■北京廣播電視臺：杜文釗

隨著信息技術(shù)的飛速進步，視頻在我們的生活中扮演著日益重要的角色。高清晰度（HD）和超高清晰度（UHD）視頻已經(jīng)成為了日常媒體和娛樂消費的標配，而近年來，8K超高清視頻技術(shù)正引領(lǐng)著視頻產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展方向。8K視頻以其驚人的分辨率和細節(jié)表現(xiàn)，為觀眾提供了前所未有的視覺體驗，將視頻觀看提升到了一個新的水平。本文深入探討了8K超高清視頻信號傳輸與分發(fā)的多個應(yīng)用領(lǐng)域，從娛樂、醫(yī)療、軍事、教育、房地產(chǎn)到航空航天和制造業(yè)，揭示了其在提升用戶體驗和工作效率方面的潛力與挑戰(zhàn)。盡管8K技術(shù)帶來了革命性的進步，但也需要克服高成本、不平等和技術(shù)可及性等問題。未來，平衡資源分配、可持續(xù)發(fā)展和社會責(zé)任將是關(guān)鍵，以實現(xiàn)8K技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，進入一個更加精彩的高清世界。

1. 8K超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及行動計劃

2019年2月初，工業(yè)和信息化部、廣電總局、中央廣電總臺印發(fā)了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》，明確指出超高清視頻是繼視頻數(shù)字化、高清化之后的新一輪技術(shù)革新，將會按照率先發(fā)展4K同時兼顧8K的總體方針，著力推進4K、8K等超高清視頻產(chǎn)業(yè)以及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，并預(yù)計2022年8K電視終端銷量占電視總銷量的比例超過5%；超高清視頻用戶數(shù)達到2億。

2. 8K視頻技術(shù)概述

2.1 8K視頻的定義與特點

當(dāng)探討8K視頻技術(shù)時，首先需要理解其定義和特點。8K視頻是指每個圖像幀包含約8000像素寬的圖像，通常的分辨率為7680x4320像素，這比傳統(tǒng)高清晰度（HD）視頻分辨率高出16倍。這一定義帶來了8K視頻的顯著特點，其中最明顯的是其卓越的圖像清晰度和細節(jié)呈現(xiàn)[1]。8K視頻能夠捕捉更多的細節(jié)，使觀眾能夠欣賞到更為清晰的畫質(zhì)，這在大屏幕和高質(zhì)量顯示設(shè)備上尤為明顯。

除了分辨率，8K視頻還具有廣泛的特點，包括色域、幀率、高動態(tài)范圍（HDR）和聲音體驗。在色域方面，8K視頻技術(shù)支持廣色域標準，如BT.2020，這意味著它能夠呈現(xiàn)更豐富和真實的顏色，使觀眾能夠欣賞到更生動的視覺效果。此外，8K視頻通常具有更高的幀率，這使得動畫和快速移動場景變得更為流暢。同時，HDR技術(shù)的應(yīng)用使8K視頻能夠?qū)崿F(xiàn)更高的對比度和更明亮的高光細節(jié)，提供更出色的觀看體驗。此外，8K視頻也支持高質(zhì)量的音頻，包括多通道音頻以及先進的音頻編解碼標準。

2.2 發(fā)展歷程

8K視頻技術(shù)的發(fā)展歷程源遠流長，它經(jīng)歷了多個重要的里程碑，從最早的概念到今天的商用應(yīng)用。早在20世紀80年代和90年代，研究人員便開始嘗試實驗性的8K分辨率視頻系統(tǒng)，盡管當(dāng)時的技術(shù)限制了廣泛應(yīng)用，但這些早期的努力為未來的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而，日本一直在8K視頻技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，NHK（日本放送協(xié)會）是最早研究和推動8K視頻的組織之一。NHK于2002年開始實驗性的8K廣播，標志著8K技術(shù)的早期探索[2]。而在2012年倫敦奧運會上，NHK首次演示了8K直播，引起了全球媒體和科技界的廣泛關(guān)注。

