恐怖7680×4320 超高清8K电视技术解析

2015-01-26 18:32:23来源: 中关村在线

次时代TV标准:Super Hi-Vision

    每一次视频技术的革新,都能将用户的视觉体验上升至新的高度,比如DVD碟机到蓝光碟机;又比如标清电视信号到高清电视信号,视频技术的重要性和意义不言而喻。近些年,超高清4K电视爆发,如今4K电视已经覆盖高中低三个细分市场,展现出一统江湖的霸气。不幸的是,4K只是超高清时代的“垫脚石”,更高阶的8K才是下一时代的真正主宰。

超高清8K电视技术权威解析

    Ultra High Definition Television(UHDTV),译为超高清电视,而UHDTV电视标准官方注册名称为“Super Hi-Vision”,严格意义上说,Super Hi-Vision才是下一代电视视频技术的准确名称。那么,Super Hi-Vision标准和4K、8K电视又有何关系呢?我们通过一张图说明。

Super Hi-Vision / 8K Ultra HD采用相同标准

    一直以来,4K电视缺乏严谨的标准支持,除了3840×2160分辨率之外,其余指标沿用现有Full HD(1080p)标准,完全谈不上所谓的“次时代”。而早已通过国际电信联盟(ITU)和电影电视工程师协会(SMPTE)的认可的Super Hi-Vision标准则有细致的新指标,画面帧率、标准观看距离、视角模式以及音频标准均有巨大的提升。

超高清8K分辨率仅仅是Super Hi-Vision标准的“硬性指标”之一

    可以看到,Super Hi-Vision标准分辨率为7680×4320,总像素高达3300万个;为了更好的支持裸眼3D显示技术,Super Hi-Vision画面帧率统一提升至120fps;标准观看距离和视角模式亦有大幅提升。更重要的是,与8K Ultra HD分辨率相对应的是22.2声道标准,4K和1080p分辨率的5.1声道完全没有可比性。

Super Hi-Vision兼容现有1080p图像

● Super Hi-Vision标准发展历程

    早在2006年,日本广播协会科学与技术研究实验室(NHK Science and Technical Research Laboratories,后文简称:NHK)分别向国际电信联盟(ITU)和电影电视工程师协会(SMPTE)提交Super Hi-Vision视频技术的标准化申请,随后国际电信联盟将Super Hi-Vision视频技术作为UHDTV的推荐草案。

Super Hi-Vision完整的规格说明

    NHK为Super Hi-Vision视频技术申请标准化时表示:该技术是一种旨在表现综艺、体育、戏剧、影视、音乐会等节目的数字视频系统,鉴于1920×1080已成为高清通用图像格式(HDCIF),因此Super Hi-Vision的图像格式质量需高于现有HDCIF标准。Super Hi-Vision视频技术分为UHDTV1(3840×2160)和UHDTV2(7680×4320)两种标准,根据不同国家地区支持50Hz、60Hz及59.94Hz等帧率,所有帧率均采用逐行扫描。

Super Hi-Vision视频技术研发实验室

    日本和美国研究机构表明,HDTV宽屏相比SDTV可以带来更加出色的视觉体验,因此Super Hi-Vision视频技术继续沿用16:9显示比例,Super Hi-Vision两种标准的像素数量分别为HDCIF(1920×1080)的4倍(3840×2160)与16倍(7680×4320),此外,Super Hi-Vision视频系统的基色坐标、标准白、光电转换函数、亮度/色差分量方程等色度学指标均与现有的ITU-R BT.709、SMPTE RP177等标准兼容。综上所述,可以说Super Hi-Vision视频技术已经把兼容性做到了极致。

● 7680×4320视频采集“次时代”机种

    Super Hi-Vision视频技术7680×4320究极分辨率拥有3300万像素,目前市面上大多数全画幅单反相机都在2400万像素左右,换句话说,大多数全画幅单反相机所拍摄的照片还无法铺满Super Hi-Vision显示设备的屏幕,那么7680×4320分辨率视频又是如何采集的呢?

