度上讲，22.2声道播音系统，其整个声场的布置不单单是普通适用的。基于此，专家组人员对环绕声标准进行有效制订，将后向兼容因素有机联合，也就是对单声道系统和现有的立体声进行有效更新和兼容。在进行编码时，经过下混处理声道空间和声源强度的.关系，将由于声道音频本身的数据率传送减少，采用了提高少量的音源空间有关数据和信息，将新阶段的音频播放成效整体提高。

（三）超高清电视传输技术

（1）卫星传输技术。在具体操作过程中，卫星传输设备具有较高的覆盖率和高效率，大部分运营商均会经过这种方式将各种超高清信号传输出来，其中有些卫星运营商基本上都完成了测试。比如，在和传播、直播的4K格式比赛，就是运用了日本的SKYPerfectJSAT。国内的航天数字传媒也将有关卫星传输的基础4K方案发布出来，该方案能够将64Mb/s的传输速率稳定的推送出有关4K视频内容。而且在其他有些国家也进行有关测试。

（2）地面传输技术。超高清在地面传输测试上，其应用标准存在显著的地域差异性，在美国、欧洲和日本这三个地方就存在三种标准。其中，日本的地面电视广播网络的应用主要是采取ISDB-T标准。于，日本公司就将8K的超高清电视有关传输实验完成，并在ISDB-T标准下，测试了4K超高清有关内容。在欧洲主要应用DVB-T地面电视传输标准，在20法国、捷克、英国在这种标准下，也测试了4K超高清有关内容。于年美国的Technicolor公司，经过ATSC3.0规范，测试了无线传输的4K超高清电视的功能。

（3）光纤传输技术。大容量作为光纤传输过程中的一个最大特征传输技术，其特征针对高数据率的超高清电视信号的进步和发展，具有明显的优势。日本公司就是经过光线，将不同形式的超高清电视传输实验有效实施和开展，同时将短距离的传输设备进行开放。

（4）新兴的传输渠道。在传统的传输通道和广播电视基础上，有些企业也不断开拓了其他有关超高清传输渠道。第一，在互联网的基础上进行超高清电视的传输测试不断发展开来，于20，日本的某家公司经过IPTVIPv6网络，在菲律宾和新加坡进行了4K超高清电视节目的传输，确保每个接收点的视频码率均在120Mb/s以上。我国在年4月，经过IPTV网络宽带播出了4K节目，将一个百兆的传输速率转变为60in的测试环境构建。与此同时，在互联网形势下，将4k串流技术不断应用和发展到不同国家的小范围区域当中。比如，美国的ElementalTechnologies集团和YouTub1e集团就经过HEVC编码技术和VP9编码技术，不断进行了4K串流技术实验。另外，于2014年，波兰公共广播机构TVP也开展的在HbbTV传输基础上的4K信号，其主要范围就是在欧洲区域内，将混合广播以另一种超高清传输渠道创建出来。

（四）超高清电视显示技术

只有拥有超高清信号处理、超高清信号接收和超高清面板等基本要素才能实现超高清的超高清显示。驱动接口作为显示屏的一个关键性技术，其刷新率和传输速率对显示成效直接影响。现阶段，经常使用的驱动接口只有V-by-One接口和传统的LVDS接口两种。另外一个重要的显示器件就是芯片，主要完成图像变换、图像解码、图像显示等功能。现在的4K芯片已经比较成熟，可实现超高清电视的超高清显示。

二、4K超高清频道的发展趋势

目前，国内的超高清传输测试已经获得了明显的成效，超高清不断推广开来，有些国家也建立了4K超高清节目频道。在2014年，韩国是第一个上线有线电视频道U-max超高清模式的，其能够将上百种高强节目呈现出来，含动画、各种纪录片、体育赛事等。此时美国的DirecTV运营商，也开始试验4K卫星DirecTV-14，播放4K格式的纪录片和电影。而在，日本的SKYPerfectJSAT公司也构建了4K超高清试验频道，可现场直播各种电影、体育赛事等内容。在2014年，我国也开展了4K超高清有线电视频道试播，主要播放了各种超高清风光片和纪录片等。

三、结束语

综上而言，在新形势的发展趋势下，我国针对高清试验频道尤为注重，可以这样讲，超高清电视已经在国内取得了明显的成果。在超高清电视技术的设计和研究过程中，各项关键性技术的使用均和电视的成功研究有着直接性关系。各种超高清频道虽然已经成熟，但是要想大范围的应用超高清电视，就需要进一步努力。相信在一段时间后，超高清的各项技术和有关规范得到优化和完善，可以推动超高清数字电视良好、稳定的发展。

参考文献：

[1]秦雷,朱秀昌,刘峰,等.超高清数字电视新进展和展望[J].电视技术,2014,38(4):56-59.

[2]李金凤.浅谈数字电视节目制作技术与发展[J].电子制作,(10x):33-34.

[3]苏永坤.高清数字电视信号的数据传输技术浅析[J].电子世界,(12):118.

[4]李东山.超高清数字电视关键技术及其发展趋势探讨[J].数字通信世界,2016(2):48-52.

高清电视技术 篇3

然在美、日、澳等国高清电视的陆续推出，并成功带动包括电视服务、接收终端产品（电视机、机顶盒）等整体产业发展后，欧盟各国政府则已开始正视高清电视服务推动下的产业发展效益。

欧盟西部各国由于数字地面广播电视策划甚早，相关频谱与影音压缩标准早已规划与制订，因此成为推动地面高清数字电视服务时的障碍，其中以英、德、意等国影响最大。英国地面数字电视Freeview深受公众欢迎，为继续扩大普及率，BBC、ITV、Channel 4 and Five等电视台自2006年底起，开始游说英国政府，希望能重新进行频谱安排，以利高清电视服务的推出。

而德、意等国亦同样受到频谱影响，除分别于2006年冬季奥运会与世界杯足球赛期间进行过试播外，高清电视服务必须于模拟频道回收后，方能分区开播。

相对于英、德、意等国，法国、挪威等数字地面广播电视较晚推出的国家，由于规划标准与频谱分配时即纳入高清部分，因此高清电视服务推出相对较为顺利。法国媒体主管机关CSA（onseil Superieur deL' Audiovisuel)于2006年下半陆续发放11张收费频道许可执照，规定必须采用高清信号播出，压缩信号则采H.264标准，CSA并于2007年初草拟新媒体法案，将高清服务提供纳为地面广播网络业（Terrestrial Network Provider）的义务之一，并制订未来电波频谱再行分配时高清电视服务的保障比例，此外更计划制订高清电视机(HD-Ready TV set)中必须内置数字调谐器（Tuner）的硬性规定。

挪威电视NTV（Norges Television）则在2006年秋季开播新兴数字电视服务时，即规划高清服务的提供，通过DTT/IPTV Hybird的STB，提供用户HDTV VOD服务。而瑞典TV4，在2006年底获得新频谱后，也于2007年1月起推出HDTV VOD服务。

欧盟东部各国由于自2006年才陆续推出地面数字电视服务，目前尚处于基础网络建设以及公众推广教育阶段，因此仍未规划高清与付费的相关服务。然鉴于高清影音趋势发展，包括波兰、捷克、立陶宛、爱沙尼亚等国在进行数字地面电视频谱规划与压缩标准制订时，皆已纳入未来高清电视的考虑。

与地面数字高清电视的一派蒸蒸日上相比，卫星电视在欧盟西部的英国、法国、西班牙、瑞典、芬兰等国用户增长已趋向饱和，德国、荷兰、比利时等传统有线电视大国推广不易，加上各国地面数字电视与IPTV等新兴电视推出因素影响下，严重影响卫星电视的推广。卫星电视行业为增加营收，只能纷纷策划推出各种时兴服务，希望能够提高现有的用户收费标准。

近年来欧洲卫星电视陆续推出DVR（Digital Video Recorder）服务，除弥补其互动能力的不足外，并成功的提高了用户的ARPU（Average Revenue Per User，以下简称ARPU），而在有线电视、IPTV等其他服务业陆续推出相同服务竞争下，目前卫星电视则陆续规划新兴HDTV服务。

HDTV服务的提供需更新现有设备与网络，对于卫星电视而言，则需通过更换始端设备与发射新卫星即可提供全面HDTV服务，而有线电视与IPTV因受限于必须逐步更新实体网络，较卫星电视推出缓慢。在这先天优势的推动下，目前包括B Sky B、Premier、Canalsat、Canal Digital、Sky Italia、Digital+、Viasat等均已开始提供HDTV服务，其中又以B Sky B（以下简称Sky）的HDTV服务推出最为积极与成功。

据统计英国2006年即销售了270万台的HD Ready TV Set（即具备270万户HDTV服务接收的基础），因此当地HDTV服务市场极具潜力。而Sky于2006年5月推出HDTV服务以来，在独家英超足球赛转播、温布尔敦网球公开赛、四年一度的世界杯足球赛加持以及与SONY、Pace合作推出与宣传Service +TV Set + STB的一步到位方案下（Package），HDTV用户累计已达20余万。

为吸引更多用户，Sky还将继续增加颇受欢迎的体育与电影等类型HD频道内容。而为增加服务附加值，并为后续其他应用服务预作准备，Sky HD服务推出即时捆绑DVR、宽带联网功能与USB、SATA等界面，除提供用户便利的预录观赏，并通过硬盘来提供Push-VOD服务外，也预留未来提供其他互动服务以及进行影音内容与其他储存、播放设备的互通能力。

同样近两年来随着数字电视推广在欧盟由西向东延伸，带动了东部各国的付费电视发展与提升，除有线电视纷纷更新骨干网络以提供更多频道与整合性服务外，当地现有免费（Free）卫星电视亦陆续通过数字化过程来提供收费服务。此外在各国政府政策开始松绑下，新兴收费数字卫星电视也陆续在东部落地。

目前包括波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克与土耳其等邻近西部、对前西欧与美国好莱坞影片接受度较高以及电视用户众多的地区为主要发展目标，包括Cyfra+、Cyfrowy Polsat、ITI Neovision（以上为波兰）、Digiturk（土耳其）、Max TV、Boom TV（以上为罗马尼亚）以及Digi TV（罗马尼亚、匈牙利、塞尔维亚、捷克、斯洛伐克、克罗地亚）、UPC Direct（匈牙利、捷克、斯洛伐克）与EchoStar等。

为吸引用户付费，并与有线电视进行竞争，东欧收费卫星电视除持续推出更多频道与节目外，也抢先有线电视推出HDTV服务，其中以波兰与土耳其等国最积极。

在波兰，由商业电视台TVN所成立的新兴卫星电视———ITI Neovision，与卫星设备制造商ADB合作推出HDTV服务，提供旗下当红的体育、电影与Diccovery等HD频道。而另一大收费卫星电视Cyfra+也于2006年底挟其母公司Canal+的HD 频道优势率先推出HDTV服务，此外并于2007起与波兰电信（TPSA，Telekomunikacja Polska）合作推出HDTV VOD的服务。而第二大的Cyfrowy Polsat则自2006年Q2起开始进行HDTV的测试，并于2007年8月推出HDTV相关服务。