國際上也出現(xiàn)了一系列8K標準化努力，以確保設(shè)備和內(nèi)容的互操作性。這包括了關(guān)于視頻編解碼標準和傳輸協(xié)議的制定，如HEVC編碼和HDMI 2.1協(xié)議的發(fā)展，為8K技術(shù)的全球推廣提供了堅實的基礎(chǔ)。商用應(yīng)用方面，8K技術(shù)逐漸走向商用領(lǐng)域，包括電視、攝像機、顯示器和投影儀等多個領(lǐng)域。各大電視制造商推出了8K電視產(chǎn)品，同時內(nèi)容創(chuàng)作者也開始制作8K素材，為廣大觀眾提供更高質(zhì)量的娛樂體驗。這一趨勢顯示了8K技術(shù)在商用市場中的崛起以及對高質(zhì)量視頻的不斷追求。

8K視頻技術(shù)的全球擴展也是不可忽視的。8K技術(shù)不僅限于日本，全球范圍內(nèi)也正在快速擴展。各地的電視臺和制片公司開始采用8K技術(shù)來錄制和播放節(jié)目，同時8K視頻的在線傳輸和流媒體服務(wù)也逐漸嶄露頭角。這進一步表明了8K視頻技術(shù)的國際化趨勢，為觀眾提供了更多選擇和更高質(zhì)量的視覺體驗。表1描述了不同類型電視信號的主要技術(shù)指標，包括它們的通用別稱、分辨率像素數(shù)以及幀頻率。從HDTV的720P到UHDTV的8K，表1展示了分辨率和幀頻的逐步提升，反映了影像清晰度和流暢度的增長趨勢。8K技術(shù)的發(fā)展歷程充滿了創(chuàng)新和合作，為觀眾提供了前所未有的視覺體驗[3]。這一歷程也顯示了技術(shù)行業(yè)不斷前行的決心，為更高質(zhì)量的視頻內(nèi)容提供了更多機會和挑戰(zhàn)。

表1 各種電視信號主要指標

3. 8K視頻信號傳輸技術(shù)

3.1 帶寬需求

8K視頻的傳輸是一項復(fù)雜的任務(wù)，其中帶寬需求是至關(guān)重要的因素。8K視頻以其卓越的視覺質(zhì)量而著稱，然而，這一卓越也帶來了巨大的數(shù)據(jù)負擔(dān)。首先，8K視頻分辨率和幀率遠遠高于傳統(tǒng)高清視頻，這意味著每秒需要傳輸數(shù)以億計的像素。一幅標準的8K視頻幀（7680x4320像素）遠遠超過了高清視頻幀的像素數(shù)量，因此需要更多的帶寬來傳輸每一幀，以維持高質(zhì)量的視頻流。

8K視頻通常采用更高的顏色深度，例如10位或12位，以提供更豐富的顏色細節(jié)。盡管這增強了視覺質(zhì)量，但也增加了每像素的數(shù)據(jù)量，對帶寬產(chǎn)生額外壓力。高質(zhì)量的音頻也是8K視頻的常見伴隨物，包括多通道音頻和立體聲或立體聲3D音頻，這些音頻流也需要額外的帶寬來傳輸。

為了降低8K視頻傳輸所需的帶寬，高效的視頻壓縮編碼標準，如HEVC和AVS3，通常被使用。這些編碼標準通過減小視頻文件的大小來節(jié)省帶寬，但在解碼端需要額外的計算能力，因此帶寬與設(shè)備性能之間存在平衡關(guān)系。

設(shè)備兼容性也是一個重要的方面，因為8K視頻的傳輸需要得到硬件和設(shè)備的支持，包括8K電視、顯示器和播放器。這些設(shè)備必須能夠處理高帶寬的8K視頻信號，這意味著它們必須具備足夠的接口和處理能力。

3.2 編解碼技術(shù)

8K視頻信號傳輸中，編解碼技術(shù)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，因為它們直接影響到視頻的質(zhì)量、傳輸效率以及硬件要求。在這一領(lǐng)域，兩個主要的編碼標準，HEVC（High Efficiency Video Coding）和AVS3，引領(lǐng)著8K視頻傳輸?shù)陌l(fā)展。