2012年之前的Super Hi-Vision视频采集摄像机“威武的体积”

    Super Hi-Vision视频系统早在2006年就已经草案通过,7680×4320分辨率高达3300万像素的视频采集只能“另辟蹊径”,NHK采用富士能设计的4通道分光棱镜和4枚美光(Micron)科技生产的800余万像素的CMOS图像传感器组成4CMOS系统,其中两片感应绿光并进行斜向像素偏移,其余两片分别感应红光与蓝光。随后,NHK通过与池上通信机株式会社共同设计出Super Hi-Vision画质所需的摄像机。

2013年以后的Super Hi-Vision视频采集摄像机“小巧便携许多”

    2011年,日本NHK在Open House平台上首次展示出2.5英寸3300万像素CMOS图像传感器样品,引起了技术控的关注,NHK工程师表示,他们在综合考虑镜头解析度与尺寸、传感器灵敏度与动态范围后,决定将像素尺寸控制为3.8微米,并采用低电压差分方式,以满足Super Hi-Vision摄像机对高速传输的需求,并表示低电压差分方式能有效降低功耗表现。

Super Hi-Vision投影机和电视

    Super Hi-Vision投影机完成视频采集工作之后,需要对应的Super Hi-Vision显示终端进行展示,考虑到Super Hi-Vision视频技术还有很大的改良进步空间,可靠的显示设备对NHK来说可以说同样关键。

JVC Super Hi-Vision投影机

    为准确还原Super Hi-Vision技术的图像质量,NHK联手知名投影机厂商——JVC公司,它们进行深度合作之后,成功设计出Super Hi-Vision视频技术所需的投影机,该投影机拥有1000000:1的超高对比度。

超高清8K可清晰识别球员的名字

    NHK与JVC合同的Super Hi-Vision投影机画质表现极为出众,据悉索尼、NEC等投影机行业的大品牌正在研究Super Hi-Vision投影机产品。除投影机之外,目前和Super Hi-Vision视频技术相关联的产业正在研究100英寸以上的等离子显示产品,甚至还包括显示器和电视机。

8K电视分辨率16倍于Full HD并支持裸眼3D技术(右下角120Hz)

    这是一款Super Hi-Vision液晶电视,顶部标识3300万像素意味着其解析度为7680×4320,不难看到,这款产品画面显得很富有立体感,Super Hi-Vision视频技术将完美支持裸眼3D技术,届时3D眼镜将成为历史。

● 8K原始文件惊人“200GB/分钟”容量

    众所周知,蓝光标准为1920×1080逐行扫描分辨率、7.1声道和需要佩戴眼镜的3D显示技术。Super Hi-Vision视频技术也有硬性标准,7680×4320逐行扫描分辨率,22.2声道以及裸眼3D显示技术,可以说除了恐怖的画面解析度之外,Super Hi-Vision视频技术其它方面同样“不留死角”,目前蓝光最高50GB容量,Super Hi-Vision视频技术需要多少?

蓝光1080p容量上限为50GB

    通过JVC Super Hi-Vision摄像机视频采集的结果来看,长度为1分钟7680×4320分辨率视频需占用194GB存储空间,如此惊人的体积无论对Super Hi-Vision蓝光还是电视信号而言,都有巨大的压力。为了将16倍于HDCIF的原始信息量压缩至可接受的水平,NHK采用多个编解码器并行工作的方法,以往采用MPEG-2编码。

    在2012年的Open House展会中,NHK展示与富士通实验室共同研制的基于MPEG-4 AVC/H.264的实时编解码器样机,可将UHDTV高达24Gbps的原始码流压缩至原来的1/100至1/200。2013年,HEVC编码技术凭借惊人的压缩率,很快就在Super Hi-Vision领域产生影响力,采用H.265/HEVC编码标准,可大幅降低7680×4320视频文件的容量。

Super Hi-Vision均采用HEVC编码技术

    通过HEVC编码器,的Super Hi-Vision每分钟194GB的原始数据仅为压缩前的1/150~1/400,那么1分钟Super Hi-Vision原始视频194GB的容量可控制在700MB~1GB左右。2014年,日本先锋公司宣布,256GB容量的蓝光光盘已可实现流片,而先锋公司进一步宣布,未来会继续加大光盘的容量,实现双面八层,每层容量为32GB,累积容量高达512GB,更远的未来则可以实现1TB,结合H.265最新解码技术,意味着将来的8K蓝光亦可以轻松搞定。