超高清电视技术的图像格式 篇4

随着高清电视 (HDTV, High-Defi nition TV) 在全球的普及, 研究和发展超高清电视 (UHDTV, Ultra-High-Defi nition TV) 技术成为了电视技术工作者的新课题。日本的NHK在1995年就开始了超高清电视技术的研究, 并且其定义的超高清格式被国际电信联盟 (ITU) 所认可, 成为新的国际标准。超高清电视技术通过具有4000扫描线的超高分辨率和22.2声道的多声道音频系统, 能够给现场观众带来超过高清电视带来的更加强烈的现实感和临场感, 具有沉浸式的超感官视听体验。

从技术角度看, 电视系统的发展经历了黑白电视、彩色电视和数字电视三个历史阶段, 第四代电视技术——高清晰度电视也已经在全球范围内蓬勃发展, 因此也有人把超高清电视看作第五代电视技术。国际电信联盟发布的“超高清UHD”标准建议, 超高清电视分两个阶段, 第一个阶段的超高清电视的分辨率为3840×2160 (4K×2K) , 也称为4K, 约800万像素;随后将采用更高的分辨率, 即7680×4320 (8K×4K) , 也称为8K, 达到3300万像素, 分辨率为现有全高清电视的16倍。另外, UHDTV系统的基色坐标、标准白、光电转换方程、亮度/色差分量方程等色度学指标也都与ITU-RBT.709、SMPTE RP177等现有标准兼容。

超高清电视技术于2002年进行了第一次公开展示, 在2005年的爱知世博会上进行了半年的演示, 2008年通过卫星和IP网络进行了信号的传输试验。在2012年的伦敦奥运会上, 奥林匹克转播服务公司OBS联合英国主转播商BBC公司和日本NHK电视台, 启用了分辨率为7680×4320以及多达22.2声道的超高清电视技术, 使用世界上仅有的3台超高清摄像机拍摄了开、闭幕式以及田径等项目的部分比赛, 并以超高清的形式转播了奥运会的部分赛事, 伦敦奥运会也成为首届以超高清拍摄的奥运会。

2超高清的优势

现有超高清图像8K的分辨率达到7680×4320, 帧频达到逐行扫描120帧/秒, 超高清图像的水平分解力、垂直分解力以及时间矢量都是现有高清电视的整数倍, 这也是为了兼容现有的高清电视格式, 所以说超高清电视技术也是以高清电视技术为基础而设计的。

根据人类视觉系统 (HVS, Human Visual System) 具有超过180°的水平视角, 而现有的标清电视所能提供的视角 (FOV, Field Of View) 仅为13°, 高清电视为30°。根据ITU-R BT.1845提供的屏幕尺寸和最佳观看距离之间的关系, 在相当大范围的图像对比度和平均亮度值内, 人类视觉在垂直和水平方向上的最小角分辨率为1角分 (arc-min) , 与人眼能够辨别1角分的角所对的内容相符, 从而在人眼所处位置数字源图像像素间距与1角分的角对应的视距为数字图像的最佳视距。最佳视距和水平视角的关系如下:

d为最佳视距, θ为最佳水平视角。

由此可以计算出高清电视和超高清电视的最佳视距和最佳水平视角, 如表1所示。

所以, 在屏幕为500英寸的剧场, 最佳观看距离为3m;在家里通过145英寸的电视观看超高清节目时, 距离屏幕大概为1.5m时才能达到100°的水平视角, 具有更强烈的视觉体验, 如图1所示。

大屏幕给观众带来强烈的临场感和现实感, 音响系统的好坏直接影响到超高清对现场音频的还原情况。高清电视的5.1环绕声主要是用来营造两维平面的声场, 与超高清相适应的22.2声道的音频系统提供了3维立体声场来增强观众的视听感受。22.2声道音频系统包括顶层9个声道, 中间层10个声道, 底层3个声道以及下层两个低音共同构成完整的22.2声道系统, 如图2所示。22.2声道最为突出的是将声场完全三维化, 声音更真实、更具现场感。

注:H为图像高度

3超高清的图像格式

在超高清技术发展的过程中, 首先所面临的主要问题是确定超高清的视音频技术参数以及超高清从拍摄直到显示的解决方案, 包括编辑、播出、存储、压缩、传输等。对超高清来说还要具有兼容性和互通性, 具体来说就是要满足以下基本的要求:

1.图像质量要远超过高清电视;

2.和现有高清电视的兼容性、互通性以及通用性;

3.将来技术的可行性。

因此, 一些研究机构开展了对人类视觉系统和心理感知的研究, 希望能够找到适合人类观看体验的最佳技术参数, 包括空间分辨率、时间分辨率以及色彩还原等, 达到观众对超高清的观感期望, 超高清图像格式具体参数如表2所示。

1.空间特性

对超高清的空间特性的研究主要从人类视觉系统和心理感知两方面来进行。像素数量的大小是超高清图像格式首先要解决的问题, 因为像素数量的多少和图像质量有直接的关系。系统的像素数量或者叫空间分辨率的计算是通过显示设备的视角乘以角分辨率 (每一个角度对应的像素数量) , 所以在不降低图像质量的情况下提高系统的真实感是超高清设计所面临的主要问题, 而增强真实感一个非常有效的方法就是增加视角和显示设备的尺寸, 所以超高清的空间分辨率要综合考虑这两个方面。

因此, 超高清的临场感和真实感是进行主观评价的主要的技术指标, 下面就从这两个方面分别进行详细分析。

1) 临场感

临场感的评估测试是通过把200个测试对象分成5组, 每一组通过不同的视角观看使用摄像机拍摄的4张具有不同视角和不同内容的图片, 然后进行临场感的评估, 没有任何临场感为0分, 临场感非常的强烈为7分, 结果如图3所示。

由图3可以看出临场感随着水平视角的增加而增强, 在80°到100°之间达到了饱和。另外, 由图3可以看出当视角为77°时临场感最强, 但是这个数值针对不同的统计方法是没有意义的, 所以使用拍摄角度为100°的图片进行了相同的评估发现, 超高清的视角应该在80°到100°之间, 相应的观看距离为屏幕高度的0.75倍~1倍之间。

2) 真实感

真实感的评估采用观看六个不同的角分辨率的图片, 然后和实际物体进行对比, 参与测试的测试对象的选出最接近实物的一个图片。评估结果如图4所示。结果表明, 空间分辨率决定了是否能够和实际物体区分出来, 角坐标分辨率越高, 临场感越强。

3) 视角

视角测试是用来测试人类视觉系统的视角极限, 通过增加视角来增强临场感。通过让测试对象观看不同视角的图片, 来测试测试对象的身体摆动的幅度, 从而得出超高清图像的最佳观看视角, 测试结果如图5所示。从图5可以看出身体的摆动幅度和视角成反比, 随着视角的增大, 身体的摆动幅度随之减少, 直到视角为80°左右达到了饱和。

以上的实验结果可以归纳为:临场感在80°~100°之前随着视角的增加而增强;真实感的提升在80°~100°之前随着视角增加而增加;角度分辨率的提升取决于传统的最佳观看距离, 另外还可以提高图像质量, 如图6所示。临场感和视角有直接的关系, 真实感不仅和视角有关系还和分辨率有直接关系。

由上面的研究结果可以得出超高清电视应该具有的水平像素达到8000左右, 结合目前的高清电视系统建议:图像的宽高比为16:9;像素数最好是整数;最后得出超高清电视的像素为7680×4320。

2.时间特性

运动物体的特性通过视觉的运动模糊、频闪效应、闪烁来描述, 这些因素都和视频的时间特性有关系, 包括曝光时间和帧频。运动物体的速度也对运动物体有影响。

1) 运动模糊

运动模糊是景物在图像中的移动效果, 它比较明显地出现在长时间曝光或场景内的物体快速移动的情况下。

通过试验可以来找出运动模糊和曝光时间之间的关系, 图4给出了曝光时间和物体运动速度之间的关系, 通过拍摄静物和运动物体来找出曝光时间和运动物体之间的共同点。我们设物体的运动速率为30°/s, 曝光时间的范围设为1/200s~1/300s之间, 可以得出图7的结论, 运动速度越快, 曝光时间越短。

同样也可以通过提高帧频和快门来降低曝光的时间, 但是这些都是以图像质量为代价的。

2) 频闪效应

图像质量的主观评价采用曝光时间均为1/240s, 帧频为60f/s、80f/s、120f/s, 来确定当帧频为多大时, 所得到的运动模糊的图像为我们所接受的, 如图8所示, 当帧频大于100Hz时所得到的图像质量我们都可以接受。

3) 闪烁

闪烁是经常遇到的一个问题, 通过宽屏幕观看超高清电视会增加闪烁的可能性, 而根据人类视觉特性, 人类对周围的视觉闪烁更敏感。在理论上我们可以用临界融合频率 (CFFs, Critical Fusion Frequencies) 来表示闪烁, 根据人类的感知特性, 临界融合频率随着视角的增加而增加。在视角为30°时, 更适合欣赏高清电视的临界融合频率不小于65Hz, 但在观看视角为100°的超高清电视时, 临界融合频率需要超过80Hz, 也就是说超高清电视需要比高清电视更高的频率, 如图9所示。

当帧频达到120Hz时可以完全消除闪烁, 在没有闪烁的情况下, 由于停留时间导致的运动模糊进一步的减少。

综上所述, 只有当超高清图像的帧频达到120f/s以上时, 可以很大程度上改善低频模式常出现的运动镜头跳停现象以及运动镜头时出现的模糊现象, 能够完全消除高亮度和宽视角情况下的临界闪烁现象;高帧频也带来了更好的图像质量。

3.色彩特性

除了空间特性和时间特性外, 超高清电视对色彩能否正确呈现也作了深入的研究。根据ITU-R Rec.BT.709, 实际物体的饱和度要比高清电视重现物体的色彩饱和度要高;而现有的消费类平板显示器的已经具备超过现有高清电视图像的色彩宽容度。因此, 为了满足临场感和真实感的需求, 超高清电视的色彩饱和度的宽容度应该能够满足重现自然界的所有色彩。

为了达到这个目的, 需要重新考虑基于用户需求并且能够利用现有新技术的色度学原理, 需要满足以下三个方面的要求:

