尹紅

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，4K超高清電視也逐漸走進(jìn)千家萬(wàn)戶，如何確保4K超高清電視的傳輸效率，是現(xiàn)在行業(yè)重點(diǎn)討論的問(wèn)題。本文針對(duì)4K超高清電視技術(shù)特點(diǎn)展開(kāi)討論，并探討了在傳輸廣播電視節(jié)目時(shí)，衛(wèi)星傳輸效率如何得到有效提升的途徑，以供參考。

【關(guān)鍵詞】4K超高清電視;衛(wèi)星傳輸效率;技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.23.002

4K超高清電視的發(fā)展離不開(kāi)諸多環(huán)節(jié)的支持，從電視內(nèi)容的制作與播出、電視信號(hào)的采集和傳輸、電視終端的接收等都需要進(jìn)行積極的探索與創(chuàng)新，相關(guān)電視傳輸設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)也是重中之重，由此可見(jiàn)，4K超高清電視技術(shù)不僅僅使電視畫(huà)面的清晰度得到提高，還推動(dòng)了電視行業(yè)其他技術(shù)的迅速發(fā)展。本文將分析4K超高清電視如何利用衛(wèi)星傳輸技術(shù)，提高傳輸?shù)男省?/p>

1. 4K超高清電視概述

超高清電視的標(biāo)準(zhǔn)誕生于2012年，國(guó)際電信聯(lián)盟針對(duì)電視技術(shù)的六個(gè)維度，對(duì)超高清電視作出了明確的規(guī)定，標(biāo)志著超高清電視正式進(jìn)入社會(huì)大眾的視線，并穩(wěn)步朝前發(fā)展。根據(jù)規(guī)定，超高清電視的分辨率應(yīng)達(dá)到4K或者8K，即3840×2160和7680×4320。4K超高清電視的像素大約為800萬(wàn)，是1080P電視的4倍，這一高分辨率使得用戶在觀賞電視畫(huà)面時(shí)更加清晰。

1.1 色域

色域是指電視等相關(guān)設(shè)備所能夠展示的最大色彩范圍，是在設(shè)備技術(shù)中產(chǎn)生的全部顏色。根據(jù)超高清電視的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其色域進(jìn)行了明確的定義，以CIE1931色域作為基準(zhǔn)，高清電視的色域定義是35.9%，而超高清電視的色域定義則達(dá)到了75.8%。

1.2 量化精度

根據(jù)超高清電視的量化定義，4K超高清電視應(yīng)達(dá)到10bit精度，8K超高清電視則應(yīng)達(dá)到12bit，而高清電視的量化精度則僅有8bit。例如，以4K超高清電視為例，當(dāng)其色深達(dá)到10bit時(shí)，則代表電視設(shè)備能夠顯示出10.7億種顏色，即RGB模式下每一種顏色可以對(duì)應(yīng)1024個(gè)量化等級(jí)，按照計(jì)算公式10243=10.7×108，可以得到具體的顏色搭配數(shù)量。而普通的高清電視則只需達(dá)到8bit的量化精度，顏色搭配數(shù)量?jī)H有1677萬(wàn)種。高精度的量化標(biāo)準(zhǔn)使電視的顏色更加清晰，灰階過(guò)度更加真實(shí)自然，圖像也更加細(xì)膩清晰。

1.3 電視幀率

傳統(tǒng)的電視掃描方式是個(gè)隔行掃描，即將一幀圖像分割成兩場(chǎng)，分別由奇數(shù)行和偶數(shù)行完成掃描，當(dāng)終端接收到信號(hào)時(shí)再將圖像完整拼合出來(lái)。但是如果在掃描圖中出現(xiàn)了誤差，就會(huì)導(dǎo)致掃描線出現(xiàn)奇數(shù)行和偶數(shù)行的重合，即便同步情況未收到影響，也會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度受到影響。在進(jìn)行隔行掃描時(shí)，如果存在高速運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面，則會(huì)對(duì)畫(huà)面?zhèn)鬏斣斐捎绊?，?dǎo)致用戶觀看畫(huà)面時(shí)出現(xiàn)圖像閃爍或停滯的效果。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)殡娨暺聊坏膸薀o(wú)法滿足高速運(yùn)動(dòng)畫(huà)面的傳輸需求。高清電視的最高傳輸幀率是50fps，但由于采用了隔行掃描技術(shù)，因此每場(chǎng)掃描的數(shù)據(jù)只有圖像清晰度的一半?，F(xiàn)在隨著科技的進(jìn)步，編解碼技術(shù)得到提升，顯示設(shè)備制造也已滿足了更高清的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)4K超高清電視或更高的幀率需求。根據(jù)超高清電視的相關(guān)規(guī)定，最高幀率可達(dá)120P。電視的幀率越高，高速運(yùn)動(dòng)的圖像傳輸便越清晰、越連貫，并且超高清電視的掃描方式為逐行掃描，使畫(huà)面圖像更加流暢細(xì)膩。

