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初识UHDTV(超高清电视)

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发表于 2014-10-14 19:22:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
初识UHDTV(超高清电视)
从技术的角度看,电视系统的发展历经了黑白电视、彩色电视和数字电视三个历史阶段,目前,第四代电视技术——高清晰度电视正在全球范围内蓬勃发展。从图像格式的角度看,现有电视分为50万像素(720×576或720×480)、1百万像素(1280×720)与2百万像素(1920×1080)三个级别,其中前者称作标准清晰度电视(SDTV),而后两者统称为高清晰度电视(HDTV)。相关研究表明,人在观看图像时,更宽的视角可带来更强的真实感。
从历史的角度看,电视技术一直有追踪电影技术的趋势。经过多年的研究与试验,目前在全球获得认可的数字电影放映图像格式为2K(2048×1080)与4K(4096×2160),实际上,上述两种数字放映图像格式都是参考高清电视的图像格式制定的,只是电影行业想让数字电影的起点更高、走得更远一点。当然,电视人并未就此止步,由NHK STRL(科学与技术研究实验室)提出的面向未来的Super Hi-Vision(SHV)正是这样一种可产生、传输、存储、显示高帧频、高清晰度图像及多通道伴音的超高清电视系统。
2006年发布的ITU-R BT.1769建议书《用于制作和国际节目交换的大屏幕数字成像(LSDI)图像格式的扩展体系参数值》对SHV系统的图像格式进行了标准化,同时,NHK也于不久前向SMPTE I23工作组提交了超高清电视(UHDTV)的图像格式草案《Ultra-high definition television – Image parameter values for program production》。实际上,上述的LSDI与UHDTV描述的都是SHV,因此以下暂用UHDTV来指代SHV。
鉴于1920×1080已成为高清通用图像格式(CIF),而且UHDTV是一种旨在表现戏剧、演出、体育赛事、音乐会等节目的数字成像系统,因此UHDTV的图像格式要高于现有高清CIF的质量。UHDTV的图像格式分为UHDTV1(3840×2160)与UHDTV2(7680×4320)两个层次,支持50 Hz、60 Hz及(60/1.001)Hz等几种帧频,系统采用逐行扫描。由于采用正交采样,因此UHDTV图像的像素宽高比为1:1,图像幅形比为16:9。为了保持与现有HDTV系统的兼容性,除上述两种图像格式的像素数量分别为CIF的4倍与16倍之外,UHDTV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都与ITU-R BT.709、SMPTE RP177等现有标准兼容。UHDTV图像的数字表示形式与相关采样结构为R’G’B’(4:4:4)或Y’CB’CR’(4:4:4/4:2:2/4:2:0),每个分量的量化位数皆为10或12 bit,不过R’G’B’/Y’CB’CR’分量并未全部占用1024或4096个可用码值。
一段长度为1分钟的UHDTV2格式的图像需占用194 GB的存储空间,为了将UHDTV的4倍或16倍于HD CIF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,过去的展示曾采用MPEG-2,在今年的Open House活动中,NHK展示了与富士通实验室联合研制的基于MPEG-4 AVC/H.264的实时编解码器样机,可将UHDTV高达24 Gbit/s的原始速率压缩至原来的1/100至1/200,而后通过一个利用21 GHz频带的宽带传送系统通过超高速数据通信卫星转发至千家万户。2005年11月,NHK还曾利用密集波分复用技术,进行了通过光纤网络传送24 Gbit/s原始数据流的实验,传送距离达到了260千米。
为了产生UHDTV所需的超高清晰度图像,NHK曾采用富士能公司设计的4通道分光棱镜和4枚美光科技生产的800万像素传感器,其中两片感应绿光并进行斜向像素偏移,另外两片分别感应红光与蓝光,通过与池上通信机株式会社的合作,设计出UHDTV摄像机。在今年的Open House,NHK还展示了2.5英寸、3300万像素CMOS影像传感器的样品,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,NHK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UHDTV摄像机对高速传输与低功耗的需求.