HEVC，也被稱為H.265，是一種高效的視頻編碼標準，被廣泛用于8K視頻傳輸。它取代了之前的H.264標準，通過更好的壓縮算法實現(xiàn)了更高的編碼效率。HEVC通過采用更復(fù)雜的編碼技術(shù)來減小視頻文件的大小，從而降低了傳輸所需的帶寬。這對8K視頻非常關(guān)鍵，因為高分辨率的視頻通常伴隨著巨大的文件大小[4]。HEVC在8K視頻傳輸中取得了顯著的成功，提供了更高質(zhì)量的視頻流，并允許更多的8K內(nèi)容傳輸?shù)接^眾端。

AVS3是我國自主研發(fā)由AVS工作組制定的第三代音視頻編解碼技術(shù)標準，也是全球首個已推出的面向8K及5G產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的視頻編碼標準，旨在提供高效的視頻壓縮。AVS3編碼標準被廣泛認為是HEVC的競爭對手，因為它具有出色的壓縮性能和更好的兼容性，尤其在網(wǎng)絡(luò)流媒體領(lǐng)域。AVS3標準的使用有望降低8K視頻傳輸?shù)膸捫枨?，同時提供出色的視頻質(zhì)量。這種標準的廣泛采用將有助于8K視頻的更廣泛傳播和流媒體服務(wù)的發(fā)展。

3.3 8K視頻傳輸協(xié)議

在8K視頻傳輸中，選擇合適的傳輸協(xié)議至關(guān)重要。兩個主要的協(xié)議，HDMI 2.1和DisplayPort 2.0，在8K視頻傳輸中扮演了重要的角色，為高分辨率視頻的傳輸提供了技術(shù)支持。

HDMI 2.1，是高清晰度多媒體接口的最新標準，為8K視頻傳輸提供了強大的能力。它支持8K分辨率的視頻傳輸，同時提供更高的帶寬，可實現(xiàn)高達48 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度。這使HDMI 2.1成為連接8K電視和源設(shè)備（如8K播放器和游戲機）的理想選擇。除了高帶寬，HDMI 2.1還支持動態(tài)元數(shù)據(jù)，HDR（高動態(tài)范圍）和高幀率視頻傳輸，提供了更豐富和真實的視覺體驗。

DisplayPort 2.0也是另一個強大的8K視頻傳輸協(xié)議。它提供了高達80 Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，為8K視頻提供了更多的帶寬。DisplayPort 2.0支持多種配置，包括單鏈和雙鏈模式，允許用戶根據(jù)其特定需求選擇不同的8K傳輸方式。此外，它還支持HDR、高幀率和深色色域，提供了多樣性的8K視頻傳輸選項。

4. 8K視頻信號分發(fā)方式

4.1 有線傳輸

8K視頻信號的分發(fā)方式多種多樣，而有線傳輸一直是傳統(tǒng)的分發(fā)方式之一。有線傳輸提供了穩(wěn)定的信號傳輸途徑，適用于各種8K內(nèi)容的傳輸和接收。主要包括如下方式。

電視廣播：電視廣播一直是8K視頻信號傳輸?shù)囊环N主要方式。許多電視臺和廣播公司已經(jīng)開始實驗性地提供8K廣播，為觀眾提供高分辨率的節(jié)目和活動。通過天線接收，觀眾可以在8K電視上欣賞到清晰而生動的畫面，這為廣播行業(yè)帶來了革命性的變化。

衛(wèi)星電視：衛(wèi)星電視是另一種有線傳輸8K視頻的途徑。衛(wèi)星電視提供了廣覆蓋區(qū)域的信號傳輸，使8K內(nèi)容能夠傳輸?shù)竭b遠地區(qū)的觀眾。衛(wèi)星電視公司已經(jīng)開始為8K信號的傳輸做好準備，使觀眾能夠通過衛(wèi)星接收器觀看8K電視節(jié)目。

