超高清8K電視技術(shù)解析：分辨率7680×4320

每一次視頻技術(shù)的革新，都能將用戶的視覺體驗(yàn)上升至新的高度，比如DVD碟機(jī)到藍(lán)光碟機(jī)；又比如標(biāo)清電視信號(hào)到高清電視信號(hào)，視頻技術(shù)的重要性和意義不言而喻。近些年，超高清4K電視爆發(fā)，如今4K電視已經(jīng)覆蓋高中低三個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，展現(xiàn)出一統(tǒng)江湖的霸氣。不幸的是，4K只是超高清時(shí)代的“墊腳石”，更高階的8K才是下一時(shí)代的真正主宰。

超高清8K電視技術(shù)權(quán)威解析

Ultra High Definition Television（UHDTV），譯為超高清電視，而UHDTV電視標(biāo)準(zhǔn)官方注冊(cè)名稱為“Super Hi-Vision”，嚴(yán)格意義上說，Super Hi-Vision才是下一代電視視頻技術(shù)的準(zhǔn)確名稱。那么，Super Hi-Vision標(biāo)準(zhǔn)和4K、8K電視又有何關(guān)系呢？我們通過一張圖說明。

Super Hi-Vision / 8K Ultra HD采用相同標(biāo)準(zhǔn)

一直以來，4K電視缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)支持，除了3840×2160分辨率之外，其余指標(biāo)沿用現(xiàn)有Full HD（1080p）標(biāo)準(zhǔn)，完全談不上所謂的“次時(shí)代”。而早已通過國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和電影電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE）的認(rèn)可的Super Hi-Vision標(biāo)準(zhǔn)則有細(xì)致的新指標(biāo)，畫面幀率、標(biāo)準(zhǔn)觀看距離、視角模式以及音頻標(biāo)準(zhǔn)均有巨大的提升。

超高清8K分辨率僅僅是Super Hi-Vision標(biāo)準(zhǔn)的“硬性指標(biāo)”之一

可以看到，Super Hi-Vision標(biāo)準(zhǔn)分辨率為7680×4320，總像素高達(dá)3300萬個(gè)；為了更好的支持裸眼3D顯示技術(shù)，Super Hi-Vision畫面幀率統(tǒng)一提升至120fps；標(biāo)準(zhǔn)觀看距離和視角模式亦有大幅提升。更重要的是，與8K Ultra HD分辨率相對(duì)應(yīng)的是22.2聲道標(biāo)準(zhǔn)，4K和1080p分辨率的5.1聲道完全沒有可比性。

●Super Hi-Vision標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

早在2006年，日本廣播協(xié)會(huì)科學(xué)與技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室（NHK Science and Technical Research Laboratories，后文簡(jiǎn)稱：NHK）分別向國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）和電影電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE）提交Super Hi-Vision視頻技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)，隨后國(guó)際電信聯(lián)盟將Super Hi-Vision視頻技術(shù)作為UHDTV的推薦草案。

Super Hi-Vision完整的規(guī)格說明

NHK為Super Hi-Vision視頻技術(shù)申請(qǐng)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)表示：該技術(shù)是一種旨在表現(xiàn)綜藝、體育、戲劇、影視、音樂會(huì)等節(jié)目的數(shù)字視頻系統(tǒng)，鑒于1920×1080已成為高清通用圖像格式（HDCIF），因此Super Hi-Vision的圖像格式質(zhì)量需高于現(xiàn)有HDCIF標(biāo)準(zhǔn)。Super Hi-Vision視頻技術(shù)分為UHDTV1（3840×2160）和UHDTV2（7680×4320）兩種標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同國(guó)家地區(qū)支持50Hz、60Hz及59.94Hz等幀率，所有幀率均采用逐行掃描。

Super Hi-Vision視頻技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室

日本和美國(guó)研究機(jī)構(gòu)表明，HDTV寬屏相比SDTV可以帶來更加出色的視覺體驗(yàn)，因此Super Hi-Vision視頻技術(shù)繼續(xù)沿用16:9顯示比例，Super Hi-Vision兩種標(biāo)準(zhǔn)的像素?cái)?shù)量分別為HDCIF（1920×1080）的4倍（3840×2160）與16倍（7680×4320），此外，Super Hi-Vision視頻系統(tǒng)的基色坐標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)白、光電轉(zhuǎn)換函數(shù)、亮度/色差分量方程等色度學(xué)指標(biāo)均與現(xiàn)有的ITU-R BT.709、SMPTE RP177等標(biāo)準(zhǔn)兼容。綜上所述，可以說Super Hi-Vision視頻技術(shù)已經(jīng)把兼容性做到了極致。

