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所长说 | 超高清影像技术发展历程

2021-10-18 10:01

· 从电影到电视领域

  的技术迭代

超高清 概念最早来源于上世纪90年代的电影领域。

美国电影电视工程师学会(SMPTE)“数字影像层级结构”特别工作小组,通过对成像系统的空间分辨率要求进行研究,将显示器分级为四个低层级:

  • 低分辨率(低于0.8K,即现有标清分辨率)

  • 常规分辨率(低于2K,即低于高清分辨率)

  • 高分辨率(2K,即现有高清分辨率)

  • 超高分辨率(4K、8K甚至更高)

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四级如图上这种感觉

而美国数字电影创导组织(DCI),在这基础上,加上对更多数据的研究(不赘述),将数字影院放映系统的分辨率定为4K或2K,即超高分辨率或高分辨率级别。

自规定后,数字影像技术更进一步,具备4K分辨率级别的数字电影放映机和具备4K乃至更高分辨率拍摄与记录能力的超高清摄影机便出现了。

而电视领域呢?

由于技术的更新迭代,电影传统的拍摄和放映介质胶片逐步被数字摄影技术和数字后期制作流程(电影数字中间片技术的引入)替代,使得胶片时代的界限逐渐模糊,让数字电影和数字电视的制作流程逐渐靠近。在液晶电视技术提升之后,便出现了4K分辨率的电视,进一步带动超高清技术在电视领域的普及。

2010年前后,4K技术包括内容在电视侧的发展与3D技术几乎是同时开始的。但是不同于3D技术在现阶段自身面临的众多瓶颈,4K技术是影像基础技术的全方位升级,能够带动整条视频产业链的发展。 

从全球范围来看,超高清4K电视频道的不断涌现,在近几年呈现出不可阻挡之势;

从整条产业链看,从高端广电制作设备和流程,到编码传输、显示呈现端,用超高清替代当前的高清,如同十几年前用高清替代标清一样,是大势所趋

· 先进影像技术

  在中国的快速发展

2009年10月,高清电视频道开播。我国在电视端的技术发展迭代,用高清替换标清,走了将近10年。相比于国外,特别是欧美日等发达地区和国家,我国在初期的电视技术发展脚步,是相对落后而迟缓的。

2005年,日本爱知博览会上,日本放送协会NHK最先展示了超高清视频远程传输技术,并且在2006年底将NHK红白歌会用IP网络将超高清影像进行了远程实况播出。但由于NHK所倡导的8K超高清技术在当时并未获得国际标准组织的认可,距离普及和市场化也有很大的距离,直到2012年8月23日,国际电讯联盟(ITU)才正式确立以NHK建议的7680x4320分辨率作为8K超高清电视标准(SHV)

相比于NHK直接从高清跳到8K,而略过4K的激进发展策略,欧美等其他国家则更为务实的选择了4K作为高清的迭代技术。从2010年左右开始,逐步出现了适用于电视制作的超高清拍摄设备,电影、电视制作方面逐渐前进。

  那么我国呢? 

相比于从标清到高清发展阶段的落后步伐,我国在3D立体影像和4K超高清方面的发展可谓火力全开。 

2008年北京奥运会,全球第一次在奥运会赛事实现全高清化转播,中国的众多广电从业者有幸亲身参与了这一里程碑时刻,也为后来的广电行业快速发展奠定了良好的基础。

2012年元旦,广电总局要求开播了中国首个3D实验频道,中国在3D电视领域几乎与国外处于相同的发展阶段,包括制作技术与内容的创制能力。由于政府的鼎力支持,3D在中国获得了超越市场需求的繁荣景象。但是,好景不长,3D整体技术发展的瓶颈在当时的阶段并未完全解决,2013年底,全球范围内3D市场逐渐走向衰落。

3D本身虽然未能在国内获得成功,但也因此培养了一批在技术方面、内容制作方面靠近国际技术理念的核心人才。中国经济与市场的繁荣,互联网在中国的飞速发展,人民物质生活水平的提高,对品位追求的不断向往,为新技术的进一步升级提供了最佳的土壤。

