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4K超高清数字电视的标准和测试
2018-06-09 23:40:54| 发布者: admin| 查看: 7485
| 作者：吉秋霞1，宁金辉2，王惠明2，孙岩2（广东广播电视台）1（国家新闻出版广电总局广播电视规划院）2 【摘 要】 当前4K超高清电视（简称4K电视）发展较快，系统和设备已经在很多机构部署，标准制定的进度也在加快。本文主要介绍国内超高清标准体系、国内外超高清技术标准进展、笔者单位针对4K系统和设备的测试实施情况。 【关键词】4K电视，标准，测试 0 引言 超高清电视（UHDTV）具有高分辨率、高帧率、高比特精度、宽色域、高动态范围等技术特征，伴随屏幕尺寸的增大，能提供更大的视野范围，更具身临其境的观看体验。国际上一般把UHDTV分为4K电视、8K电视两个阶段，当前主要发展的是4K电视。 从2012年起，日本、韩国、英国、法国、美国等国家陆续在地面、有线、卫星以及IPTV等传输网络开展了不同程度的试验播出。国家新闻出版广电总局在2016年发布了《十三五广播影视科技发展规划》，明确提出发展4K超高清电视。央视、上海、江苏、湖南、广东等电视台从2013年开始，陆续开展了4K电视的节目制作和点播试验。中国电信、中国联通、中国移动于2015年开始，在IPTV中推出了4K电视节目，并发放了大量接收终端。广东2017年底开播了4K超高清电视频道，中央电视台计划2018年10月1日开播4K频道。 国内外的超高清产品推出并逐步完善，国内超高清电视系统的建设已在多地实施，包括摄像机、显示屏、非编、收录/播出服务器、编码/转码器、演播室、转播车、主控系统、播出系统等。 超高清节目的制作逐渐增多，很多电视台进行了超高清节目制作的试验，并有了一定节目数量的积累，4K花园等社会机构也加入4K节目的制作中。 ITU、SMPTE、ARIB、ETSI等国际标准组织均开展了超高清系统标准化工作，涉及到了节目制作、基带接口、信号传输、视音频处理、终端设备和评价测试等多个超高清系统关键环节。2017年9月23日，国家新闻出版广电总局、广东省人民政府在北京签署《推动广东省4K超高清电视应用与产业发展合作备忘录》，广电将加快完善4K超高清电视标准。 随着4K超高清产品和系统的落地，设备生产定型、设备选型以及系统建设、验收、运行维护等均需要科学、完善的检测手段的支撑。 1 4K超高清电视标准体系 1.1 4K超高清电视标准体系建立的必要性 超高清相对于现有的高清、标清电视系统，是技术参数的变革，涉及到电视系统的方方面面，需要建立超高清标准体系，系统梳理超高清电视系统标准需求，并按照需求的轻重缓急、技术成熟度、产品及产业发展状况等，合理规划标准制定时间表，同时在具体标准编制过程中，兼顾标准之间的协调统一。 1.2 4K超高清电视标准体系编制原则 根据国家标准GB/T 13016-2009《标准体系表编制原则和要求》，标准体系表是编制标准制、修订规划和计划的依据之一，是在一定范围内包括现有、应有和预计制定标准的蓝图，它将随着科学技术的发展而不断更新和充实。编制体系的编制应该遵从以下原则： 1. 目标明确 标准体系的编制，应首先明确建立标准体系的目标。不同的目标，可以编制出不同的标准体系。本标准体系针对的是4K超高清电视。 2. 全面成套 标准体系的全面成套应围绕标准体系的目标展开，体现在体系的系统整体性，即体系的子体系和子子体系的全面成套和标准明细表所列标准的全面成套。 3. 层次适当 列入标准明细表内的每一项标准都应该安排在恰当的层次上。注意同一个标准不应出现在两个以上的体系或子体系内，避免同一个标准被两个或以上的部门重复制修订。标准层次尽量合理简化。 4. 划分清楚 标准体系内的子体系或类别的划分，主要应按行业、专业或门类等标准化活动性质的同一性，而不宜按行政机构的管辖范围而划分。 1.3 4K超高清电视标准体系框架 按照上述编制原则，考虑与原有标清、高清标准体系的继承性，4K超高清标准体系的体系架构如图1所示。 标准体系包括三大类标准，分别是基础类、系统和设备类、应用服务类。 基础类标准包括四个子类，分别是制式和参数规范、接口和文件格式、压缩编码、通用测量和评价。系统和设备类标准包括两个子类，分别是技术要求和测量方法、版权保护。 应用服务类标准包括两个子类，分别是编目和内容管理、运行维护。 1.4 4K超高清电视标准体系明细表 在具体标准的规划上，按照系统整体互联互通的需求、系统和设备质量保证的需求、产业上下游完整性的需求、与国际标准的兼容性需求等，考虑技术和产品的成熟度，兼顾标准的可完成度，制定三年内可完成标准的计划表。