1.4 音頻技術(shù)

標(biāo)清電視的音頻技術(shù)一般有左右聲道或立體聲，發(fā)展到高清電視時(shí)則推廣使用5.1環(huán)繞聲，而超高清電視的出現(xiàn)進(jìn)一步提升了對(duì)音頻技術(shù)的要求，推出了5.1.4三維聲的音頻技術(shù)。這一技術(shù)是在5.1環(huán)繞聲的基礎(chǔ)上增加4個(gè)音響，能夠讓人們更加沉浸在環(huán)繞的音頻空間里。同時(shí)三維聲還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)聲音軌跡的還原，通過(guò)對(duì)特定聲音對(duì)象軌道的記錄真實(shí)地將現(xiàn)場(chǎng)聲音效果傳達(dá)給觀眾。例如在音樂(lè)會(huì)時(shí)，超高清電視的音頻可以準(zhǔn)確地還原出音樂(lè)現(xiàn)場(chǎng)的觀眾鼓掌方位。

1.5 高動(dòng)態(tài)范圍

高動(dòng)態(tài)范圍的英文縮寫(xiě)是HDR，以自然界的最暗星光為起始點(diǎn)，直到最亮的太陽(yáng)直射光為終點(diǎn)，數(shù)量級(jí)規(guī)定范圍是10-6到109，跨越1015的范圍，以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為參考，人的瞳孔在不進(jìn)行調(diào)解時(shí)，正常亮度范圍僅有105。傳統(tǒng)的高清電視的顯示亮度范圍則僅有103，代表畫(huà)面的動(dòng)態(tài)范圍在0.1-100nit之間，以此作為標(biāo)準(zhǔn)即為SDR。雖然目前不少電視的亮度得到了提升，但實(shí)際上并沒(méi)有達(dá)到HDR的標(biāo)準(zhǔn)，也未使用相關(guān)技術(shù)，因此并不能真正實(shí)現(xiàn)HDR傳輸。事實(shí)上，不采用HDR技術(shù)會(huì)導(dǎo)致人們觀看到的電視圖像亮度下降，一些較暗的電視畫(huà)面可能在屏幕上變成一團(tuán)漆黑的圖片，而一些較亮的電視畫(huà)面則可能變成很多白光匯聚的場(chǎng)景。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)HDR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光電之間的相互轉(zhuǎn)化，提高還原的效果與真實(shí)性，將亮度范圍提升到105，以人眼觀看自然的標(biāo)準(zhǔn)還原電視的呈現(xiàn)效果，從而使畫(huà)面中的細(xì)節(jié)更多地展現(xiàn)出來(lái)。

2. 衛(wèi)星傳輸廣播電視節(jié)目效率的提升

4K超高清電視技術(shù)為人們提供自然真實(shí)的畫(huà)面享受和沉浸式的音頻效果的同時(shí)，也導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)成比增加。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，高清電視的數(shù)據(jù)碼率為1.24Gb/s（50i），但要達(dá)到4K超高清電視技術(shù)的傳輸要求，則數(shù)據(jù)碼率要達(dá)到12.4Gb/s（50P）。如果不壓縮數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)傳輸，則要求無(wú)限信道達(dá)到12Gb/s的傳輸要求幾乎是不可能的人物，因此，必須提高信源編碼的技術(shù)。

信源編碼技術(shù)是針對(duì)大量數(shù)據(jù)的傳輸需求產(chǎn)生的，在確保圖像質(zhì)量不發(fā)生變化的情況下，采用質(zhì)量較高的壓縮比將數(shù)據(jù)中心的冗余信息進(jìn)行剔除，確保信源以較少的數(shù)據(jù)量來(lái)展示。比如原本一套節(jié)目的數(shù)據(jù)信息達(dá)到20MB，在經(jīng)過(guò)信源編碼后，可以減少至5MB，在采用相同的帶寬進(jìn)行傳輸時(shí)，能夠更快地傳輸節(jié)目數(shù)據(jù)，使得相同時(shí)間內(nèi)節(jié)目傳輸?shù)臄?shù)量大大提升，電視頻道也能實(shí)現(xiàn)頻譜資源的合理配置。目前我國(guó)自主研發(fā)了AVS2編碼技術(shù)，國(guó)際通用的還有H.265技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)的運(yùn)用，能夠保證4K超高清電視節(jié)目的穩(wěn)定傳輸。