2012年起,国外少数发达国家率先开始启动了4K电视内容和4K电视转播技术的研究,中国包括中央台、北京台、上海台等少数一线电视台,也开启了相关领域的同步研讨,欲从纪录片等方向开始,采用当时的超高清摄影机,进行内容创作和超高清生产制作流程的研究实践。中央电视台组织拍摄制作的大型纪录片《舌尖上的中国(第二季)》,最先采用了部分4K摄影机进行拍摄。2013年10月,上海电视台SMG采用了两台4K摄像机搭建的小型4K转播系统,现场录制了美职篮中国赛上海站的超高清素材。

2014年,4K发展领域的代表事件,是巴西世界杯三场比赛首次采用4K技术进行了直播实验。而在中国,张艺谋导演的电影《归来》,成为了国内首部采用4K技术拍摄、制作和放映(部分影院)的国产电影。在当时那个阶段,即便是美国好莱坞也极少有电影作品采用4K全流程制作和放映。

2014年下半年开始,中国的4K行业出现了热潮,越来越多的4K电视剧、部分电影采用已逐步上市的超高清摄影机进行拍摄。纪录片、大型综艺晚会、体育赛事也尝试用4K技术进行拍摄录制。

讲到这,有一点你们可能会忽略掉:没有4K播出渠道。大多数节目内容虽然采用了4K设备拍摄,但为了不降低节目生产效率,整体后期制作还是采用高清流程,更多的4K内容成为了素材积累

真正的转折点出现在2017下半年。

2017年12月23日,广东广播电视台4K超高清电视实验频道正式播出启动;2018年10月,中央广播电视总台正式开播4K超高清频道,广东电视台开播4K综艺频道。

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广东省政府确立了4K产业发展目标和工作计划,力争用3至5年时间,建成以4K电视为核心的超高清互动数字家庭网络。在全国率先建成以4K超高清应用为标志的新数字家庭示范区,珠三角建成世界级宽带城市群。推动文化娱乐、新型电商、医疗保健、在线教育等新业务新应用蓬勃发展,构建新型数字家庭产业链,形成广东省产业发展新动能。

中国4K电视发展迎来了里程碑时刻。

· 现阶段超高清产业和

  技术在国外的发展情况

“信息视频化、视频超高清化”现已成为全球信息产业发展的大趋势。

从增长和规模来看,到2022年,超高清的视频点播 IP 流量将占全球 IP 视频流量的22%,超高清占视频点播IP流量的百分比将高达35%。

从技术演进来看,视频已经从标清、高清进入4K,即将进入8K、AR/VR 时代。

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4K 花园的 8K 产品标识

从各互联网领域来看,随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善,家庭互联网已经率先实现了4K的超高清化,移动互联网和产业互联网也在向高清化、超高清化快速演进。

根据IHS估算,到2021年,欧洲将开通22个4K超高清频道,北美将开通16个。

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日本


日本在超高清前端设备、播出领域和应用方面均占据全球领先地位。

在超高清视频前端设备领域,日本技术水平、市场份额都处于全球领先,产业链健全。生产了高质量的4K/8K感光器件、高端光学镜头、专业编解码器等核心器件;在电影摄影机、电视直播摄像机、摄录机、电视演播讯道机、超高清转播车、专业视频监视器、高端视频制作系统等方面都有超高清产品产出,且技术参数处于国际先进水平。

在电视终端方面,索尼研发基于8K HDR显示的高端画质图像处理引擎,夏普则率先推出消费级8K电视,佳能、尼康、松下、日立等企业的4K/8K产品占据大部分国际市场份额,品牌优势突出。

根据日本电子情报技术产业协会(JEITA)数据,截至2018年10月,日本国内4K电视出货量年增长率达到29.2%。在4K广播技术领域,目前日本的地面广播、卫星广播、有线电视、IPTV等播出方式都能够播出4K超高清内容。日本NHK在2016年的里约奥运会进行8K广播测试,2017年NHK 4K测试频道正式播出,2018年率先开通8K卫星电视广播,提供4K及8K 22.2 声道内容,并规划在2020年的东京奥运会进行8K电视转播。日本总务省已发布《日本4K超高清及未来路线图》,提出在2020年,50%的日本家庭以及一些公共场所要能够观看4K/8K奥运比赛。