1) 宽色域, 能够覆盖现有的电视相关系统的色域, 并且最接近实物的颜色。

2) 宽色域的色彩编码效率应该可以比得上现有的电视系统。

3) 电视技术宽色域的基色单元物理上能够接受, 显示技术上能够接受整个色域的显示, 而且能够进行图像质量的管理。

根据要求对比具有相当宽的色彩饱和度的方法, 最终采用RGB三基色来表示色彩饱和度。UHDTV系统色域采用了基于CIE1931XYZ的RGB色彩空间, 红基色波长为630nm (x=0.708, y=0.292) , 绿基色波长为532nm (x=0.170, y=0.797) , 蓝基色波长为467nm (x=0.131, y=0.046) , 参考白场和HDTV的Rec.709 (CIE D65) 一样 (都是x=0.3127, y=0.3290) 。参照D65的基准白, 超高清的色域不仅完全覆盖了高清电视的色域, 而且覆盖范围达到显示器99.9%的覆盖范围。因此, 超高清电视色域更宽, 细节显示也更加逼真, 饱和度更高, 更接近物体本身, 如图10所示。

从图10可以看到, 马蹄形的包络线里包含了自然界所有的真实色彩, 最里面的黑色三角形包含了HDTV的色域, 外面的黑色三角形则是UHDTV的色域, HDTV和UHDTV的参考白点都是“D65”。

UHDTV的色彩空间要比HDTV大不少, 许多HDTV无法呈现的色彩都能在UHDTV上呈现。以覆盖范围来看, UHDTV是CIE 1931的75.8%, 相比之下, 而Adobe RGB是52.1%, 数码相机是53.6%, HDTV是35.9%。

视频信号的表述通过亮度、带宽以及色差信号来表示, 然而, RGB信号伽玛校正以及色差信号的带宽受限都会导致亮度信息的丢失, 这也称之为非恒定亮度传输。高清电视信号使用Y', CB', CR'来表示非恒定亮度传输, 因此, 对于超高清电视技术采用线性RGB信号来满足恒定亮度传输。

如果UHDTV采用8位色深的话, 平均色彩错误数是0.78个, 最大色彩错误数是2.05个, 远高于HDTV采用8位色深时候的0.58和1.45。因此UHDTV的色彩编码必须是10位, 如果想更好的话那就要选择12位, 不过即使是12位在个别情况下还是不够用的, 例如在人类视觉系统最低可察觉对比度特征测试的Barten模型中就会出现12位也都不够用的情况。

通过上面的分析, 我们可以得出超高清电视技术的各项技术参数, 这些技术参数也得到了ITU的认可, 已经成为了新的超高清电视技术指标。

4结论

本文详细的描述了超高清电视技术的各项技术指标, 特别描述了图像格式、系统参数以及对系统的要求;更重要的是根据人类视觉系统, 超高清电视是最接近人类视觉系统, 也可能是能够提供强烈的真实感和临场感以及超高图像质量观看体验的2D电视的最终目标。

参考文献

[1]M.Kanazawa, K.Mitani, K.Hamasaki, M.Sugawara, F.Okano, K.Doi, and M.Seino, "Ultrahigh-Definition Video System With 4000 Scanning Lines, "Proc.IBC 2003, 321 329 (2003) .

[2]K.Omura, M.Sugawara, and Y.Nojiri, "Evaluation of Motion Blur by Comparison with Still Picture, "presented at the IEICE General Convention, DS-3-3, pp.S-5 6 (2008) .

我国超高清数字电视的受众分析 篇5

摘 要 随着中国第一部电视问世，电视技术经历了50多年的发展，先后经历了黑白电视、彩色电视、数字电视等多种形式。而伴随着人们生活水平提高，人们对于物质生活的要求也逐渐提高，标清电视的较低的画面清晰度、音频效果体验差的缺点逐渐被受众认知，于是电视技术又迎来了高清电视的阶段。如今，在高清电视的基础上，超高清数字电视以更加优质的音效、更加清晰的画面、更加生动的体验开始逐渐占领电视市场。本文主要对我国超高清数字电视的受众进行分析探讨。

关键词 高清数字；电视；分析

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0042-02

随着科技不断发展，人们生活水平逐渐提高，人们对于生活早已不满足于吃饱穿暖，对于生活的各方面均有着更高层面的要求。其中对于伴随人们50多年的电视同样如此，中国电视从1958年进入到人们的视野，经历了黑白电视、彩电、数字电视等多个阶段后，终于在图像及声音方面有了更新的突破，迎来了超高清数字电视时代。

超高清电视的受众主要分为幼儿及青少年，老年人由于已经习惯于标清电视的体验，再加上老年人收看的电视节目类型对于电视清晰度的要求并不会很高，于是在超高清电视的受众人群中份额略少。而幼儿青睐的动画片发展迅猛，无论在色彩感还是音效上来说都有更高的提升，因此需要更加清晰的观看效果；超高清电视的优势还体现在各大赛事上，超高清的清晰度可以将现场的任何一个细节看的十分清楚，而更好的音效更使得观看者如同置身于赛事现场一般，体验畅快淋漓的快感；而对于喜欢观看电影大片的受众们来说，更加清晰、色彩感更强的画面如同身处在IMAX影院一般，立体环绕声增加电影场景的真实感；喜欢纪录片、综艺节目以及电视剧的受众们也可通过超高清电视获得更加优质的视觉体验。因此，超高清电视以它独有的优势逐渐走入受众的视野，并开始在电视市场中占有一席之地。超高清电视的概述

1.1 超高清的概念

超高清电视是高清电视的下一代技术，此类电视的横向分辨率约为4？000像素。标准的4K分辨率为4096×1260的像素分辨率，像素总数为高清分辨率1？920×1？080的4倍。

1.2 标清、高清、超高清的比较

标清的物理分辨率为低于720p以下的视频格式。

高清的物理分辨率有720p、1080i及1080p三种标准形式。公认的高清标准为：视频垂直分辨率超过720p或1080i，视频宽纵比为16：9。超高清的物理分辨率包括“4K分辨率（3？840×2？160像素）”和“8K分辨率（7？680×4？320像素）”[1]。

1.3 超高清电视的优势

1.3.1 超高清晰度

大部分受众更愿意购买尺寸更大的电视，但是大尺寸的电视往往清晰度就会降低，因此对于画面的精度有更高的要求。因此想通过超大尺寸的电视收看节目，就需要超高清的画面相匹配。超高清电视既避免了受众与电视距离过远造成的影像模糊，也不会因为距离太近影像存在颗粒感。

1.3.2 生动的画面感

超高清电视除了更加清晰以外，在帧刷新率、色彩深度、色彩空间、伽玛校正方面做了全方位的调整。特别是在色域三角形方面的扩展，使色彩感更加丰富，画面感更加生动。

1.3.3 更完美的音效

超高清电视的另一重要特点是拥有更加完美的音效，标清电视的音效只满足于听到节目的声音，高清电视则进步到可以体现环绕立体声，而超高清电视则将声音效果往前推进，将声音立体到了极致。使人如同身处电影院，拥有几乎可以还原当时场景的声音。超高清数字电视的受众分析

2.1 超高清动画片受到小朋友青睐

目前，动画片的收视率在所有电视节目形式中占有重要地位，尤其在寒暑假，动画片的收视比重几乎占有1/3以上，很多家长在孩子写完作业后或者在家长忙于工作时，让孩子通过电视收看动画片。而随着动画片的不断发展，其内容与形式已经发生了较大的改变，无论是从动画片的色彩感上来说，还是情节上来说，都给小朋友以更大的带入感，尤其是对于低幼的小小朋友，很多时候会跟随动画片中人物做动作，或者根据动画片中人物的提问回答问题，这样就更加要求动画片的画面清晰及生动。而超高清动画片色彩感更加丰富，人物与场景更加清晰，使小朋友收看时无论是从色彩上还是内容上都得到满足感。

2.2 超高清赛事给球迷带来现场版的体验

超高清画面技术对于球迷来说也是欢欣鼓舞的事情，如果不能在现场观看比赛，在家中收看直播时往往会由于人物过小、场景不够清晰而错过很多细节。而超高清画面的质感可以给予球迷类似于身处现场的视觉盛宴。超高清的画面使得球员的任何一个动作都可以被清晰的看到，并且丰富的色彩感，使人仿佛置身于比赛现场。同时，还能避免在现场因看台与场地的距离看不清比赛的情况。在家收看超高清赛事，可以清晰的放大赛场的每一个细节，给球迷带来现场版的体验。

2.3 超高清电视剧、电影以家庭主妇、女性白领为主导

长久以来，在家收看电视剧、电影的收视人群均以女性为主，随着技术进步，目前很多电视剧、电影中带有特效，尤其是在科幻、神话剧中，特效效果的逼真程度使人惊叹。这种类型的电影在影院可以实现最好的呈现效果，这是由于IMAX的出现，使得观众如身临其境般感受到当时的情景。而由于超高清技术的问世，这些高清画面、背景色彩丰富的视觉体验在家中便可体验到，给予家庭主妇、女性白领们更好的带入感。

2.4 超高清综艺节目受到青少年的喜爱

长久以来，电视之所以可以作为在闲暇时间陪伴受众的重要角色之一，便是由于其具有休闲娱乐的效果。近些年，中国的综艺节目发展迅猛，涌现出多类节目形式，例如真人秀、明星比赛等，一些老牌的综艺节目也在现场添加了高科技的设备与仪器，无论是在出场秀还是舞台背景上，都具有多元化。因此，无论是室内还是室外，都需要超高的清晰度可以使受众更加投入到节目中去，并且可以看到自己关注的任何一个细节。再加上高颜值的嘉宾，更给与受众赏心悦目的视觉冲击，使受众获得精神上的愉悦。

2.5 超高清纪录片给纪录片爱好者带来更加真实的感受

电视节目受众中，还有一部分观众喜欢纪录片，从纪录片中受众可以了解到从古至今、中国外国的正史、不同行业人们的真实生活，乃至动物世界的原始状态。纪录片也由于涵盖内容众多而使得其对画面感、清晰度有了更高层面的要求。无论是色调暗淡的回忆过去，还是色彩鲜明的自然世界，都需要更加清晰的画面加以体现。而高清电视拥有的优势则给予受众完美的体验，从更加真实的画面中体会此情此景下的感受，将深沉的认知过程更加清晰的刻印在脑海中。结论

随着电视技术的不断发展，标清电视的缺陷逐渐显露出来，无论哪类电视节目，都需要更加清晰的画面感、更加立体的音频效果。因此，超高清电视应运而生。在占有一席之地的动画片领域，超高清电视以更加生动、色彩感更加强烈的优势吸引小朋友的喜爱；对于各大赛事的爱好者来说，在超高清电视机上观看比赛无疑相当于拥有身处比赛现场的快感；而对于喜欢看电影，尤其是国外大片的受众来说，高清晰度的画面、更加炫酷的音效将会分外惊喜；拥有优质画面的电视剧及综艺节目，也深得追剧爱好者以及青少年的青睐；另外，高清的纪录片将不同的自然环境、不同的年代特色体现的淋漓尽致。总之，超高清数字电视以其独有的优势已经在广大的电视市场开始占领一席之地，并将越走越远。