●7680×4320視頻采集“次時(shí)代”機(jī)種

Super Hi-Vision視頻技術(shù)7680×4320究極分辨率擁有3300萬像素，目前市面上大多數(shù)全畫幅單反相機(jī)都在2400萬像素左右，換句話說，大多數(shù)全畫幅單反相機(jī)所拍攝的照片還無法鋪滿Super Hi-Vision顯示設(shè)備的屏幕，那么7680×4320分辨率視頻又是如何采集的呢？

2012年之前的Super Hi-Vision視頻采集攝像機(jī)“威武的體積”

Super Hi-Vision視頻系統(tǒng)早在2006年就已經(jīng)草案通過，7680×4320分辨率高達(dá)3300萬像素的視頻采集只能“另辟蹊徑”，NHK采用富士能設(shè)計(jì)的4通道分光棱鏡和4枚美光（Micron）科技生產(chǎn)的800余萬像素的CMOS圖像傳感器組成4CMOS系統(tǒng)，其中兩片感應(yīng)綠光并進(jìn)行斜向像素偏移，其余兩片分別感應(yīng)紅光與藍(lán)光。隨后，NHK通過與池上通信機(jī)株式會(huì)社共同設(shè)計(jì)出Super Hi-Vision畫質(zhì)所需的攝像機(jī)。

2013年以后的Super Hi-Vision視頻采集攝像機(jī)“小巧便攜許多”

2011年，日本NHK在Open House平臺(tái)上首次展示出2.5英寸3300萬像素CMOS圖像傳感器樣品，引起了技術(shù)控的關(guān)注，NHK工程師表示，他們?cè)诰C合考慮鏡頭解析度與尺寸、傳感器靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍后，決定將像素尺寸控制為3.8微米，并采用低電壓差分方式，以滿足Super Hi-Vision攝像機(jī)對(duì)高速傳輸?shù)男枨螅⒈硎镜碗妷翰罘址绞侥苡行Ы档凸谋憩F(xiàn)。

● 裸眼3D：所有8K電視

Super Hi-Vision投影機(jī)完成視頻采集工作之后，需要對(duì)應(yīng)的Super Hi-Vision顯示終端進(jìn)行展示，考慮到Super Hi-Vision視頻技術(shù)還有很大的改良進(jìn)步空間，可靠的顯示設(shè)備對(duì)NHK來說可以說同樣關(guān)鍵。

JVC Super Hi-Vision投影機(jī)

為準(zhǔn)確還原Super Hi-Vision技術(shù)的圖像質(zhì)量，NHK聯(lián)手知名投影機(jī)廠商——JVC公司，它們進(jìn)行深度合作之后，成功設(shè)計(jì)出Super Hi-Vision視頻技術(shù)所需的投影機(jī)，該投影機(jī)擁有1000000:1的超高對(duì)比度。

超高清8K可清晰識(shí)別球員的名字

NHK與JVC合同的Super Hi-Vision投影機(jī)畫質(zhì)表現(xiàn)極為出眾，據(jù)悉索尼、NEC等投影機(jī)行業(yè)的大品牌正在研究Super Hi-Vision投影機(jī)產(chǎn)品。除投影機(jī)之外，目前和Super Hi-Vision視頻技術(shù)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)正在研究100英寸以上的等離子顯示產(chǎn)品，甚至還包括顯示器和電視機(jī)。

8K電視分辨率16倍于Full HD并支持裸眼3D技術(shù)（右下角120Hz）

CES2015展會(huì)上，夏普、三星、松下、LG分別展示最新款8K電視產(chǎn)品，所有的8K電視新品均支持120Hz技術(shù)，初衷是為了完善3D顯示技術(shù)以提升用戶體驗(yàn)。目前的3D技術(shù)都是“半成品”，主動(dòng)快門式3D亮度降低、眼鏡需要充電、佩戴不夠舒適；不閃式3D眼鏡需無需充電，佩戴也較為輕盈，但畫面的分辨率降低一半。事實(shí)證明，用戶在家中并不愿意佩戴3D眼鏡，而Super Hi-Vision視頻技術(shù)將完美支持裸眼3D技術(shù)，無需佩戴眼鏡就可以享受到最頂尖的立體效果，這也是目前1080p電視和4K電視無法相提并論的，一次偉大的革新。