經(jīng)過(guò)編碼技術(shù)的壓縮，4K的數(shù)據(jù)傳輸碼率可以壓縮至30Mb/s-40Mb/s，基本能夠在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)信道中進(jìn)行快速傳播，確保電視節(jié)目能夠高質(zhì)量地呈現(xiàn)在用戶的終端上。

傳輸4K超高清電視節(jié)目可以通過(guò)移動(dòng)寬帶、地面數(shù)字電視、有線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星傳輸?shù)确绞剑渲行l(wèi)星傳輸系統(tǒng)具有更寬的帶寬。衛(wèi)星廣播電視節(jié)目傳輸系統(tǒng)利用衛(wèi)星進(jìn)行傳輸，一顆衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)全球三分之一的覆蓋面，是目前較為常見(jiàn)的傳輸手段之一。

判斷通信系統(tǒng)是否良好的主要標(biāo)準(zhǔn)是查看通信的有效性和可靠性，為了在有限的帶寬中傳輸更多的信息，往往采用AVS2編碼技術(shù)或H.265編碼技術(shù)將信息中的冗余信息提出，提高信息的傳輸?shù)乃俾?。在信道中進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，信號(hào)會(huì)受到一些干擾，為了確保在干擾中信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度地還原，還需要借助信道編碼技術(shù)來(lái)加強(qiáng)傳輸系統(tǒng)的保護(hù)。

DVB-S技術(shù)是20世紀(jì)90年代逐漸推廣的衛(wèi)星傳輸信道編碼技術(shù)，目前標(biāo)清與高清電視仍廣泛使用這一編碼技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的傳輸。而隨著超高清電視的出現(xiàn)，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的信道編碼技術(shù)則廣泛采用了FEC前向糾錯(cuò)編碼，是在信道中加入冗余比特信息，從而確保傳輸?shù)馁|(zhì)量。在4K超高清電視的傳輸里，通過(guò)FEC編碼技術(shù)，傳輸經(jīng)過(guò)壓縮的4K電視信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)較為良好的還原效果。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和4K超高清電視節(jié)目制作技術(shù)的提高，4K超高清電視節(jié)目在經(jīng)過(guò)H.265編碼技術(shù)的壓縮后仍然有60Mb/s的傳輸碼率，此時(shí)DVB-S的信道編碼技術(shù)就無(wú)法滿足高質(zhì)量的傳輸需求，限制了電視信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸效率。因此針對(duì)這一情況，DVB組織在2005年頒布了新的標(biāo)準(zhǔn)，即DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)，并在2013年對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)再次進(jìn)行了更新。

DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)比DVB-S標(biāo)準(zhǔn)的傳輸效率更高，并廣泛采用了LDPC編碼技術(shù)，這一編碼技術(shù)的碼字可達(dá)64800bit，并且它的糾錯(cuò)能力隨著碼字的長(zhǎng)度提升而提升。但是LDPC的誤碼率會(huì)隨信噪比的增加而出現(xiàn)下降不明顯的情況，因此一般還會(huì)采用BHC碼與其進(jìn)行級(jí)聯(lián)，從而降低LDPC的誤碼平臺(tái)。

對(duì)于無(wú)線傳輸系統(tǒng)而言，其關(guān)鍵技術(shù)在調(diào)制，通過(guò)有效的調(diào)制能夠極大地改善信號(hào)的傳輸效率。而調(diào)制的最大推動(dòng)力就是改進(jìn)性能，通過(guò)增加調(diào)制階數(shù)能夠促進(jìn)信號(hào)傳輸效率的有效提升，但與此同時(shí)，降低了信號(hào)的抗干擾能力。因此在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，應(yīng)該將誤碼特性要求放在首位，不能出現(xiàn)傳輸速度高但準(zhǔn)確性低的情況。近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率不再受到很大的限制，信道編碼技術(shù)也有了很大的提升，從而使衛(wèi)星傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)逐步提高，更高效率的調(diào)制技術(shù)也被積極運(yùn)用在實(shí)踐中，衛(wèi)星能夠承載更大的載噪比，使傳輸效率穩(wěn)步提高。

3. 結(jié)語(yǔ)

4K超高清電視頻道的增加，能夠?yàn)槿藗兲峁└迂S富優(yōu)質(zhì)的節(jié)目選擇，因此需要加強(qiáng)對(duì)超高清電視技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，提高電視信號(hào)傳輸?shù)男?。通過(guò)對(duì)衛(wèi)星傳輸?shù)难芯浚訌?qiáng)對(duì)信道和信號(hào)的編碼技術(shù)創(chuàng)新，使信號(hào)傳輸?shù)膲毫p小，碼率不斷提升，為4K超高清電視的發(fā)展提供有益的環(huán)境。

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