超高清電視（UHDTV）具有高分辨率、高幀率、高比特精度、寬色域、高動(dòng)態(tài)范圍及三維聲音頻等技術(shù)特征，能提供更大的視野范圍，是廣播電視當(dāng)前重要發(fā)展方向。與高清電視相比，超高清電視在技術(shù)參數(shù)、接口、編碼等各個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)生了重大變革，國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)都積極開展了超高清電視關(guān)鍵技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。從整個(gè)超高清產(chǎn)業(yè)鏈來看，隨著超高清電視終端市場(chǎng)的日漸繁榮和關(guān)鍵技術(shù)的推進(jìn)，超高清電視生態(tài)鏈正在逐步成熟和完善，對(duì)廣播電視行業(yè)具有極大的推動(dòng)作用。
1、超高清電視技術(shù)參數(shù)
超高清電視發(fā)展分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是UHDTV1，分辨率是3840×2160，即4K超高清電視；第二個(gè)階段是UHDTV2，分辨率是7680×4320，即8K超高清電視。目前，國內(nèi)外開展的超高清電視研究基本都處于第一個(gè)階段，也有少數(shù)機(jī)構(gòu)開展了8K超高清電視的相關(guān)研究。2016年8月，日本NHK電視開始8K超高清試播，2020年東京奧運(yùn)會(huì)預(yù)計(jì)正式采用8K信號(hào)轉(zhuǎn)播。
在色域方面，高清電視采用的ITU-R BT.709標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的色域，電影一般采用的是DCI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的P3色域，超高清電視則采用了ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的色域，圖1中給出了在CIE 1931彩色坐標(biāo)系中不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的色域坐標(biāo)及色域范圍。超高清電視采用了更廣的色域范圍，一般稱為寬色域（WCG, Wide Color Gamut），因此能夠呈現(xiàn)出更豐富的色彩。
圖1 不同標(biāo)準(zhǔn)色域比較
與寬色域相配合，超高清電視還使用了高動(dòng)態(tài)范圍(HDR，High Dynamic Range)技術(shù)。自然界真實(shí)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍一般可以達(dá)到1015:1，人眼在沒有自適應(yīng)調(diào)節(jié)的情況下可以感知到的動(dòng)態(tài)范圍大概為105:1，而高清電視普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍（SDR, Standard Dynamic Range）只有103:1，遠(yuǎn)小于人眼的感知范圍。隨著終端顯示能力的提升，顯示設(shè)備已經(jīng)可以達(dá)到更高的動(dòng)態(tài)范圍。超高清電視在節(jié)目拍攝、制作、編碼、傳輸和顯示端到端各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)了105:1的動(dòng)態(tài)范圍，使得黑色的部分更黑，亮的部分更亮，色彩層次更豐富，更加真實(shí)的呈現(xiàn)自然場(chǎng)景。
量化精度上，高清電視普遍采用8bit，超高清電視則使用10bit甚至12bit。幀率也從高清電視的25p/50i發(fā)展到超高清電視的50p,最高能到120p。
除了視頻技術(shù)參數(shù)的提升外，超高清電視在音頻技術(shù)上也產(chǎn)生了重大變革，從超高清電視的雙聲道立體聲、5.1環(huán)繞聲發(fā)展為沉浸式3D音頻，聲道數(shù)可以達(dá)到22.2。在傳統(tǒng)的聲道的基礎(chǔ)上，增加了基于對(duì)象、基于場(chǎng)景的描述，實(shí)現(xiàn)聲臨其境的聽覺體驗(yàn)。
2、國際超高清電視發(fā)展情況
ITU、MPEG、SMPTE、ETSI等國際標(biāo)準(zhǔn)組織均開展了超高清電視標(biāo)準(zhǔn)化工作，涉及到了節(jié)目制作、基帶接口、信號(hào)傳輸、視音頻處理、終端設(shè)備和評(píng)價(jià)測(cè)試等多個(gè)超高清系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在制式和參數(shù)規(guī)范方面， ITU在2012年和2016年分別發(fā)布了ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)和ITU-R BT.2100標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了超高清電視和高動(dòng)態(tài)范圍HDR節(jié)目制作與交換參數(shù)。SMPTE在2014年頒布了ST 2084和ST 2086標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)HDR的電光轉(zhuǎn)移函數(shù)PQ曲線及HDR靜態(tài)元數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)定。2016年頒布的ST 2094標(biāo)準(zhǔn)中，則對(duì)HDR動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)定；在編碼方面，MPEG和ITU共同成立的視頻編碼聯(lián)合小組JCT-VC在2013年頒布了高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC，在ITU標(biāo)準(zhǔn)體系中被稱為H.265標(biāo)準(zhǔn)，在MPEG標(biāo)準(zhǔn)體系中作為MPEG-H的第二部分。此外，MPEG在2015年2月頒布了MPEG-H 3D音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)被納入MPEG-H標(biāo)準(zhǔn)的第三部分；在傳輸方面，DVB在2014年頒布的TS 101 154標(biāo)準(zhǔn)修訂中增加了在TS流中對(duì)HEVC進(jìn)行傳輸標(biāo)識(shí)規(guī)范，在2017年標(biāo)準(zhǔn)修訂中又增加了對(duì)HDR的相關(guān)標(biāo)識(shí)；在接口方面，ITU頒布的ITU-R BT.2077標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了萬兆光纖傳輸接口及6Gb/s、12Gb/s和24Gb/s SDI傳輸接口。SMPTE頒布的ST 2110標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SDI over IP傳輸進(jìn)行了規(guī)定。