参考文献

欧洲高清电视形势分析 篇6

卫星具有传播优势，但各个国家的市场因素决定着各国平台的业绩。由于缺少频谱，在模拟电视停播之前，地面高清服务是有限的。欧洲高清服务的购买至少在5年内不会出现大规模市场。

高清制作可能增加费用，并给广播过程带来新的复杂性，特别是在内容管理和传输方面。高清要求增加存储容量，这有碍于向基于文件的制作推进。高清技术和标准在今后两年内将得到解决，这对后来的进入市场者来说，既降低费用也减少风险。但广播机构现在就应考虑高清，做出技术更新的决定，构建新的基础设施。

高清的优越性

提供高清电视的基本原因是：高清电视的质量比标清好（见图1）。有两种高清图像格式：1280×720和1920×1080。这两种格式不是隔行扫描就是逐行扫描，图象速率与现有电视系统和电影制作相匹配。迄今，在北美受欢迎的是1080线和在北美及欧洲都受欢迎的是720线。质量感受主要取决于内容风格和图像速率之间的关系。总的看来，“高频率”图像速率（50或60Hz）用于电视体育和游戏，而戏剧节目的播出欢迎“低频率”图像速率（24，25或30Hz）。720和1080图像格式既适于高图像频率，也适于低图像频率，但目前的标准只允许在高频率1080的隔行扫描。

隔行扫描不适于现代显示器，压缩技术差。加之其它一些原因，欧广联建成了720P。这些标准当前只允许720是先进的。消费设备必须处理所有这些系统。

由于采用这一格式，高清图像的信息量是标清图像的5倍之多，这一质量的提高在32英寸以上显示器上观看和有环绕声伴音时（例如Dolby5.1）是特别明显的。美国一些评论员把向高清电视的推进意义与电视从黑白转换到彩色相提并论。广播机构把提高高清服务看作是产生增加订购收入、降低客户不稳定性和与其它形式的娱乐（例如游戏和HD DVD）有效竞争的手段。

影响欧洲开播高清服务的因素

最初的高清服务是在北美、日本、韩国和澳大利亚开播的。推动早期接受高清的共同因素是NTSC标准提供的图像质量差、消费者渴望大型显示器和政府在提供管理方针、财政支持方面的作用。

至今，占优势的节目类型是付费的体育和电影，虽然自然历史之类的节目在推动购买上也是很有成绩的。但是，一半以上的有高清功能电视机的观众仍然不收看高清节目。在这些国家，高清已成为重要的，但市场需求仍然很少。

预计今后5年期间，在这些国家高清服务的购买继续明显增长，并成为大规模市场；到2010年，在日本和美国高清家庭渗透率将达到40%以上。但高清服务能否以及何时可能完全取代标清服务，还没有明确的预测。

欧洲向高清电视的推进比较缓慢。欧洲广播业者在90年代初尝试过HD屏幕制造，但数字技术不够先进。在2006年之前，主要是为美国及其它市场制作高清内容，在2005年之前只有Euro 1080提供高清服务。Euro 1080通过卫星和有线向拥有机顶盒的欧洲观众提供体育和娱乐混合节目，迄今在全欧洲约有20万观众。

变化的市场条件意味着，提供高清服务对其它一些欧洲广播机构已经有了较大的吸引力，2005-2006年期间在西欧开播了许多高清服务。高清电视的成功受各种因素的相互影响（图2），对消费者来说，首要的要求是渴望32英寸以上的大型屏幕，以便用来充分享受高清节目的好处，而且这样的屏幕应是买得起的。在过去的两年中，显示器的购买明显地从阴极射线（CRT）转向平面屏幕显示器。例如在英国，2005年销售的电视机中40%是平面屏幕显示器，领先的消费电子产品商店之一Dixons决定停止销售CRT显示器，价格也大大下降，现在高清电视机不到1000美元就能买到。

消费者也需要买得起的高清节目内容，使他们感到其投资是值得的。现在，高清节目可以从美国和其它已经有高清服务的市场购买到。欧洲现在能体验本地制作的内容，而这样的高清内容过去是为海外市场制作的。再者，实况体育内容是高清提供的关键性内容，而2006年德国世界杯提供了一个展现高清优越性的理想的机会。

其它形式的内容在刺激需求方面也起极为重要的作用，诸如现在可以买到的HD DVD、HD录像机和游戏机（Playstatiom3和XBOX360 HD游戏机）。Jupiter Research公司2005年调查发现，11%的欧洲人打算在2006年购买高清电视机，而2006年这一数字上升到36%，这些消费者将高清电视用于一种以上的媒体服务。

对于接收广播内容的消费者来说，除了在家中连接电视机的HD接收设备（一般是机顶盒）之外，他们也要求平台运营商以高清发送节目内容。因此，消费者有两方面的费用：一是HD显示器的费用，二是HD频道的费用。这就是机顶盒和每月订购一批高清服务费的综合费用。机顶盒费约400美元，节目订购费用每月10-15美元。平台运营商期待着如何限制这些费用，以使消费者能承受并且易于向高清转换。

媒体组织在与消费电子制造商密切合作，来加速电视机目前每7-10年一般更换周期。例如英国BSkyB公司与日本Sony公司建立伙伴关系，Discovery Home Theater公司与Samsung公司建立伙伴关系，旨在促使消费者购买高清电视机。

迄今，欧洲管理机构鼓励向数字服务推进和最终关闭模拟广播，以便使频谱空间宽松。但总的看来，欧洲在向高清推进方面压力不大，因为欧洲现有的基于SD PAL制式的服务提供的图像质量，要比其它国家的NTSC服务的质量好。

但高清服务只有在数字环境中才是可行的。欧广联在构建支持高清开发的环境方面起着重要作用，例如指导采用的格式和为消费设备开发HD-Ready标志。在推出HD-Ready标志之前，只有1.6%的平面屏幕电视机适合接收高清节目，现在大多数电视机都被规定了适合的技术条件。

总的来看，消费者还缺乏对高清的认识，例如消费者认为，所有的平面屏幕装置都是高清装置，或者购买高清电视机意味着高清服务可以自动接收。令人感兴趣的是，服务的推出显示出对提高消费者认识的影响作用。

随着技术和传输费用的降低，对广播机构来说，高清服务也变得相对便宜。高清电视已经在美国和日本推出，因而欧洲广播机构能从技术的进步中受益，例如MPEG-4的开发，这使发射比特率更能被管理。因此，业务模式有了意义，并提供实际的财政收益，只要有足够的消费者购买，估计收入提高10-15%，足以弥补与高清有关的附加费用。标清和高清之间这种费用的差别，预计在今后几年期间将大大缩小。

世界杯是欧洲高清的转折点

德国Premiere公司首先于2005年12月在德国开播高清电视，欧洲许多其它国家的开播是在2006年。德国、法国和英国的广播机构是欧洲高清电视开播的领先者。

广播机构、付费电视运营商、节目制作公司和设备制造商都想利用世界杯这个有利时机开办高清服务。从2005年下半年到2006年底，特别是在2006年世界杯开赛前后，西欧的13个国家的20多家公司开播了商业性高清服务（见表1）。

在这样短的时间内，如此大规模的部署高清电视，这在世界高清电视发展的进程中是不曾有过的。据Informa Telecoms＆Media公司的调查，到2006年底，欧洲的438万家庭购买了高清电视机。2006年德国足球世界杯成了欧洲高清电视发展的转折点，它不仅改写了欧洲高清电视的历史，而且也是世界高清电视发展进程的重要里程碑。

此外，还有一些国家计划在2007年开播高清电视，例如西班牙、奥地利等。而俄罗斯的卫星付费电视服务提供商NTV Plus公司，已于2007年3月通过Eutelsat W4卫星开播3个高清频道，这是俄罗斯首次开播高清电视服务。

目前，英国是欧洲高清电视市场的领先者。截至到2006年底，203万家庭购买了高清电视机，占欧洲购买高清电视机家庭的46%，其中的26.4万户订购收看高清服务。预计到2011年英国拥有高清电视机的家庭将达到880万户，其中的577万户将通过卫星、有线、地面或IPTV收看高清电视。Informa公司称，到2006年底，德国购买了高清电视机的家庭为61万户，法国为90万户；预计到2011年底，将分别增加到720万户和690万户。（表2）

卫星平台是高清市场开发的领跑者

Informa公司的调整报告称，在欧洲高清电视的部署中，卫星平台运营商处在最前面。到2006年底，欧洲接收高清节目内容的家庭为61万多户，而通过卫星接收高清节目内容的家庭为43.9万户。英国BSkyB、德国Premiere、法国CanalSat和TPS，以及意大利Sky Italia等卫星电视运营商都在2006年5-6月前后推出了商业性高清服务。特别是BSkyB公司，开播了12个高清频道，是欧洲开播高清频道的公司中开播频道数最多的。到2006年底，已有18.5万家庭收看BSkyB的高清服务。

其次是有线平台运营商，到2006年底，欧洲17.1万家庭通过有线收看高清电视。在这方面，英国有线电视运营商NTL Telewest公司是领先者，到2006年底，收看该公司有线高清电视节目的家庭达7.9万户；荷兰Essent公司也取得了较好成绩。欧洲最大的有线运营商Liberty Global把荷兰、奥地利和法国视为其提供高清服务的3个主要市场。

就IPTV而言，法国Free、M aligne TV和Neuf Cegetel公司是通过ADSL网络部署高清服务的领先者。但他们遇到的问题是，即使采用MPEG-4技术，以用于IPTV的较低比特率传送高质量的高清图像也是困难的，对带宽受限制的IPTV运营商来说，以点播方式（“推”或“拉”方式）传送高清服务在短期内可能是有效的。

因带宽的限制，至今在地面数字电视平台尚未传送高清服务。但挪威计划2007年开通地面数字电视网络，使用能接收高清服务的MPEG-4机顶盒。挪威管理机构的目的是引入“分级”编码，这使广播机构能只以高清发送信号，必要时再通过机顶盒将信号向下转换为标清信号。

总体来看，在短期内宽带还提供不了适当水平质量的实况节目，同样，在模拟电视停播前地面数字电视也提供不了有吸引力的高清服务。这意味着，卫星和有线平台在今后5年内有机会成为传送高清节目的主要平台。（表3-4）