有線電視：有線電視運營商也在不斷升級其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以支持8K視頻的傳輸。有線電視系統(tǒng)通過高帶寬的有線網(wǎng)絡(luò)向用戶提供8K內(nèi)容，為家庭娛樂系統(tǒng)提供更高分辨率的選擇。

有線傳輸?shù)膬?yōu)勢在于其穩(wěn)定性和廣泛的覆蓋面，使8K內(nèi)容能夠傳輸?shù)礁鞣N觀眾，無論他們位于城市還是農(nóng)村地區(qū)。然而，有線傳輸也需要升級網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，以適應(yīng)高帶寬的8K信號，這對廣播公司和運營商提出了一定挑戰(zhàn)。

4.2 互聯(lián)網(wǎng)流媒體

除了傳統(tǒng)的有線傳輸方式，互聯(lián)網(wǎng)流媒體成為分發(fā)8K視頻的另一個關(guān)鍵途徑[5]。OTT服務(wù)是通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸音頻和視頻內(nèi)容的方式，不需要傳統(tǒng)有線電視運營商或衛(wèi)星電視公司的介入。許多OTT服務(wù)提供了8K視頻的內(nèi)容庫，觀眾可以隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備觀看8K節(jié)目。這為觀眾提供了極大的靈活性，使他們能夠自行決定何時觀看8K內(nèi)容。

互聯(lián)網(wǎng)流媒體不僅包括視頻點播（VOD），還包括直播流媒體。視頻點播允許觀眾按需觀看8K節(jié)目，而直播流媒體為重要活動（如體育賽事或音樂會）的實時傳輸提供了平臺。這兩種方式為觀眾提供了多樣的8K觀看體驗，無論是按照自己的節(jié)奏觀看節(jié)目還是實時加入精彩的活動。

4.3 5G傳輸

8K視頻信號分發(fā)可以通過5G傳輸以多種方式實現(xiàn)。其中一種方式是利用5G網(wǎng)絡(luò)進行直接的無線傳輸，即將8K視頻信號通過5G網(wǎng)絡(luò)從源端直接傳輸?shù)浇K端設(shè)備，使用戶可以實時觀看高清的8K視頻內(nèi)容。另一種方式是通過5G邊緣計算，將8K視頻信號傳輸?shù)竭吘壏?wù)器，然后再通過5G網(wǎng)絡(luò)將處理后的視頻流傳輸?shù)浇K端設(shè)備，以降低網(wǎng)絡(luò)延遲和提升視頻質(zhì)量。

4.4 8K視頻的云存儲與下載

除了有線傳輸和互聯(lián)網(wǎng)流媒體，8K視頻的分發(fā)方式還包括云存儲與下載。這種方式為觀眾提供了更多控制權(quán)和離線觀看的便利性。

8K視頻內(nèi)容可以存儲在云端服務(wù)器上，觀眾可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問并流式傳輸這些內(nèi)容。云存儲提供了靈活性，觀眾可以隨時隨地通過各種設(shè)備觀看8K視頻，只需具備互聯(lián)網(wǎng)連接即可。這種方式也減輕了觀眾的存儲負擔(dān)，因為視頻不需要本地存儲。

觀眾可以選擇下載8K視頻內(nèi)容，以在沒有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下觀看。這種方式對于觀眾來說具有離線觀看的優(yōu)點，特別是在旅行或沒有穩(wěn)定互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下。下載的內(nèi)容可以在各種設(shè)備上播放，無需實時流式傳輸[6]。