● 22.2声道配合顶尖8K新“100%”视角

    Super Hi-Vision视频技术,一段1分钟原始视频就需要占用大约200GB存储空间,把罪魁祸首锁定于超高的7680×4320解析度并不公平,因为Super Hi-Vision视频技术提供22.2声道音频系统,这也是大幅提升容量占用的“元凶”之一。

Super Hi-Vision提供22.2声道音响系统

    Super Hi-Vision视频技术拥有16倍于1080p的究极解析度,画质表现极为惊人,那么所配套的音频质量也需要同步升级才算完满。对此,NHK公司为Super Hi-Vision视频技术提供22.2声道的音响系统,其中22个音源遍布用户的前面、后面、左边、右边、顶部和底部,再辅以2个低频音源效果,“奢侈”的配置完胜时下蓝光流行的5.1/7.1音频标准,音质体验可想而知。

    此外,日本将来还会采用21GHz频段作为Super Hi-Vision视频技术的卫星广播,Super Hi-Vision信号经过压缩技术和调制之后,通过一个上行转换器发送到到专属的21GHz频段进行电视广播。而在用户终端方面,Super Hi-Vision卫星电视信号则被传送到一个下行转换器,通过解密和解码之后显示出来。

7680×4320超高清分辨率的惊人优势

     Super Hi-Vision视频技术7680×4320超高清分辨率从视觉感官上不仅秒杀1080p HDTV电视机,甚至也不把4K级影院放在眼里,视听体验方面的优势极为惊人。综合来看,NHK显然把下一代Super Hi-Vision电视视频技术寄托在7680×4320身上,入门版本的3840×2160只是高清进化至超高清的桥梁。

● 日本8K电视信号传输达商业标准

    作为电视产品,首要的任务还是观看电视节目,目前1080p信号源在发达国家已经十分普及,在发展中国家(包含中国)也有不错的势头。目前,4K电视信号还处于萌芽状态,而日本方面则为4K电视信号只是“过渡”而已,真正的未来电视标准应该定位8K,近些年从未停止过对于8K电视信号的技术研究,日本方面有关8K电视信号近期有传来了新的喜讯。

夏普全球首款8K电视——85英寸(2015年将会上市)

    日本NHK电视台,是研究8K电视信号的核心企业,对于电视信号而言,只有传输距离达到了一定的水平才有商用的可能,2012年5月时,日本NHK电视台宣布8K电视信号可传输距离达到了4.4公里,这个消息确认了8K电视信号是有可能实现商用的,支持传输距离还需要进一步加强。换句话说,困扰8K电视信号发展的除了节目内容之外,就是传输距离的限制。

    日前,日本NHK电视台正式宣布,他们已经成功的通过空中信号将8K电视信号传输到27公里外的接收站,相比近2年前的4.4公里,传输距离升级了6倍有余,基本上和目前1080p电视信号的传输距离一致。更重要的是,整个27公里的传输距离,日本NHK电视台的8K视频广播内容传输过程中,并未有任何的信号损失,这项技术的成功意味着8K电视信号已经符合商业需求。

三星98英寸8K电视细节放大:色彩和清晰度依旧恐怖

    目前4K电视处于爆发期,而8K电视已经开始崭露头角,他们之间的关系有点像今天的720p和1080p,而1080p是高清时代的最高标准,8K也将是超高清时代的最高标准,从发展前景来看,显然8K才是超高清电视的未来。如今,日本NHK电视台就8K电视信号商业化准备就绪,可以应对未来的国际体育大赛转播需求,同时美国方面也将会采用这套标准,一切的一切表明,8K才是超高清的终点。

● 标准决定一切:4K只是过渡,8K才是传承

    截至目前为止,有关4K标准依旧没有出台,而高端Super Hi-Vision / 8K UHDTV标准早在2006年就已经确定:16倍于1080p的究极解析度,22.2环绕声道以及裸眼3D显示技术。NHK表示,2015年Super Hi-Vision视频项目将正式启动,2020年正式商用,届时美国方面也会采用Super Hi-Vision作为下一代电视视频技术。换言之,时下热门的4K电视,极有可能只是过渡型产品。

关键字:电视技术  高清

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2015/0126/article_8488.html
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