广播电视系统中4K超高清技术的应用研究

卢乐一 万兆媛

【摘要】近年来，我国信息环境逐步改善，新媒体和传统媒体协同发展形成了融媒体环境。本文主要介绍广播电视系统中4K超高清技术的应用价值，介绍关键技术融合、技术标准确定、管理模式优化、技术参数设置、有效开展检测等内容，并基于广播电视系统中4K超高清技术的应用现状。探究4K超高清技术的发展趋势，旨在推动广播电视系统功能现代化发展，为人们提供更好的视听体验。

【关键词】广播电视系统;4K超高清技术;技术标准;技术参数

中图分类号：TN94                  文献标识码：A                  DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.21.001

长期以来，广播电视作为接收官方信息，掌握社会动态的主要媒介被大众所接受，随着科学技术水平的不断提升和信息环境的逐步改善，人们对广播电视分辨率的要求也呈现了明显的上升趋势，4K超高清技术在广播电视系统中的应用可切实满足观众的清晰度需求。另外，4K超高清技术在广播电视系统中的应用可以积累丰富技术经验，继而在医学检查、视频监控、城市交通等领域中发挥现代化优势。

1. 广播电视系统中4K超高清技术的应用价值

公开资料显示，2018年，我国广播节目综合人口覆盖率为98.9%、农村广播人口覆盖率为98.6%，电视节目综合人口覆盖率为99.3%、农村电视人口覆盖率为99.0%;2019年，广播节目综合人口覆盖率为99.1%，电视节目综合人口覆盖率为99.4%。由此可知，我国具有较大的广播电视信息受众规模，4K超高清技术在广播电视系统中的有效应用可惠及广大信息受众，切实改善我国人民的信息获取环境，使人们能够更好地与社会相关联。国家统计局资料显示，2009年～2017年，我国广播电视设备制造业高技术产业数量分别为477个、473个、365个、447个、624个、626个、644个、693个和652个，在技术创新和技术融合上具有较高的基础，2009年～2017年，家用视听设备制造高技术产业数量分别为1088个、1090个、864个、897个、1039个、1036个、1022个，1051个、1004个，可见4K超高清技术在广播电视系统中的应用具有较为宽广的技术空间。值得一提的是，4K超高清技术将对广播电视系统原有信息传播平台和信息条件提出全新挑战：用户若想观看4K节目，必须拥有4K电视机。由此可知，4K超高清技术可带动电视制造行业的发展，对于扩大与广播电视行业相关的产业的发展规模具有积极意义和影响。

2. 广播电视系统中4K超高清技术的应用路径

2.1 关键技术融合

国家统计局资料显示，2009年～2011年，我国广播电视设备制造业高技术产业总产值分别为4246602.00万元、5772921.70万元、6574928.60万元，可知广播电视设备制造高技术产业具有较大的发展规模。为满足我国人民对广播电视节目分辨率的要求，4K超高清技术在广播电视系统中的应用切实可行，可通过关键技术融合扩大4K超高清技术在广播电视系统中的应用比例。

基于图像纹理特征和哈达玛变换的编码算法在4K超高清技术应用中占有重要地位，以纹理复杂度的定义和沃尔什-哈马达变换过程为基础，可通过优化算经使得4K超高清技术具有较为优良的编码性能和运行流程。另外，还可通过非线性扩散滤波的图像增强4K超高清技术，使其具有较为稳定的运行状态，强化用户的视觉体验。4K超高清技术在广播电视系统中得以应用的关键技术还包括编码单元划分、帧内预测技术、帧间预测技术和码率控制技术，其中，编码单元划分主要依托于4K超高清技术的编码框架和编码配置，根据编码环节的不同，在CTU划分、模式预测、变换三个阶段分别对应编码单元、预测单元和变换单元，以编码单元划分技术为基础，广播电视系统中4K超高清技术的转换率将得以有效提升。帧内预测技术和帧间预测技术分别针对图像在空间上的冗余和图像在时间上的冗余，对减小图像储存空间、提高图像处理效率具有积极意义。码率控制技术在广播电视系统中的应用可对编码过程进行合理优化，继而使编码后码流输出与传输通道带宽相匹配。