5. 8K技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

影視8K技術(shù)，作為一種前沿的圖像處理和顯示技術(shù)，已經(jīng)滲透到多個行業(yè)，每個行業(yè)都在探索如何最大限度地利用這種高分辨率技術(shù)以提升用戶體驗或工作效率。然而，這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用并非沒有代價，它在推動行業(yè)發(fā)展的同時，也帶來了一系列挑戰(zhàn)和問題。首先，在娛樂和媒體產(chǎn)業(yè)，8K為觀眾帶來了身臨其境的視覺體驗，尤其是在電影和游戲領(lǐng)域。但高昂的制作成本和播放設(shè)備要求限制了內(nèi)容的生產(chǎn)和消費，而且目前的傳輸帶寬和存儲設(shè)施還難以普及和支持8K內(nèi)容的流暢傳輸。在醫(yī)療領(lǐng)域，8K技術(shù)的精確圖像捕捉能力對于提高手術(shù)準確性和疾病診斷至關(guān)重要，尤其是在遠程手術(shù)和醫(yī)學(xué)影像分析中。然而，這些設(shè)備的高額成本可能會加劇醫(yī)療保健領(lǐng)域的不平等現(xiàn)象，使得資源較少的地區(qū)和機構(gòu)難以獲得這些先進工具。軍事和國防也可以從8K技術(shù)中受益，例如使用高分辨率圖像進行偵察活動和情報收集。但是，數(shù)據(jù)的安全性和隱私問題在這里變得尤為重要，因為高清晰度內(nèi)容更容易被用于不當(dāng)目的。教育領(lǐng)域可以通過使用8K視頻提供更豐富、更具吸引力的學(xué)習(xí)材料來受益，尤其是在遠程教育和虛擬實驗室環(huán)境中。但是，這種技術(shù)的實施需要大量的初始投資，在全球范圍內(nèi)可能會加劇教育不平等。房地產(chǎn)行業(yè)可以通過8K虛擬房屋游覽來吸引潛在買家，提供比傳統(tǒng)照片和視頻更真實的體驗。但是，制作這些高質(zhì)量的虛擬游覽的成本是巨大的，并且它們需要高速的互聯(lián)網(wǎng)連接來流暢地觀看，這在很多地區(qū)并不可行。8K技術(shù)的引進正在逐步改變多個行業(yè)的運作和用戶體驗，展現(xiàn)出無與倫比的潛力和優(yōu)勢。在航空航天領(lǐng)域，這種技術(shù)的高分辨率成像能力為地質(zhì)研究和環(huán)境監(jiān)測提供了重要資源，但同時也對數(shù)據(jù)處理和實時傳輸提出了前所未有的挑戰(zhàn)，要求更高質(zhì)量的通信鏈路和巨大的存儲空間。對于制造業(yè)，8K技術(shù)的精度和細節(jié)極大地提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量，但也加劇了行業(yè)內(nèi)的不平等，因為不是所有企業(yè)都能承擔(dān)相關(guān)的高昂成本和技術(shù)要求。在農(nóng)業(yè)中，盡管8K技術(shù)有助于精確監(jiān)控作物狀況，促進高效農(nóng)業(yè)，但它也需要昂貴的設(shè)備和強大的網(wǎng)絡(luò)支持，這在許多農(nóng)村地區(qū)是不現(xiàn)實的。此外，零售業(yè)和交通運輸領(lǐng)域也面臨類似的矛盾，8K技術(shù)雖然為消費者和公眾服務(wù)提供了創(chuàng)新的可能性，但實施成本和基礎(chǔ)設(shè)施需求往往限制了其廣泛采用。因此，盡管8K技術(shù)為各行業(yè)帶來了革命性的進步，但它也揭示了與高投資、資源分配不均和技術(shù)可及性相關(guān)的深層次問題。

6. 結(jié)束語

在探索8K超高清視頻信號傳輸與分發(fā)的過程中，我們明確了這項技術(shù)在改善視覺體驗和推動行業(yè)創(chuàng)新方面的巨大潛力。然而，與此同時，技術(shù)的高成本、基礎(chǔ)設(shè)施需求和潛在的社會影響也提出了嚴峻挑戰(zhàn)。未來的道路需要我們在追求技術(shù)卓越的同時，平衡資源投入，關(guān)注可持續(xù)發(fā)展，并積極應(yīng)對可能出現(xiàn)的社會分歧。只有這樣，8K技術(shù)的廣泛應(yīng)用才能真正惠及社會各界，引領(lǐng)我們進入一個更加精彩的高清世界。在這一進程中，持續(xù)的創(chuàng)新、合作和責(zé)任感將是我們不可或缺的伙伴。