为了还原UHDTV图像,NHK还与JVC合作,设计出了对比度达1000000:1的UHDTV投影机,同时在100英寸以上的等离子显示器上显示UHDTV图像的研究也在进行中。此外,为配合UHDTV系统开发的22.2声道音响系统,通过位于观众前后左右上下的22个音源以及2个低频效果音源,可营造出一个比现有5.1或7.1环绕声系统更加逼真的声场。
NHK的SHV系统已在2005年日本爱知世博会、NAB 2006、IBC 2006、CEATEC 2006、NAB 2007以及由NNK STRL举办、一年一度的Open House等场合多次进行公开演示,并于2009年实现商用。笔者期待在不久的未来能有机会置身于一个300英寸银幕前,在0.75倍于屏幕高度的距离现场感受接近100度的水平视角以及22.2声道的环绕声音响带来的UHDTV体验。
NHK发布超高清电视广播,7680X4320分辨率UHDTV震撼上演
日本NHK科学技术研究实验室(Science and Technical Research Laboratories, STRL)日前演示了超高清(UHD)电视的卫星广播,据称其分辨率将是目前的高清电视的16倍。
NHK将该技术称为“Super HiVision”,具有7680X4320像素的分辨率,逐行扫描速度为每秒60帧。STRL是NHK旗下的中心实验室,它在上月于拉斯维加斯举行的NAB展会上进行了图像演示,利用光纤传输。通过在模拟卫星广播中检验信号传输和在实验室中加以演示,研究人员使这项技术更加接近成为现实。
日本获得了21GHz频段用于将来的卫星广播。如果开始UHDTV广播,由于可以获得较宽的带宽,卫星播放是可行的。UHDTV信号经过压缩、调制和经过一个上行转换器,然后发送到一个实验性21GHz频段卫星收发器。随后信号被传送到一个下行转换器,经过解调和解码后显示出来。
NHK还没有为这种下一代广播系统制订规格,但正在使用Super HiVision作为研究基础。目前Super HiVision基带信号的数据率为每秒24Gbit,而HDTV基带信号的目前数据率为1.5Gbit。
NHK光纤实现超高清传输 信号速率达24Gbps
日本广播公司(NHK)旗下的科学技术研究实验室(STRL)日前演示了超高清(UHD)电视的卫星广播,据称其分辨率将达到目前高清电视的16倍。NHK将该技术称为“Super HiVision”,具有7680×4320像素的分辨率,逐行扫描速度为每秒60帧。STRL作为NHK旗下的中心实验室,曾在上月于拉斯维加斯举行的NAB展会上进行了图像演示,利用光纤传输。 通过在模拟卫星广播中检验信号传输并实验室中加以演示,研究人员使这项技术更加接近成为现实。日本获得了21GHz频段用于将来的卫星广播。如果开始UHDTV广播,由于可以获得较宽的带宽,卫星播放是可行的。UHDTV信号经过压缩、调制和经过一个上行转换器,然后发送到一个实验性21GHz频段的卫星收发器。随后,信号被传送到一个下行转换器,经过解调和解码后显示出来。NHK还没有为这种下一代广播系统制订规格,但正在使用Super HiVision作为研究基础。目前Super HiVision基带信号的数据率为每秒24Gbit,而HDTV基带信号的目前数据率仅为1.5Gbit。 NHK曾在上年年底演示过这种通过连接距离达260公里的光纤网络的Super Hi-Vision节目的实况转播,目标直指下一代广播,能为观众传送逼真图像。 NHK还研制出Super Hi-Vision照相机,配备了800万像素的CCD图像传感器,能拍摄4k×8k个图像。在现场测试中,它将两个照相机送到一间海洋公园,采用由多家网络公司建设的光纤网络发送没有图像压缩的基带信号。每秒总共24千兆位的信号采用DWDM(密集波分复用)方法被分为161.5 Gbps HD-SDI信号发送。 “Super Hi-Vision拥有巨大的信息量,难以传送。采用光纤的16波,我们成功地实现了长距离实况转播。这意味着Super Hi-Vision证实了成为未来电视广播技术的可能性。”实验室高级研究工程师Mikio Maeda表示。
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