日本NHK廣播電視研究所是最早開展4K電視研發(fā)的機(jī)構(gòu)。從2012年起，日本、韓國、英國、法國、美國等西方主要國家陸續(xù)制定了4K超高清電視的研發(fā)及廣播計(jì)劃，并在地面、有線、衛(wèi)星以及IPTV等傳輸網(wǎng)絡(luò)開展了不同程度的試驗(yàn)播出。其中，日本走的最快，計(jì)劃也最為詳盡，韓國、歐洲和美國緊隨其后。
3、我國超高清電視發(fā)展情況
與日韓、歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國4K超高清電視技術(shù)目前還處于初級(jí)階段，尚未形成完整的端到端的產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)鏈，發(fā)展環(huán)境、產(chǎn)業(yè)支撐條件、節(jié)目業(yè)態(tài)以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等都還有待完善。
國家新聞出版廣電總局在2016年發(fā)布的《十三五廣播影視科技發(fā)展規(guī)劃》將4K超高清電視列為重點(diǎn)研究領(lǐng)域和重大研究項(xiàng)目，明確了我國十三五期間4K超高清電視的發(fā)展目標(biāo)。隨著電視制播技術(shù)的進(jìn)步和電視終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，部分機(jī)構(gòu)經(jīng)批準(zhǔn)開展了4K超高清電視節(jié)目制播和傳輸試驗(yàn)，為超高清電視發(fā)展開展了有益的探索和實(shí)踐，但也出現(xiàn)了管理不規(guī)范、技術(shù)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，2017年11月廣電總局發(fā)布了《國家新聞出版廣電總局關(guān)于規(guī)范和促進(jìn)4K超高清電視發(fā)展的通知》，進(jìn)一步規(guī)范和促進(jìn)4K超高清電視健康有序發(fā)展。
2016年5月，我國自主研發(fā)的超高清視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)GY/T 299.1-2016《 高效音視頻編碼 第1部分：視頻》發(fā)布，該編碼標(biāo)準(zhǔn)在編碼效率上與國際編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC相當(dāng)，有效的提升了視頻編碼性能。2017年1月，廣電總局發(fā)布了用于超高清節(jié)目制作和交換參數(shù)的GY/T 307-2017《超高清晰度電視系統(tǒng)節(jié)目制作和交換參數(shù)值》標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到我國超高清電視的實(shí)際應(yīng)用情況，我國超高清節(jié)目制作與交換參數(shù)在幀率的選擇上，僅保留了50p、100p和120p。2018年1月，廣電總局發(fā)布了用于高動(dòng)態(tài)范圍節(jié)目制作與交換參數(shù)的GY/T 315-2018《高動(dòng)態(tài)范圍電視節(jié)目制作和交換參數(shù)》及用于先進(jìn)聲音系統(tǒng)揚(yáng)聲器配置和布局的GY/T 316-2018《用于節(jié)目制作的先進(jìn)聲音系統(tǒng)》。此外，廣電總局聯(lián)合工信部于2016年5月啟動(dòng)了4K高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）、三維立體聲（3D Audio）等標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，目前標(biāo)準(zhǔn)也正在制定中。
央視、上海、湖南、廣東等電視臺(tái)從2013年開始，陸續(xù)開展了4K超高清電視的節(jié)目制作和有線電視網(wǎng)中的傳輸試驗(yàn)，相繼推出4K體驗(yàn)專區(qū)業(yè)務(wù)；中國電信、中國移動(dòng)和中國聯(lián)通于2015年開始，陸續(xù)在IPTV中推出了4K超高清點(diǎn)播和推送業(yè)務(wù)；樂視、小米、優(yōu)酷等OTT廠商也推出了4K超高清點(diǎn)播業(yè)務(wù)。但受到節(jié)目制播和傳輸?shù)鹊南拗疲捌陂_展的超高清業(yè)務(wù)大部分都采用的是4K、25p、8bit、709色域和SDR的技術(shù)參數(shù)，還不符合我國超高清節(jié)目制作規(guī)范。
考慮到廣東省在4K超高清電視發(fā)展的良好產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在廣東省率先開展超高清電視的先行先試。2017年12月23日，以“新時(shí)代、新征程、新視界”為主題的廣東4K超高清電視試驗(yàn)播出啟動(dòng)活動(dòng)在廣東電視中心舉行。通過廣東省產(chǎn)業(yè)示范，極大地提升4K超高清電視相關(guān)產(chǎn)品的成熟度和穩(wěn)定度，帶動(dòng)4K電視產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，為4K超高清電視產(chǎn)業(yè)在全國的推廣應(yīng)用提供重要經(jīng)驗(yàn)。
超高清電視業(yè)務(wù)的推進(jìn)，能給觀眾帶來更佳的觀看體驗(yàn)，同時(shí)也能帶動(dòng)消費(fèi)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)推動(dòng)。隨著我國超高清電視產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善及各方的協(xié)同努力，2018年將是我國超高清電視推進(jìn)的重要階段。