占优势的节目类型是体育和电影

占优势的节目类型是额外付费服务，例如体育和电影。在这种情况下，主要目的是从现有用户中产生附加收入和降低客户的不稳定性。也提供一些其它类型的节目，例如自然历史和艺术，以便刺激观众购买付费服务。

国际性体育赛事被看作是欧洲接受高清的关键因素，而2006年德国足球世界杯提供了展现高清的机会。推动接受高清的更为可能的赛事是2008年北京奥运会，因为到那时高清节目将更有效的得到其它服务（例如HD DVD和游戏）以及技术进步的补充完善。

欧洲高清未来预测

当前，在欧洲妨碍购买高清的一些障碍基本上已清除。首先，高清服务已经提供，现在早期的高清接受者在等离子和LCD电视机上观极美好的高清体育、电影、纪录片和戏剧等节目；其次，虽然高清电视机的价格还仍然有些贵，但已经在下降。比较气派LCD和等离子电视机现在被消费者迅速地从零售商的货架上取走。自然的更换周期和价格的下降将加速高清电视机的购买。因此，所有预测都表明，2007年在欧洲销售的高清电视机数量将有

大的增长。当然，一些媒体对欧洲高清电视的进展的预测也是有不同看法的。

市场研究公司Informa Telecoms＆Media预测，到2010年高清在欧洲将稳固的确立起来，但仍然不是大规模市场。到2011年，欧洲有高清电视机的家庭将达到3050万户，主要市场购买率为10-15%。美国BSkyB公司预测，到2010年仅在英国就将拥有1000万台高清电视机。但在2010年中期前，高清服务在欧洲仍不大可能成为大规模市场。欧洲咨询公司Euroconsult预测，在2010年19%的欧洲家庭将拥有高清电视机，2015年将上升到54%。欧广联预测，到2010年，20%的欧洲家庭将有能显示高清的显示器，他们将习惯观看高清DVDs。

泛欧卫星服务提供商SES公司预测，在今后3年中，欧洲高清频道的数量将增加3倍。到2010年，欧洲将有运营的160多个高清频道。目前，SES公司广播26个高清频道，它预测2010年将承载160多个频道中的100个左右。这家卫星服务提供商称，高清频道的增加主要是在西欧。

但就高清电视用户数和总体普及水平而言，预计今后一些年中欧洲仍将落后于美国和部分亚洲国家。（表5）

欧洲高清遇到的问题

从全球来看，到2006年底，总计有4820万高清家庭，但实际上只有1640万家庭拥有允许他们观看高清节目的机顶盒或集成的调谐器，占高清家庭的34%。在欧洲，到2006年底拥有高清电视机的家庭为437.3万户，而接收高清节目的家庭只有61万多，占高清家庭的14%。调查显示，这并不是因为消费者对高清不感兴趣，而是比较普遍存在的接收设备方面的问题。一方面是接收设备不能如期供货，另一方面是设备价格高。研究公司Gfk称，HD-ready高清机的平均售价为1300欧元，价格高是影响消费者购买的因素之一。

虽然高清制作费已经下降，但能收视的高清内容也是个问题。Informa公司媒体研究经理Adam Thomas指出，高清电视机价格的下降促使公众爱上了高清，但当人们把电视机从商店买回家时，他们可能失望了。因为他们必须首先订购内容服务，即使如此，也可能有较少可收视的内容。据TWI公司称，高清节目制作费比标清高出50%，开播一个高清频道的费用平均为135万美元左右，而开播一个标清频道约为50万美元。因此，高清频道少、缺少吸引力的高清节目内容是个普遍性问题。除英国BskyB公司提供12个高清频道外，大多数运营商只提供1-4个频道的成套高清节目。Euro1080的首席执行官Gabriel Fehervari说：“只提供1-2个频道的成套高清节目是存在很大的风险，至少需要6-8个频道。”

英国BBC公司称，最严重的问题是声音，包括“声像不够吻合”、“环绕声和立体声之间的音频电平预置值不同”。试验结果表明，标准是不能向HD-ready显示器购买者担保，在显示器连接高清机顶盒后能正常运行，因为高清需要更多的强调良好的音质，音质差也会降低图像质量。

在欧洲，另一个问题是监管问题。美国、日本和澳大利亚，立法促进了高清的开播。但欧洲的情况不同，许多国家仍未决定如何利用模拟电视停播后节省出的频谱资源，高清只是竞争这些频谱的服务之一。例如英国公共广播机构强烈要求推出免费广播的高清服务，但英国广播部长Shaun Woodward说：“我对许多方面都有兴趣。”欧洲模拟电视的图像比美国和世界上许多其它国家的好，这使欧洲一些国家的政府着力于推出地面数字电视和提供更多的频道，而不是着力于高清。

结论

消费者接受和购买决定高清的成功，因而需要说服他们投资大型平面屏幕高清装置。广播机构可以通过提供有吸引力的节目内容来刺激需求。其它一些服务，诸如高清DVD和游戏，也将起重要作用。媒体公司可以通过控制节目内容、平台和设备销售这3股相互联系的影响势力，使高清成功的可能性最大化。

文化因素将影响每个国家的购买率，例如人们如何渡过他们的空闲时间、家是否能摆放大型平面显示器、消费者对技术革新的态度如何等，这些将决定高清服务是否是一项良好的新收入源。

在现有的标清广播具有较高图像质量的情况下，在市场并非由管理方面驱动的情况下，欧洲的经验提供了消费者对高清反应的良好实例。在初期，是以额外付费类型的节目内容为基础的小型市场，但在今后5年期间，其吸引力将扩大。2006年欧洲开播高清电视取得了初步成绩，欧洲的经验还需要在2007年进一步考察。

超高清电视系统关键技术 篇7

近年来,高清电视(HDTV)逐渐普及,3D电视(3DTV)迅速发展,超高清电视(UHDTV)成为广播电视领域的下一个发展方向。UHDTV相对于HDTV来说,能够为观众提供更佳的视觉体验、更好的临场感。按照ITU-R相关标准的规定,UHDTV可支持4K (3840×2160)与8K(7680×4320)两种图像尺寸,这也是UHDTV与HDTV最大的区别。

目前,UHDTV摄制设备逐步面向市场,国内外各大电视机厂商均推出了UHDTV电视机产品。在UHDTV试验方面,日本NHK分别在2006年、2007年、2008年完成了基于IP网、卫星及有线混合网络的超高清电视节目的实时拍摄和传送;在2012年伦敦奥运会上,NHK完成了8K超高清的奥运会开幕式及若干赛事实时拍摄、传送和异地观看,在日本和美国的若干展示地点,观众可实时收看超高清伦敦奥运赛事。在超高清电视技术标准方面,国际标准化组织SMPTE在2007年发布了SMPTE 2036标准,规范了4K、8K两种超高清电视格式;国际电联在2012年发布了ITU-R BT.2020标准,进一步规范了4K、8K超高清电视格式及参数,并将最大帧率扩展到每秒120帧,超高清电视格式的规范为超高清电视系统设备的互联互通以及节目交换奠定了基础;国际电联从2010年开始制定了面向超高清视频编码的HE VC视频编码压缩标准,目前该标准已制定完成,相比上一代视频编码标准,压缩效率提高了将近一倍,可有效缓解超高清电视数据量大的问题;此外,数字电视相关标准组织也在制定适合UHDTV的传输规范,蓝光光盘协会正修订蓝光光盘标准以支持4K超高清视频。

本文将围绕UHDTV相关技术与标准的发展情况,论述UHDTV的图像参数、压缩编码等关键技术。

2 超高清电视图像参数

超高清电视给观众提供了广阔的视野范围,能够给观众带来更好的视觉体验。在保持了高清电视的其他特征的基础上,超高清电视能够提供更高的分辨率,本节对超高清电视系统的图像相关参数和技术进行介绍。

2.1 图像系统的分类

图1显示了ITU-R基于分辨率和屏幕尺寸对图像系统的分类,图像分辨率是电视系统最重要的参数之一,而屏幕尺寸并不是图像系统的固有参数。根据ITU-R BT.709的规定,HDTV的分辨率是1920×1080。大屏幕数字成像(Large Screen Digital Imagery,LSDI)是一种可用于表现戏剧、演出、体育赛事、音乐会等节目的数字成像系统。为了涵盖各类应用,LSDI采用分层的图像格式。ITU-R BT.1680中规定LSDI的分辨率是1920×1080和1280×720。LSDI扩展级别的分辨率是3840×2160和7680×4320。ITU-R BT.1201标准中提出的超高分辨率成像(Extremely High Resolution Imagery,EHRI)的分辨率是1920×1080的整数倍,能够提供高于HDTV分辨率的制式,可用于广播和非广播应用,根据不同应用,划分为EHRI-0、EHRI-1、EHRI-2和EHRI-3系统。在EHRI之上提出了UHDTV,UHDTV将为观众提供更佳的视觉体验,并为家庭放映和公共场所播放提供相应尺寸的屏幕。

2.2 超高清电视观看环境

与高清电视相比,超高清电视可以给观看者带来更好的视觉体验,能够展现更多的视频信息,具有更强的真实感。此外,超高清电视也不局限于家庭使用,还可以用于移动和非移动的私人场所或者剧院这样的公共场所。

为了使观众能够良好地欣赏超高清电视节目,需要考虑观看距离与屏幕尺寸的关系。图2显示了在给定的屏幕尺寸下,观众的最佳观看位置。第一类应用是大屏幕应用,一般人在家里坐着看电视距离屏幕2～3米,这样的观看习惯对应于超高清电视中的大屏幕尺寸。与高清电视相比,超高清电视能够给观众提供更宽的视野范围,这类应用也包括剧场环境。第二类应用是中等尺寸屏幕的应用,屏幕大小是50到150英寸,最佳观看距离从50cm到150cm,这类应用不仅适合传统的节目,观众也可以根据自身喜好调整观看距离。第三类是小屏幕的应用,例如电子书,对于20英寸屏幕最佳观看距离是20cm,7680×4320像素屏幕可以达到每英寸350像素的精度。

世界各地的电视观众都形成了特有的观看习惯,除非观看体验发生巨大变化,一般观众很难改变自己的观看习惯。典型的观看习惯是坐在沙发上观看电视,52英寸的高清电视观众的观看距离大概是2.1米。假设对于3840×2160的超高清电视,观众的观看距离保持不变,屏幕大小应为100英寸。不排除用户赞成在卧室安装这么大的屏幕,但是安装200英寸的屏幕来适应7680×4320超高清电视的可能性不大。

因此,从视频观看的角度来看,3840×2160的超高清电视在现有的电视观众中很有市场。但是,对于7680×4320的超高清电视图像系统可能更多的应用于公共的电视展示,如家庭影院、电影院、主题公园等公共场所。

