全面应对4K传输挑战

熊艳云

4K讨论了这么些年，进入从后端处理到中端传输再到前端显示以及内容提供的全面发展阶段。近日，对4K技术坚挺到底的4K大佬索尼，代表行业发言，宣布4K正以难以置信的速度前进。事实确也如此，如今对于4K来说，各项技术与设备已经基本成熟，而且价格也越来越亲民，不管是在消费领域还是专业领域，4K整体向前发展的车轮已经无法阻挡并呈现加速度状态。那么，在4K发展中扮演运输通路角色的4K传输技术是否已经很好地应对了4K全面发展与之带来的各种挑战与要求，是否很好地跟上了4K发展的整体步伐？

4K传输表现

4K技术将人们熟知的HD高清信号从1，920×1，080的分辨率，提升到4，096×2，160的分辨率，其像素点是HD高清信号的4倍多。4K显示召示着视讯分辨率以相比于1080p四倍的速度跃进一个新世代。同时也意味着对传输提出了更大挑战。对此，Lightware表示4K由于传输的数据量在全高清的基础上翻了一翻，这对处理芯片以及传输媒介都提出了更高的要求。处理芯片需要更快速的响应速度、处理能力以及处理功能，而传输媒介则要承载相较于全高清视频4倍的像素信息传输，还要考虑处理和传输中存在的延迟以及传输距离的问题。

如果从实时非压缩传输角度而言，4K传输速率需要达到12Gbit/s，同时保证画面垂直更新率。这让许多高清视频传输设备生产厂商又一次走到了分叉路口，如何应对12Gbit/s的传输速率足以成为让整个现有产业头痛的问题。

现有应对策略

那么，如何实时传递12Gbps而不降低画面垂直更新率？从硬件角度出发，目前采用的方法有两种：一是在现有的传输技术上增加平行传输数；二是改变传输介质。

对支持4K传输的HDMI2.0而言，HDMI2.0通过将3条传输巷的每条传输巷的传输率提升至6Gbps，如此3条加总可得18Gbps，可以应对4K传输，且维持60fps画面更新率。英特尔带来的Thunderbolt 2在Thunderbolt（TBT）的基础上，打破了原有传输限制，使TBT的2个传输通道不再限定其中1个单独配置给DisplayPort，从而提升一倍传输率，从10Gbps增至20Gbps，能够实时非压缩传输4K UHD。HDMI2.0与Thunderbolt 2都可以通过对巷道、通道进行扩增，来增加传输量，很好地应对4K传输。同时，被誉为“下一代影音线缆标准”的HDBaseT标准目前最高支持20Gb/s的传输速率，可以完全满足所有未经压缩的1080p或更清晰的4K×2K视频传输。

还有一种方法同样能实现4K传输，那就是在保证12Gbps的传输速率上降低画面垂直更新率。如HDMI1.4，MHL3.0等。HDMI1.4通过将画面垂直更新率自60fps降至24fps来达到4K UHD传输。同样MHL3.0通过将画面垂直更新率自60fps降至30fps也可以实时非压缩传输4K UHD。姑且不论各种传输方式的好坏优劣，以上技术都可以应对4K UHD传输。

对于传输介质而言。铜线的物理极限约10Gbps，对于HDMI2.0的6Gbps来说仍然有提升空间，而对于传输速率已经达到全额10Gbps的Thunderbolt来说，若想再增加传输速率，已无法再用铜线，需改用其他传输介质，如光纤。而光纤传输对于4K甚至未来8K的信号传输来说都是最理想的传输媒介。Lightware公司相关人士表示，4K的高数据量和高发送频率通过传统电信号传输，除了视频的传输距离受限，数据本身也会更容易受到外部的电磁干扰从而改变视频像素的特性甚至造成图像畸变。而光纤传输的先天优势就是对电磁信号不敏感，距离相较于双绞线能传输得更远并且能承载的数据量也更大。