●8K原始文件驚人“200GB/分鐘”容量

眾所周知，藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)為1920×1080逐行掃描分辨率、7.1聲道和需要佩戴眼鏡的3D顯示技術(shù)。Super Hi-Vision視頻技術(shù)也有硬性標(biāo)準(zhǔn)，7680×4320逐行掃描分辨率，22.2聲道以及裸眼3D顯示技術(shù)，可以說除了恐怖的畫面解析度之外，Super Hi-Vision視頻技術(shù)其它方面同樣“不留死角”，目前藍(lán)光最高50GB容量，Super Hi-Vision視頻技術(shù)需要多少？

藍(lán)光1080p容量上限為50GB

通過JVC Super Hi-Vision攝像機(jī)視頻采集的結(jié)果來看，長(zhǎng)度為1分鐘7680×4320分辨率視頻需占用194GB存儲(chǔ)空間，如此驚人的體積無論對(duì)Super Hi-Vision藍(lán)光還是電視信號(hào)而言，都有巨大的壓力。為了將16倍于HDCIF的原始信息量壓縮至可接受的水平，NHK采用多個(gè)編解碼器并行工作的方法，以往采用MPEG-2編碼。

在2012年的Open House展會(huì)中，NHK展示與富士通實(shí)驗(yàn)室共同研制的基于MPEG-4 AVC/H.264的實(shí)時(shí)編解碼器樣機(jī)，可將UHDTV高達(dá)24Gbps的原始碼流壓縮至原來的1/100至1/200。2013年，HEVC編碼技術(shù)憑借驚人的壓縮率，很快就在Super Hi-Vision領(lǐng)域產(chǎn)生影響力，采用H.265/HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)，可大幅降低7680×4320視頻文件的容量。

Super Hi-Vision均采用HEVC編碼技術(shù)

通過HEVC編碼器，的Super Hi-Vision每分鐘194GB的原始數(shù)據(jù)僅為壓縮前的1/150～1/400，那么1分鐘Super Hi-Vision原始視頻194GB的容量可控制在700MB～1GB左右。2014年，日本先鋒公司宣布，256GB容量的藍(lán)光光盤已可實(shí)現(xiàn)流片，而先鋒公司進(jìn)一步宣布，未來會(huì)繼續(xù)加大光盤的容量，實(shí)現(xiàn)雙面八層，每層容量為32GB，累積容量高達(dá)512GB，更遠(yuǎn)的未來則可以實(shí)現(xiàn)1TB，結(jié)合H.265最新解碼技術(shù)，意味著將來的8K藍(lán)光亦可以輕松搞定。

●22.2聲道配合頂尖8K新“100%”視角

Super Hi-Vision視頻技術(shù)，一段1分鐘原始視頻就需要占用大約200GB存儲(chǔ)空間，把罪魁禍?zhǔn)祖i定于超高的7680×4320解析度并不公平，因?yàn)镾uper Hi-Vision視頻技術(shù)提供22.2聲道音頻系統(tǒng)，這也是大幅提升容量占用的“元兇”之一。

Super Hi-Vision提供22.2聲道音響系統(tǒng)

Super Hi-Vision視頻技術(shù)擁有16倍于1080p的究極解析度，畫質(zhì)表現(xiàn)極為驚人，那么所配套的音頻質(zhì)量也需要同步升級(jí)才算完滿。對(duì)此，NHK公司為Super Hi-Vision視頻技術(shù)提供22.2聲道的音響系統(tǒng)，其中22個(gè)音源遍布用戶的前面、后面、左邊、右邊、頂部和底部，再輔以2個(gè)低頻音源效果，“奢侈”的配置完勝時(shí)下藍(lán)光流行的5.1/7.1音頻標(biāo)準(zhǔn)，音質(zhì)體驗(yàn)可想而知。

此外，日本將來還會(huì)采用21GHz頻段作為Super Hi-Vision視頻技術(shù)的衛(wèi)星廣播，Super Hi-Vision信號(hào)經(jīng)過壓縮技術(shù)和調(diào)制之后，通過一個(gè)上行轉(zhuǎn)換器發(fā)送到到專屬的21GHz頻段進(jìn)行電視廣播。而在用戶終端方面，Super Hi-Vision衛(wèi)星電視信號(hào)則被傳送到一個(gè)下行轉(zhuǎn)換器，通過解密和解碼之后顯示出來。