表1给出了不同数字图像系统的最佳观看角度及最佳观看距离。

2.3 基带图像格式

基带图像格式是节目信号链路的每一部分的基础,因此在确立超高清电视广播系统之前首先应确定基带图像格式。

(1)宽高比

宽高比是图像的基本特征之一,很难在没有视觉失真的情况下对图像宽高比进行转换。经过大量研究表明,16:9的宽高比能很好的保留图像核心内容,因此超高清电视沿袭了高清电视的宽高比,选为16:9。

(2)时域和空域采样结构

空域非正交采样结构适合人类视觉系统(Human Visual System,HVS)特性,但是这样的结构会导致数据速率的下降,因此超高清电视系统继续使用正交采样系统。对于时域采样,采用逐行扫描方式。

(3)像素数量

像素数量可由所需视野范围和分辨率来决定,当观看距离小于屏幕三倍的高度时,3840×2160和7680×4320系统能够给观看者带来更强的身临其境的真实感。在许多观看环境中,7680×4320系统将提供优于3840×2160系统的视觉效果。当前超高清电视系统主要有两种格式:3840×2160格式和7680×4320格式。

(4)帧频

综合考虑频闪、运动模糊的影响,超高清电视图像格式建议帧频除了60Hz以外,还增加了120Hz,主要基于以下原因:彻底消除了闪烁效应;综合考量帧频提高的效果和复杂度,更高的帧频(300Hz或者600Hz)是不合理的;采用更高的帧频之前,需要考虑相机、显示器和传输技术的可用性,研究表明120Hz的超高清电视在不久的将来会成为可能。

(5)比色法

经过大量的实验验证,建议超高清电视系统比色法如表2所示。

(6)彩色编码

色度采样为4:4:4、4:2:2和4:2:0。

(7)比特深度

电视应用中数字视频信号比特深度一般为8bit和10bit,考虑到更高图像质量的要求,超高清电视系统的比特深度建议为10bit和12bit。

3 超高清电视编码与传输

超高清电视图像的数据量远高于高清电视,当前广泛使用的MPEG-2和H.264/AVC压缩编码标准不能很好的满足信源压缩的要求。国际标准组织从2010年开始制定了面向超高清视频编码的高效视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)标准,并于2013年完成标准发布,在ITU标准中命名为H.265。HEVC标准是由MPEG和VCEG共同建立的JCT-VC组织提出,目标是在H.264/AVC high profile的基础上,压缩效率提高一倍,相同视频质量的前提下,视频流的码率减少50%。HEVC在沿用H.264的混合编码框架内允许编码端适当提高复杂度,着力研究新的编码工具或技术,以提高视频压缩效率。

HEVC采用灵活的图像划分结构,包括编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)、编码单元(Coding Unit,CU)、变换单元(Transform Unit,TU)和预测单元(Prediction Unit,PU)。CTU的概念类似于H.264/AVC中的宏块概念,但是大小从H.264/AVC的16×16扩展到64×64,使得编码结构更加灵活。CU是帧内和帧间编码的基本单元,采用四叉树迭代的方式进行划分,划分内容采用内容自适应的原则。CU再进一步划分,得到与之相对应的PU和TU。PU是预测过程的基本单元,为了匹配真实物体边界,有8种用于帧间编码CU的划分模式,帧内编码则只有PART2N×2N和PARTN×N两种划分。TU是变换和量化过程的基本单元,大小可以从4×4到32×32。对于残差数据编码,编码块通过残差四叉树递归的划分为编码块,如图3所示。

除了灵活的图像划分结构外,HEVC在去块滤波后增加了样点自适应偏置(Sample Adaptive Offset,SAO)和自适应环路滤波(Adaptive Loop Filter,ALF)两个滤波器。SAO位于Deblock之后,将重建图像像素点分为不同类型,对不同类型的样点加以不同的偏置量以减少失真,从而进一步提高图像压缩率。SAO主要包含两种方式:边缘偏置(Edge Offset,EO)和带偏置(Band Offset,BO)两类。EO有四种模式,根据当前像素与相邻两个像素之间的大小关系将EO分为五种类型,每种类型赋予不同的偏置值。BO将像素点按照幅度值大小分为32个均匀幅度带,每个带内的像素点使用相同的偏置值。

自适应环路滤波位于Deblock和SAO之后,主要用于恢复重建图像,使得重建图像和原始图像之间的均方根误差最小。自适应环路滤波可以提升图像的客观质量,减少由于量化所带来的噪声对图像的损伤。

HEVC在关注视频分辨率提升外,还增加了并行结构的处理。增加了Tile、Entropy slice和波前并行处理(Wavefront Parallel Processing,WPP)结构。Tile将图像划分为矩形区域,每个区域近似CTU块个数并且单独解码以用于并行处理。Entropy Slice允许在一个slice内部再进行分割,熵编码器可以并行编解码,从而提高并行处理能力。WPP将Slice划分为CTU块的行表示,第一行用一般方式处理,第二行可在第一行做出一些判决后即进行处理,以此类推并行处理所有的行,如图4所示。

除了以上新增加的技术外,HEVC在H.264/AVC现有的技术上也有改进和提高。整数余弦变换(DCT)变换块大小可以是4×4、8×8、16×16或者32×32。对于4×4的帧内预测残差信号,在变换时可选择采用整数正弦变换(DST)。对于帧内预测,有35种帧内预测模式可选。帧间预测中,亮度块采用1/4精度内插,分别由8抽头滤波器和7抽头滤波器得到1/2精度值和1/4精度值,色度块则采用1/8精度内插。运动矢量预测(MVP)增加了Merge模式和高级运动矢量预测AMVP模式。与H.264/AVC的空域MVP预测相比,还增加了时域的MVP预测。此外,HEVC去块滤波只用于较大的编码单元,对于4×4边界不进行滤波,能够在保证滤波质量的前提下减小复杂度。

在我国,正在进行AVS2的技术研发和标准制定工作,面向超高清电视编码,预计年底推出。

随着超高清电视系统数据量的增大,对视频传输也提出了更高的要求,要求传输网络能够提供足够多的传输资源。对于4K超高清电视,帧率为30fps,采用H.264/AVC编码,达到广播级质量需要40Mbps左右的码率,采用HEVC编码则需要20Mbps左右的码率。如果帧率为60fps,视频压缩码率则可能加倍,即使采用HE VC编码,信道需具有40Mbps的传输能力。

4 小结

今年的ITU-R WP6工作组会议上指出,超高清电视目前缺少支持由ITU-R BT.2020规范规定的超高清电视图像格式的数字接口和文件交换格式。如果没有明确的接口和文件格式,符合ITU-R BT.2020规范要求的产品介绍将成为事实上的接口被采用,有可能造成标准不统一,设备间出现兼容问题。因此,为超高清电视数字接口制定规范迫在眉睫。

超高清电视继3D电视后,成为广播电视领域关注的焦点,超高清电视前端设备日趋成熟,超高清电视机大规模产品化,日本、韩国、英国、法国等国已把超高清电视的频道播出提上日程,超高清节目制作与交换图像参数、视频压缩编码等已有相应的标准与规范,我国也在积极展开超高清电视的研究和试验工作。随着未来几年超高清电视相关技术和标准的进一步完善,超高清电视将为人们带来崭新的视觉体验。

参考文献

[1]The present state of ultra-high definition television.ITU-R BT.2246-2,2012.12.

[2]Jens-Rainer and Han,Woo-Jin and Wiegand,Thoms.Overview of the high efficiency video coding(HEVC)standard.IEEE,2012.

歌华上线高清点播电视 篇8

日前, 北京歌华有线和上海文广互动携手推出的“歌华-SiTV高清包”正式上线, 这是首都地区首个高清数字电视点播包。千余小时的高清节目给了京城百姓享受更高品质收视体验的机会。

“歌华-SiTV高清”付费节目包, 是在原有标清节目免费点播不变的基础上新推出的个性化服务。上线节目精选国内外最能体现高清绚丽画质、视听震撼及真实细节的精品节目, 内容丰富。预计今年11月底, 北京地区将有260万高清交互用户可以选择体验歌华有线这一新服务。

重庆高清电视监测系统技术特点分析 篇9

关键词：高清,嵌入式结构,VLC,板卡零配置更换

1 系统总体解决方案

1.1 需求分析

重庆广电集团 (总台) 重庆卫视频道高清信号播出后, 为确保重庆卫视高清信号安全播出, 重庆广电监测台将建立一套信号监测系统, 对该信号的播出质量和效果进行监测, 对节目内容进行监听监看。系统建设的一期工程主要是对重庆卫视1路播控高清信号HD-ASI、1路市有线电视总前端高清信号 (H.264编码) 和1路高清卫星信号 (AVS+编码) 进行监测。其中播控和卫星信号录像存储7天, 有线信号录像存储1个月。

根据以上需求, 解决方案如下:

卫星高清信号、播控高清HD-ASI信号及有线高清信号分别通过BHQP41多通道DVB-S/S2卫星数字电视监测卡、BHA31多通道ASI码流监测打包卡及BHQA68多通道DVB-C有线数字电视监测解扰卡完成所需功能。

重庆广电监测台中心机房分别采用Trinity AresServer广播电视集中监管平台服务器、Trinity Ares-Display多画面监测报警系统完成系统的统一管理与前端节目的多画面显示。

1.2 系统设计目标

面对信号监测的实时性、准确性、安全性、可靠性等要求, 监测系统的建设遵循以下原则:

1) 稳定性、可靠性

整个系统能够长期稳定运行, 保证解调、解扰、解码正常稳定, 视音频清晰。

2) 扩展性

系统利用整体IP架构, 对于广电业内的数字信号、模拟信号以及全部中波、调频等广播信号全面支持, 利用信号转码功能实现模块化操作。系统以开放式协议监测, 能够实现与其他软件与实用设备的良好对接。

系统具有分布式和业务抽象理念, 做到业务展现和数据处理分离, 能够平滑地实现多种监测前端扩容。

3) 标准化、个性化

系统在完全遵循总局协议的基础上, 进行协议层面的完善, 使得业务处理更加精细[1,2,3]。具有良好的开放性, 能够与多种协议互联。

4) 安全性

系统具有完善的、安全的、模块化的访问机制, 能有效控制不同权限人员的操作范围。系统具有认证机制, 能有效控制非合法监测前端的接入[4,5]。

5) 易用性

系统具有良好的易用性, 面向不同部门职能的用户提供对应的一体化页面, 能够在不切换页面的前提下, 完成日常工作。系统对业务操作程序进行一定简化, 以引导方式完成目标输出, 这种方式有效避免了多重配置以及重复输入的弊端。