除了硬件应对策略之外，对于4K传输来说，软件演算也在努力应对。MPEG-4、H.264已经力有未待，不敷使用，而压缩率增强版的H.265成为目前4K压缩的应对之道。H.265的压缩比相对于H.264提高了一倍。4K信号经H.265压缩后的带宽为1080p进行H.264压缩后的带宽的2倍。天翼讯通表示，H.265使得4K网络传输成为可能。如果不是对压缩比要求极高的场合，采用一些更早期的压缩算法如JPEG压缩标准，由于其算法简单容易实现，在光纤传输场合可以得到很好的应用。例如4Kp60带宽为18G，采用JPEG进行6：1的压缩为2.97G就可以通过现有的SDI设备进行传输，具有很大的成本优势。

无线4K传输

4K有线传输已经具备一定的高度，在无线传输方面厂商们同样积极备战。快思聪表示，建立在流媒体基础上的无线传输技术，一步步从Mbone、RealNetworks走到Adobe、Youtube。有线传输受到布线距离、费用、设备接口等问题的制约，越来越难以满足当今人们移动化的需求。手机、平板、超极本，这些电子设备越来越轻薄，容易携带，人们在这些设备上观看超高清视频的需求使得媒体无线传输必然成为技术的热点。Crestron的流媒体技术已经为4K做好了准备，在4K时代，我们也能享受无线传输的便利。

在NWC2013通讯展上，韩国LG公司展示了一项利用手机无线传输技术将4K内容投射到超高清4K电视上的技术“Wireless Ultra HD Transmission ”，这也是世界上第一个基于无线传输4K的技术展示。该技术可以传输手机中的各种多媒体文件，并且数据顺滑，不会产生明显的延迟。此外手机的内容还会自动调整，以适应电视机不同的分辨率。据悉，LG将在未来的手机上配备这项技术。鉴于无线传输的距离和速率等限制，4K无线传输要被广泛应用可能还有较长的路要走，但可幸的是4K无线传输技术的发展已经上道了。

未来发展

对传输设备而言，4K意味着高带宽，所以，对传输设备的硬件指标基本要求就是要支持高带宽，高带宽也已成为未来传输控制产品的发展趋势。基于此，Lightware推出的面向未来的25G矩阵切换器，其每一个端口都支持25G的传输速率。其超高的传输速率以及丰富的功能保证用户的投资在相当长的一段时间内都不必担心为了支持新格式而更新换代的问题，支持4K传输没问题，支持未来的8K传输亦没有问题。来自安玛思的全系列AMX Enova DGX8/16/32/64，EPICA DGX288机箱都支持4K，通过光纤传输兼容HDCP的UHD超高清视频信号。此外，要求高带宽的4K传输未来将推动光纤传输的普及，促使光纤传输产品全面开花。天翼讯通、宽博等都已推出应对4K传输的光纤设备与解决方案。

HDBaseT技术亦是未来4K传输发展的亮点。HDBaseT被誉为“下一代影音线缆标准”，虽然HDBaseT的设备目前还没有得到普及，但是由索尼、LG、三星以及以色列的半导体公司Valens Semiconductor强大阵容组成的HDBaseT联盟已经在开发最新的HDBaseT 2.0。

据了解，HDBaseT 2.0标准不仅能够实现高清信号传输，还加入了对5.1声道的支持，几乎可以兼容所有的视频和音频信号源；同时，考虑到移动设备，HDBaseT还加入了对USB 2.0的支持。快思聪表示，HDBaseT技术是高清时代IT技术与传统AV技术的融合，传统AV技术中，不同的设备需要不同的线缆，使得从传统设备过来的各种AV设备不得不配备多种接口，以适应不同第三方设备的需要。而HDBaseT技术则统一了接口技术、传输技术，将不同设备都统一成了网络设备。4K技术掀起新一轮的高清技术浪潮，日渐被公众熟悉的HDBaseT技术当仁不让的作为4K技术和传统AV技术的桥梁，将所有的标准都统一在HDBaseT的平台下。这意味着，传统影音设备的布线方式将彻底被颠覆。

与此同时，为了解决传输瓶颈，加速4K普及，国内航天数字传媒公司已率先推出了4K超高清数字卫星传输解决方案，解决了4K超高清片源在传输方面的瓶颈。航天数字传媒称，未来将与4K产业链的上下游合作，把4K视频内容通过卫星传输推送给用户。由此观之，从硬件支持到软件演算，从有线传输到无线传输，行业都具备了全面应对4K传输挑战的相关产品与解决方案，有了4K传输的跟进与支持，4K的普及将指日可待。