7680×4320超高清分辨率的驚人優(yōu)勢(shì)

Super Hi-Vision視頻技術(shù)7680×4320超高清分辨率從視覺感官上不僅秒殺1080p HDTV電視機(jī)，甚至也不把4K級(jí)影院放在眼里，視聽體驗(yàn)方面的優(yōu)勢(shì)極為驚人。綜合來看，NHK顯然把下一代Super Hi-Vision電視視頻技術(shù)寄托在7680×4320身上，入門版本的3840×2160只是高清進(jìn)化至超高清的橋梁。

● 日本8K電視

作為電視產(chǎn)品，首要的任務(wù)還是觀看電視節(jié)目，目前1080p信號(hào)源在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)十分普及，在發(fā)展中國(guó)家（包含中國(guó)）也有不錯(cuò)的勢(shì)頭。目前，4K電視信號(hào)還處于萌芽狀態(tài)，而日本方面則為4K電視信號(hào)只是“過渡”而已，真正的未來電視標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該定位8K，近些年從未停止過對(duì)于8K電視信號(hào)的技術(shù)研究，日本方面有關(guān)8K電視信號(hào)近期有傳來了新的喜訊。

夏普全球首款8K電視——85英寸（2015年將會(huì)上市）

日本NHK電視臺(tái)，是研究8K電視信號(hào)的核心企業(yè)，對(duì)于電視信號(hào)而言，只有傳輸距離達(dá)到了一定的水平才有商用的可能，2012年5月時(shí)，日本NHK電視臺(tái)宣布8K電視信號(hào)可傳輸距離達(dá)到了4.4公里，這個(gè)消息確認(rèn)了8K電視信號(hào)是有可能實(shí)現(xiàn)商用的，支持傳輸距離還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。換句話說，困擾8K電視信號(hào)發(fā)展的除了節(jié)目?jī)?nèi)容之外，就是傳輸距離的限制。

日前，日本NHK電視臺(tái)正式宣布，他們已經(jīng)成功的通過空中信號(hào)將8K電視信號(hào)傳輸?shù)?7公里外的接收站，相比近2年前的4.4公里，傳輸距離升級(jí)了6倍有余，基本上和目前1080p電視信號(hào)的傳輸距離一致。更重要的是，整個(gè)27公里的傳輸距離，日本NHK電視臺(tái)的8K視頻廣播內(nèi)容傳輸過程中，并未有任何的信號(hào)損失，這項(xiàng)技術(shù)的成功意味著8K電視信號(hào)已經(jīng)符合商業(yè)需求。

三星98英寸8K電視細(xì)節(jié)放大：色彩和清晰度依舊恐怖

目前4K電視處于爆發(fā)期，而8K電視已經(jīng)開始嶄露頭角，他們之間的關(guān)系有點(diǎn)像今天的720p和1080p，而1080p是高清時(shí)代的最高標(biāo)準(zhǔn)，8K也將是超高清時(shí)代的最高標(biāo)準(zhǔn)，從發(fā)展前景來看，顯然8K才是超高清電視的未來。如今，日本NHK電視臺(tái)就8K電視信號(hào)商業(yè)化準(zhǔn)備就緒，可以應(yīng)對(duì)未來的國(guó)際體育大賽轉(zhuǎn)播需求，同時(shí)美國(guó)方面也將會(huì)采用這套標(biāo)準(zhǔn)，一切的一切表明，8K才是超高清的終點(diǎn)。

● 標(biāo)準(zhǔn)決定一切：4K只是過渡，8K才是傳承

截至目前為止，有關(guān)4K標(biāo)準(zhǔn)依舊沒有出臺(tái)，而高端Super Hi-Vision / 8K UHDTV標(biāo)準(zhǔn)早在2006年就已經(jīng)確定：16倍于1080p的究極解析度，22.2環(huán)繞聲道以及裸眼3D顯示技術(shù)。NHK表示，2015年Super Hi-Vision視頻項(xiàng)目將正式啟動(dòng)，2020年正式商用，屆時(shí)美國(guó)方面也會(huì)采用Super Hi-Vision作為下一代電視視頻技術(shù)。換言之，時(shí)下熱門的4K電視，極有可能只是過渡型產(chǎn)品。