6) 易监护

系统可以对维护信息进行整合, 检测设施能够做到自动诊断自动纠错, 能够及时对不良运行环境进行预警, 有利于工作人员进行问题定位。

系统提供零配置更换故障模块, 保证系统正常运行, 避免维护人员重复工作。系统支持批量升级前端软硬件, 作为分布式前端, 减少维护人员的工作, 同时能够有效避免误升级、漏升级, 为系统功能扩展提供便利条件。

1.3 系统拓扑图

信号监测系统拓扑图如图1所示。

1.4 系统组成详述

1.4.1 重庆监测台中心平台系统

1) 广播电视集中监管平台

中心机房配置1台Trinity Ares-Server广播电视集中监管平台服务器, 实现对1市和33区县分前端监测信息进行系统整体监控;B/S构架具有一定优势, 能够实现系统的分布化管理与网络化评测, 整合了实时动态监测、业务分配、数据搜索等多元化功能。

录像存储在中心平台服务器, 有线高清存储1个月, 播控和卫星高清信号存储7天。按4 Mbit/s码率进行存储, 所需存储空间为T=4 Mbit/s×3 600 s×24 h×30 d÷1 024÷1 024÷8+2×4 Mbit/s×3 600 s×24 h×7 d÷1 024÷1 024÷8=1.24 Tbyte+0.58 Tbyte=1.82 Tbyte。

2) 中心多画面显示系统

配置1套Trinity Ares-Display多画面监测报警系统, 以画面组合的方式集中展示1个总前端 (1路播控、1路卫星和1路有线) 和预留33区县前端回传的共36套高清电视节目视音频画面。可实现重点节目在各个前端转播情况的比对监看, 采用1块大屏进行集中显示, 同时预留1块大屏的显示能力。

1.4.2 总前端系统

1) 卫星高清信号监测

配置1块BHQP41多通道DVB-S/S2卫星数字电视监测卡, 实现1路高清卫星信号传输、信道监测、参数分析、码流输出等功能。

2) 播控高清HD-ASI信号监测

配置1块BHA31多通道ASI码流监测打包卡, 实现1路高清播控HD信号的TS流监测。只需1块板卡, 就能够实现2组8路ASI信号的传输、码流分析以及TS over IP输出功能。板卡对已经输入的TS流进行R101290三级错误预警;并将输入的8路TS流打包, 在1个千兆网口输出。

3) 有线高清信号监测

配置1块BHQA68多通道DVB-C有线数字电视监测解扰卡, 实现1路有线高清数据的解码、排干扰、信号强度监测、码流预警以及TS over IP整合输出功能。

2 系统优势特点

2.1 广播电视集中监管中心系统的优势和特点

1) 先进的系统构架

后台数据的收集、整理, 软件功能的实现均采用C/S架构, 运行稳定, 同时独立性较强, 效率较高。

终端业务展示利用C/S架构具有较高操作性, 能够灵活面向不同用户展开服务。

2) 规范化和创新化

本系统利用开放式协议模式, 对总局协议进行优化整合, 第三方前端可以无缝接入。

在总局协议基础上拓展个性化业务, 实现更精细的操作, 如针对具体频道的转码码率设置、报警开关、报警门限设置、扩充频道丢失、频道变更报警协议等。

3) 模块化、层次化

(1) 监管系统以框架形式存在, 具有多层运行体系以及开放式结构, 在不同的业务需求下, 进行定向模块挂载, 使权限设置与监控更加严密, 依照需求进行模块选择, 有利于业务的便利开展。

(2) 将业务展现和数据处理分离, 监管系统完全兼容模拟电视监测前端, 并且在扩充对IPTV、手机电视等新媒体监测前端的接入时, 也能够平滑实现。

(3) 当监测前端数量扩容的时候, 无需修改软件即可接入。

(4) 各个功能模块具有相对独立性, 能够以服务器运行需求进行灵活配置, 达到负载均衡的目的, 为未来的系统拓展奠定了基础。

4) 低风险性和高稳定性

(1) 基于Microsoft.Net Framework3.5框架进行功能开发, 能够实现高效安全保障, 例如信号加密、身份验证等。

(2) 系统通过Web进行认证, 避免了风险登录情况发生, 从而使平台安全性得到保障, 实现了全天候的稳定信号传输。

(3) 同一用户相同IP地址多次尝试登录失败, 自动锁定账号, 保护用户密码安全。

(4) 提供监管系统、数据库的备份策略。

(5) 系统建立了完备的错误探查、跟踪系统, 如果平台信号出现异常, 系统能够实际进行排查, 并迅速解决问题。

5) 业务流程化

系统提供良好的权限机制, 能够针对不同部门设置不同的前端和功能权限。系统提供独特的值班页面, 包括面向值班人员的值班管理页面、面向监听监看人员的录像比对页面等。

2.2 关键技术

2.2.1 基于TS over IP多媒体融合监管

传统广播电视信号监测各个系统独立, 无法统一值班管理、系统运维、统计报表输出以及不同信号的比对监听监看, 因此采用基于TS over IP的多媒体融合监管架构如图2所示。

采集测量层板卡实现不同信号统一接入, 采集数据输出进行数据分析、内容收录、下载, 通过控制层实现视音频信息、报警信息汇聚到统一的监管平台, 进行业务存储, 最终由业务管理层进行管理, 实现统一的视音频信号监测管理和运维管理调度。

1) 采接测量层数字电视解调、解扰、监测和TS over IP

监测解扰卡对信号进行解调, 对加密节目进行解密, 进行信道层面、码流层面的监测, 并把监测结果通过IP网络输出, 同时监测终端把TS码流按照IP的格式打包成TS over IP, 组播到IP网络中, 供后一级处理, 流程如图3所示。

具体细分为FPGA模块、抗干扰模块、嵌入数据分析器、同频次动态存储器、模块、端口接入等。

(1) FPGA模块:该模块能够对并行码流执行换成打包操作, 同时将数据传输与嵌入到数据分析器。

(2) 抗干扰模块:该模块由CIMAX和CA卡组成, 将加密码流进行输出, 并增强其抗干扰功能, 之后并入FPGA模块, 如果输入信号没有进行加密, 那么输出数据将不做修改, CIMAX与DSP之间进行解码操作, CA大卡则对小卡信息进行读取并获得授权。

(3) 嵌入数据分析器:该分析器的代码来源于闪存模块, 并将信号置入存储器中进行处理, 在信息初始化中, 通过闪存信息的配置, 对FPGA相应模块做出处理, 其中包括网络地址的分配、组播地址分配、MAC地址、系统运行模式等, 这些程序完成后, 分析器对码流数据进行提取, 将其从缓存模式转变为随机存储模式, 并对该数据信号进行分析。

(4) 同频次动态存储器:该存储器主要用于系统数据的缓存功能, 整合系统运行参数, 该模块主要提供处理器运行的数据存储空间, FPGA模块的数据在达到一定积累量后, 就会将数据进行转移, 在该模块进行后期处理, 同时处理器针对码流进行的数据分析也在这一空间存储, 最终实现网络端口发送。

(5) 闪存模块:该模块能够存储系统内核、数据库代码以及码流分析等相关信息, 码流检测运行后, 该模块会提供处理器所需代码, 并将其置于SDRAM中进行计算, 并将配置信息与参数进行配对, 处理器将从端口接入获得配置信息, 同时该信息将会存储在闪存模块。

(6) 端口接入:端口接入被划分为4个通道, 分别为组播数据分析、TS流、网络地址、配置通道。其中TS流能够提取处理器的码流数据, 并进行网络配置。组播数据分析则能够将码流检测数据、PSI/SI表格信息、信息通道数据等进行整合和网络传输。网络地址通道主要针对设备的工作动态、地址分配以及板卡分类等进行配置, 并将其纳入网络组播。配置通道主要接收客户端信息, 并将这些数据进行整理后转移到处理器进行数据处理。模块关系图如图4所示。

有线数字电视接收器采用NXP (恩智普) 公司的专业调谐解调器 (TDA18252+TDA10024) 完成, 器件在接收处理有线射频信号过程中, 提供大量的信号状态指标。具体检测指标包括射频信号锁定状态、信号电平、调制误差比 (MER) 、误码率 (BER) 、误差向量幅度 (EVM) 、载噪比 (C/N) 、比特信噪比 (Eb/N0) 、信号质量、频率偏移、符号率偏移等。采用符合DVB标准的CAM大卡解扰技术, 解决了数字电视加密流视音频监测的问题。

2) 平台层设计

平台层由内容转码运行维护、监听监看、业务管理、业务支撑、控制层、内容收录/下载、数据分析这6个模块构成, 模块之间相互独立, 接口通过HTTP协议、TS over IP方式、Web API进行数据传送。

(1) 内容处理层面包含两个角度, 一是内容落盘存储, 二是数据分析。内容落盘存储涉及转码、收录和下载处理;数据分析涉及EPG分析、网页分析、视频异态分析、音频异态分析和特征内容分析 (包括错播监测、广告监测、新闻监测等) 。

(2) 业务控制主要完成配置、调度、汇聚功能, 例如收录、下载任务调度、视音频传输路径调度、报警信息汇聚上报等。

(3) 业务汇聚是指对各类业务的聚合, 包含业务操作的聚合和业务数据的聚合。业务操作的聚合通过后台Web服务来实现;业务数据的聚合通过多实例数据库来实现。

(4) 业务管理是指业务的表层, 包含各类链路资源的管理, 各类视音频内容的管理, 各类电视信号质量、指标、合规性、完整性等方面的监管, 统一的检索查询、统计报表, 对各类异态报警的回看复核, 以及指挥调度管理等。

(5) 报警与指挥层面主要完成信息的延伸传递。一方面, 平台通过多画面、全景报警的方式, 利用大屏幕、音响系统、短信等方式将播出故障信息传递给值班人员和决策人员;另一方面, 决策人员利用指挥调度平台的视频会议系统来开展播出安全问题的告知、研讨、指导与指挥工作。

2.2.2 磁盘预分配/分时按区块存储

传统电视视音频录像数据的转码存储, 其存储特点就是数据量大, 存储节目比较多, 存储周期一般在一周或者一个月。采用传统的文件存储方式, 需要每天进行文件删除操作, 长期下来会产生大量的磁盘碎片, 导致存储访问速度急剧下降, 同时缩短存储的寿命。

针对该问题, 设计了磁盘预分配/分时按区块存储的方案。具体方案如下:

1) 磁盘预分配就是按照每个节目的存储要求在存储上预先分配好连续的存储空间, 并预先建立时间两级索引文件。录像时系统存储的音箱数据进行分类, 以实践排序或者文件大小进行排序, 进行磁盘写入, 同时将索引文件进行预制, 然后, 将该文件依照既定顺序进行输入, 这种方式能够实现磁盘的低频次写入, 延长其使用寿命, 通过索引数据, 能够实现相关文件的高效搜索。