同时,日本企业也相当注重HDR、广色域、高亮度、高色深、全景声等多维度的进步,以整体提升观看者感官体验。

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韩国


2012年,韩国在全球首先进行了基于地面数字电视广播网络的UHDTV传输试验,并进行试验广播。

2014年4月,全球第一个4K UHD频道 UMAX 在韩国开播,同年6月,KT Skylife 公司推出韩国第二个4K超高清频道 SkyUHD,并于2015年正式全面实现商用。

2017年5月,韩国开启无线电视台运行UHD(超高清)电视服务,KBS、MBC、SBS等韩国三大电视台面向首尔、仁川和京畿等首都圈地区家庭传输超高清节目信号。另外通过2018年平昌冬奥会的实践,韩国在超高清频道建设及超高清视频播出方面积累了丰富的经验。

在面板及终端产品方面,韩国具备先发优势。2017年4月,三星推出了4K高动态范围(HDR)MU系列电视;2018年3月,三星推出82寸平板4K液晶电视,具备1000尼特的峰值亮度,配合HDR技术,使高亮和阴影状态的显示细节更加明显;LG发布世界最大的8K OLED屏幕,实现8K技术与OLED 技术的首次结合。

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美国


美国长期以来在超高清内容制作和供给端呈现出积极态势,超高清视频内容丰富。

2015年,蓝光光盘协会发布4K蓝光视频格式,其后好莱坞的多部电影推出4K蓝光碟片。Netflix、FandangoNow等流媒体公司先后着手开始4K视频内容的制作;火箭联盟(Rocket League)、战地V(BattlefieldV)等国际上人气超高的游戏也在2018年相继推出了超清版本。

2017年,欧洲卫星公司SES在美国境内正式开通4K超高清电视频道,提供关于自然风光的4K超高清节目内容;2017年,美国亚马逊实现了4K直播NASA宇航员太空生活;美国最大的固网电话及移动电话服务供应商AT&T也在进军超高清视频产业。

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美国国家航空航天局宇航员佩吉·惠特森和杰克·菲舍尔与美国国家广播电视协会的小组成员首次使用4K超高清技术现场直播。

2015年,由多家美国OTT行业、多频道视频服务提供商、电视节目制作商以及演播室行业等领域的企业(包括环球影业、21世纪福克斯、沃尔特迪斯尼等)共同组建成立UHD超高清联盟(UHD Alliance),加速推进了超高清技术创新、标准制定、评测认证及生态体系建立,抢占产业发展主导权和制高点,截至2018年,UHD Alliance评测认证范围已覆盖面板等核心元器件、超高清电视等终端产品、超高清内容等,如2018年飞利浦推出的43英寸QD量子点显示器。2018年,由美国有线电视巨头康卡斯特(COMCAST)、杜比实验室等企业成立的超高清论坛(UHD Forum)发布了《Ultra HD B阶段实施指南》,为全球超高清视频技术发展指明方向。

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欧盟


欧盟地区各国国情和网络建设水平参差不一,超高清产业推动主要依托行业组织从视频内容端发力。

2018年8月欧洲田径锦标赛上,欧洲广播联盟(EBU)与多家EBU会员和行业伙伴共同摄制、处理、分发实时超高清内容,并测试内容的高帧率(HFR)、高动态范围(HDR)和下一代音频(NGA),推动沉浸式体育内容制作的发展。

欧洲数字电视标准组织(DVB)也在为2020年正式商用UHD-2(8K超高清晰度电视3200万像素图像系统)进行努力。而德国市场研究公司GfK Retail & Technology的数据表明,超高清电视机在2018年首次成为电视机中最畅销的设备类别,市场份额约为52%。


来源:UHDA  超高清事务所


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