某些4K标准，可由原有的高清标准修订完成，不涉及颠覆性变化的，未列入本文的明细表中。 标准体系表中的具体标准分为三类，已定、在研、立项建议。已定状态的标准是已经发布实施的标准，带有具体的标准编号；在研状态的标准是已经下达标准编制任务，正在进行研制的标准；立项建议状态的标准是需要制定、但尚未下达标准编制任务的标准。 制式和参数规范标准如表1所示。 接口标准如表2所示。 文件格式标准如表3所示。 压缩编码标准如表4所示。 音频客观测试标准如表5所示。 主观评价标准如表6所示。 系统及设备技术要求和测量方法标准如表7所示。 版权保护标准如表8所示。 2 4K超高清测试实践 国内外4K超高清产品的研发、生产和应用已广泛开展，4K超高清系统的部署已在众多广播电视机构展开。笔者的工作单位已进行了4K超高清测试的技术储备，构建了较完善的测试系统，进行了相当规模的测试实践，积累了测试经验。 2.1 4K超高清测试条件 采用购置与自主研发相结合的方式，笔者所在单位已具备如下测试条件，并经过实践验证。 1. 4K摄像机测试卡及测试软件 包括多种型号的反射式、透射式测试卡及灯箱，如调制度测试卡、综合（清晰度）测试卡、灵敏度测试卡、动态范围测试卡、色域测试卡等；同时，为测试摄像机信噪比和摄录一体机峰值信噪比，开发了相应测试软件。 2. 4K测试信号制作 为特定应用进行信号定制，采用无压缩方式制作，保证高质量。 3. K接口和数据分析设备 可分析3Gbps SDI、12Gbps SDI、IP接口等，包括接口协议、物理层指标、网络指标等。 4. 4K编码ES分析 可进行HEVC编码的标准符合性分析。 5. 4K显示设备测试系统 可进行超高清显示设备的测试，包括监视器、演播室大屏、户外大屏等。 6. 4K测试图像序列 包括4K SDR、4K HDR测试序列，可用来进行显示设备、编码压缩设备等的图像质量评价。 7. 三维声音频测试序列 基于声道+对象的音频测试序列，可进行三维声编码、渲染等测试。 8. 4K主观评价系统 包括播放、显示、自动打分系统及相应的评价环境条件，可开展编码、显示、HDR前后处理等质量评价测试。 9. 三维声主观评价系统 包括播放、监听、自动打分系统及相应的评价环境条件，可开展编码、渲染等质量评价测试。 2.2 4K超高清测试实践 笔者所在的广东广播电视台已在全国率先实现了4K电视频道的播出，在实践中进行了从制作到播出的设备及系统测试；广播电视规划院作为我国广电标准制定、检测、科研单位，已为广电行业提供了大量的4K 系统和设备测试，主要经历包括： 1. 国内外多个知名品牌的4K摄像机测试。 2. 江苏台、上海台、中视传媒、央视、传媒大学等单位的4K演播室/转播车测试。 3. 央视4K制作岛、北京台4K制作网、4K非编等4K后期制作系统和设备测试。 4. 国内外知名品牌4K 字幕机及在线包装系统测试。 5. H.265、AVS2、XAVC、AVC Ultra、Prores、DNxHR等4K编码/转码测试。 6. 4K监视器、4K大屏等4K显示设备测试。 7. 广东4K频道播出系统测试。 8. 广东4K频道IP主控系统测试。 9. 4K HDR标准提案测试。 10. 3D音频标准提案测试。 在上述系统和设备的测试中，笔者深刻体会到，4K相比于高清，技术复杂度更高，测试复杂度也随之提高，比如比特深度、量化中的Full与Limited、非线性量化曲线的多样性、高码率、色域、HDR/3D音频元数据的获取与传递、IP与SDI选择和互转、IP的净切换、编解码的复杂度和兼容性、信号的Payload标识与传递、信号渲染与显示监听等，哪个环节出现问题，都会影响系统和节目质量，影响用户体验，需要在产品的设计、生产、系统规划建设中重点关注。 3 结语 当前，超高清处在4K发展阶段，国际上关于超高清的标准还很少，国内也同步跟踪研究，但需要不断完善。我国4K超高清发展较快，产品和系统应用逐渐增多，但从测试和应用情况看，尚需持续优化。 第一作者简介 吉秋霞，女，1983年生，毕业于中国传媒大学广播电视工程专业，广东广播电视台电视传输制作部技术维护科副科长，工程师。先后从事演播室系统维护、体育节目制作及赛事直播的安全播出、制作部技术生产协调等工作。2017年作为电视传输制作部4K频道建设小组成员，参与了4K频道有关技术方案的研究和规划及有关4K设备的测试等工作。 |
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