2) 分时按区块存储, 对文件系统操作并行写数据会导致文件系统操作硬盘扇区跳跃, 导致了写入效率低下, 采用并发节目分时控制策略可以有效降低由于并发导致数据写盘的速率降低。按区块提交的方法是解决小数据的频繁提交导致性能降低以及大数据提交导致的数据延迟矛盾。

以上方案经过测试, 磁盘存储效率相对以往提高30%以上, 磁盘存储寿命提升, 系统从试运行到现在, 无任何硬盘更换, 原来项目中基本每半年需要硬盘更换, 录像支持实时访问, 最小录像查看延迟5 s内。

2.2.3 易管理、易维护设计

为了提高系统可维护性, 在以下5个方面做了设计改进:

1) 系统采用统一的嵌入式架构, 为今后一站式升级、维护与管理创造了条件。

2) 嵌入式设备能够支持SNMP协议, 使系统运行更稳定, 故障排除更及时。

3) 嵌入式设备支持SNMP协议方便故障和运行状态的维护。

4) 全IP输入输出方便实际接入码流定位问题环节。

5) 系统支持远程批量升级, 方便维护软硬件版本。

6) 板卡零成本更换, 在板卡设计中, 需采用独立模块, 在板卡进行更换时, 模块将予以保留, 以此实现零配置更换, 使系统维护更便捷, 维护成本有效下降。

2.3 监测前端系统优势的特点

2.3.1 支持高清节目的显示监测

1) 完全基于IP构建

本系统完全基于IP构建, 便于信号的统一调度, 也能够对信号传输范围的增加进行动态跟进, 使系统施工更为便捷, 维护成本有效降低。同时该技术支持UDP, HTTP, RTMP, RTP等传输模式, 支持TS, FLV等类型封装格式。

2) 高清、标清信号解码

支持MPEG-2, MPEG-4, AVS, H.264等格式的高清、标清信号解码;支持MP3, AAC, DRA的音频数据解码。不同系统能够实现多路高清节目, 并且MPEG-2支持5.1声道伴音进行信号解码、数据监测、音柱分色显示等。立体声信号则以左右双声道模式独立监听, 并支持立体电视频道的监看、监测与录像。

3) 标准H.264实时转码

视频信号TS流主要以MPEG-2格式实现数据压缩, 以此保证用户终端获得画质较高的图像。但是由于宽带资源限制, MPEG-2压缩后, 比特率值相应增加, 所以不适合进行后续处理, H.264能够以更低的比特率提供相同质量的视频信号, 因此将MPEG-2格式转码成H.264格式。

采用专业编码算法输出标准的H.264码流, 在客户端可以通过Windows Media Player或者VLC等通用流媒体播放器直接播放, 方便使用。

4) 准确的视音频数据追踪

支持静态画幅、黑场、视频索引、解码错误、彩场、台标错置等一般故障的监理, 同时能够对音频进行有效监控, 例如音频不同步、音量高低失调等。如果视频出现故障, 系统能够以帧为单位进行检测, 对其进行区域界定。如果音频出现异常, 系统能够准确分辨伴音以及杂音, 分别对双侧声道以及立体声进行监测。

2.3.2 广播电视信号统一监测平台

该平台采用嵌入式设备构架, 能够实现不同类型的影音数据板卡与监测机箱进行链接, 设置有统一数据监控平台, 使全部数据实现网络内运行, 增加操作的灵活性和可塑性, 有利于未来广播电视数据技术的进一步拓展, 便于实施更为简捷的维护。

通过监测信号的网络数据打包, 从而实现网络组播, 使网络数据传输更为精准迅速。各种源代码数据打包后, 均能够进行网络数据封装。传输流技术的利用, 可以将既有数据进行整合打包, 加上UDP等协议进行相应封装, 使拘束传播更为规范, 从而实现高质量的网络组播。TS流通过IP组播后, 应用性更加灵活, 可以不受区域和时间限制, 进行节目的录制和监理, 操作极为便捷。一般多数据流对于带宽质量有要求, 所以千兆以太网已成为该平台运行基础。

2.3.3 嵌入式系统构架

该设计具有高度集成特点, 灵活性明显, 机箱构架简约, 具有良好的布局模式。机箱以4块不同功能模块为满配, 模块装载以后运行, 热插拔功能良好, 模块之间均配置独立接口, 配备电源备份。该设计有利于系统的维护、运行以及升级需要, 而且还保证了不同类型模块与机箱的兼容性。

3 总结

该系统的核心监测设计均采用FPGA+DSP构架, 该设计能够保证系统运行的稳定性, 并能够提升数据处理性能, 使硬件优势更为明显。

该系统于2013年12月安装调试完成后投入使用, 各项性能指标都达到了设计要求。

参考文献

[1]GY/T 170—2001, 有线数字电视广播信道编码与调制规范[S].2001.

[2]GY/T 221—2006, 有线数字电视系统技术要求和测量方法[S].2006.

[3]GY/T 230—2008, 数字电视广播业务信息规范[S].2008.

[4]GB/T 17975.1—2000, 信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第1部分系统[S].2000.

数字高清电视的接收技术与研究 篇10

关键词：高清电视,高端市场,数据接收

随着数字化和网络化的不断发展, 广播影视行业也得到了快速的发展, 相应的硬件条件和科学技术水平都有了质的飞跃, 这也为我国的高清数字电视行业创造了良好的发展机会。从国内发展情况来看, 随着我国经济发展水平的提升, 群众在对精神追求上有了进一步的提升, 更注重生活的质量。这种消费意愿不断推动市场的发展, 使得高清电视这几年在国内不断得到普及, 并继续与流媒体进行激烈的角逐。

1 高清数字电视的基本概念及特点

高清电视其实就是数字电视的一种, 它是按照清晰程度的不同而分为四档:高清晰度、增强清晰度、标准清晰度、普通清晰度。大家经常提及的高清数字电视其实是标准清晰度中最清晰的一种。对于其详细的定义国际电信联盟已经给出, 就是一个视觉正常的人站在距显示屏三倍高度上看到和感受到的图像质量与原始景物的质量一样, 换句话说就是, 你会有身临其境的感觉。首先, 相对于之前的模拟信号电视, 高清数字电视有更加稳定的信噪比, 更便于存储, 和其它数据平台更容易进行融合。其次, 作为高清数字电视当然其画面显示是非常清晰的, 相对于原来的标清电视, 高清电视在分辨率、清晰度、信号传输带宽等上面有了更高的标准。这就使得高清数字电视相对于目前的网络电视还是存在很强的竞争力的。

2 数字电视主要的传输和接收方式

数字电视根据图像清晰度的不同, 而划分为不同的标准, 如表1所示。

数字电视与之前的标准电视不同, 它在传播上与模拟电视不同。模拟电视是以无线电波为载体并将信号调试加载在上面。而数字电视则不同, 它是先将信息源代码进行压缩, 然后进行信道纠错, 最后运用相应的数字调节技术把相应的频道和波普进行搬移, 并用二进制码“0”“1”的序列号流传入到信道中并进行传输。根据数字电视传输方式的不同, 可以将数字电视分为有线、卫星、地面广播三种。

2.1 有线数字电视

模拟信号网络没能很好的处理噪声累计干扰, 使得人们向外面架天线, 因此推动了公用系统的发展, 随着光线宽带将模拟信号搭载的传输出去, 致使光线电缆网能够在大城市得到快速的发展, 于是逐渐演变成脱离地面的有线电视系统。

有线数字电视的传播方式是基于原来的网络将很多路的数字电视传输出去, 用户再安装一个数字机顶盒来接收相应的节目, 这种有线的传播方式使得数据传输量变得很大, 而且还能实现双向传输, 使得数字电视得到了快速的发展。并带动了数字电视交互式发展业务的不断升级。

2.2 卫星数字电视

卫星数字电视就是通过电视广播将大量的节目信号基于地面的发射平台发射到与地球同步的卫星上, 然后卫星再将信号发回地面, 用户就可以用天线或者接收机来接收相应的节目。

对于卫星数字电视也有其自身的很多特点。首先, 卫星是同步卫星, 因此它能够对整个地球进行环绕, 这就使得它的覆盖范围很广, 再加上它在传输上所受到的干扰性很小。所以传输质量很好, 由于它是属于卫星信号, 所以其容量很大, 能存储和传播很多电视节目, 一般都是100~500套电视节目。因此, 卫星数字电视将会是今后多频道数字电视传播的最主要方式。

2.3 地面数字电视

地面数字电视有点像无限模拟电视, 它是基于电视发射塔来发射信号的, 通过电视发射塔将信号发射出去, 然后用户用相应的接收设备来获取。这种信号在一定的范围内效果还是很显著, 这也是数字电视最基础的传播形式, 还能够移动的接收节目, 这方便了广大用户。因此, 这种数字电视很普遍, 而且也方便控制, 最主要的还能抵御被破坏的风险。国家在这方面的投入还是很大的。

3 数字电视所依据的标准及在我国未来的发展

基于数字电视的特殊性, 每个国家都制定了相应的标准来控制数字信号的传播, 有美国的ATSC标准、欧洲的DVB-T标准、日本的ISDB-T标准, 还有中国的DMB-TH标准, 同时也针对不同的传播方式也制定了相应的标准。例如, 地面数字传播标准, 有线电视传播标准, 卫星数字电视传播标准。

数字高清电视在我国也有了十多年的发展历史, 从以前的节目单一, 到现在的多元化和多向化发展, 电视节目变得越来越丰富, 通过电视节目也让我们感受到了国家的强大。最近几年我国在信息技术上的投入不断加大, 就是为了建立起自己的模式来服务于广大群众, 来丰富广大群众的生活, 来增强一个民族的自豪感。数字电视本身就是一个高信息产业, 因此很多开发商愿意投入到其中来进行研究和开发, 再加上国家政策的鼓励, 这就更加快了数字电视的传播, 也为其发展铺平了道路。

我国目前高清数字电视要注重内容的多样性, 要摆脱单一模式, 探寻更多的模式。在运营模式上要适当允许市场参与, 让开发商参与其中, 这样才能更快的推动节目的发展。最后任何一项工作都离不开对人才的需求。因此, 加快这方面的人才培养和引进一批策划团队, 这样才能加快我国电视事业的高速发展。

4 结语

我国未来的高清数字电视将会得到快速的发展, 其在高性能、高科技上的投入也不断加大, 在技术上的研究也将不断的深化, 未来的社会将向着多元化、多向化及智能化的方向发展, 这将更加丰富广大群众的业余生活, 增强广大人民的民族自豪感。

参考文献

[1]张立臣.浅析高清电视的生存与发展[J].中国广电技术文萃, 2014 (1) :31-36.

[2]刘文页.数字高清视频处理综合设计[D].西安:西安电子科技大学, 2013.