2.2 技术标准确定

国家统计局资料显示，2009年、2010年、2011年，我国家用视听设备制造业高技术产业总产值分别为39184498.00万元、44528141.90万元、53779939.70万元，电子及通信设备制造业高技术产业总产值分别为289471244.00万元、359297648.30万元、435594944.20万元。由此可知，我国在通信环境建设和广播电视视听环境改善上做出了巨大努力，要想进一步加强4K超高清技术在广播电视系统中的应用力度，应加快建设技术标准，提高4K超高清技术在电视广播系统中的标准化程度，保证4K超高清技术的应用质量，使其能够切实展现图像处理优势。近年来，在大量人力、物力的支持下，4K超高清技术在我国具有了优良的应用基础，2019年、2020年《春节联欢晚会》采用的4K直播方式，使人们在观看春节联欢晚会时具有了更加的观看体验。2018年中央广播电视总台发布了4K超高清技术规划以及两份由中央电视台组织编制的4K超高清电视技术标准，为4K超高清技术在广播电视系统中的全面应用提供了基本遵循和有力支持。在此基础上，可结合技術标准推进4K试验频道直播系统建设和4K超高清技术体系建设，切实展现4K超高清技术的最新发展成果，形成全新的电视服务模式，扩大传统媒体的传播力和影响力。

2.3 管理模式优化

《中央广播电视总台4K超高清电视节目直播技术规范》和《基于4K超高清图像=环绕声/三维声的家庭影院配置规范》，为4K超高清在广播电视系统中的应用奠定了坚实基础，要想有效打造全新的4K超高清电视制播技术体系，充分彰显4K超高清技术的图像处理优势，应致力于优化管理模式。传统的广播电视管理模式在管理效率和管理覆盖面上具有明显的缺陷，基于我国广播电视设备制造技术和家用视听设备制造技术发展现状，可以得知，4K超高清技术在广播电视系统中的应用是广播电视系统发展的必然趋势。因此，广播电视系统管理人员和其他相关负责人员应基于4K超高清技术的技术特征和技术基础，充分健全管理系统，打破传统管理框架的限制，积极融合创新性管理理念，形成节目伴随制播HD的制作传播管理模式和原创式和混合式的现实直播管理模式，对这两种管理模式下的管理内容和技术环境进行充分细化，加强对4K超高清技术的支持力度。值得一提的是，为使4K超高清技术可以形成更高图像清晰度、更宽色域、更宽亮度的图像显示环境，应有效处理4K超高清技术带来的巨大后期编辑工作，组建掌握先进编辑能力、信息处理能力的人才队伍，对4K超高清技术在广播电视系统中的有效应用提供技术支持。

2.4 技术参数设置

公开资料显示，2018年，全国有线广播电视用户数为21832.0万户，农村有线广播电视用户数为7404.0万户，数字广播电视用户数为20144.0万户，目前我国现有公共电视节目3559套，公共电视节目播出时间总计为192502557.0小时，电视节目制作时长为3577444.0小时。由此可知，我国信息受众对广播电视节目具有较大需求，为使4K超高清技术可以在广播电视系统中切实发挥技术优势，应积极优化技术参数设置，根据4K超高清技术对电视广播系统硬件的需求完成总体硬件设计。目前，电视广播系統中4K超高清技术的技术参数设计主要包括平台系统及关键性能参数设计和平台模块及关键性能参数设计。4K超高清技术的应用基础是多屏图像处理平台，该平台可连接用户高分业务软件、超高分辨率显示墙和前端信号源，多屏图像处理平台系统主要由计算机模块、PCI-Express交换模块图像处理模块、显示输出模块、系统控制交换模块、图像采集模块构成，显示输出模块主要包括八组模块，以每组4通道的形式进行信号输出，超高分辨率显示墙的4个显示单元可以接收显示输出模块共计32通道中输出的图像信息并展示。

2.5 有效开展检测

为使4K超高清技术在广播电视系统中具有稳定运行基础，应合理开展相关检测工作，检测内容包括信号一致性对比检测、系统功能测试、系统性能测试和系统可靠性测试。其中，信号一致性对比检测可用于测试视频信号内容的丢失性，保证输入信号与输出信号的一致性，继而实现管理4K信号质量和保证4K图像传输稳定性的目的。系统功能测试包括音频解码制式测试、图像分辨率支持能力测试、静止图像页面显示功能测试、远程配置功能测试、本地配置功能测试、以太网口功能测试、USB口功能测试、红外接口/键盘功能测试。系统性能测试包括电源测试、复位系统测试、时钟信号测试、Merry部分信号测试、HDMI信号测试、CVBS信号测试、VGA信号测试、Ypb pr信号测试、SDI信号测试、S-Video信号测试、音频信号测试、USB信号测试、以太网信号测试、按键和红外测试、串口信号测试。系统可靠性测试内容包括环境实验、振动试验、安规试验和电磁兼容EMC试验，通过合理开展上述测试和试验可有效分析4K超高清技术在广播电视系统中的应用基础和稳定性。

3. 广播电视系统中4K超高清技术的发展趋势

近年来，我国科学技术水平不断提升，相关现代化信息技术在广播电视系统中的应用切实改变了人们的信息接收方式，使人们具有了更为便捷的信息接收渠道和更佳的视听体验。广播电视系统中4K超高清技术的应用充分展现了现代化技术对人们生活的影响，国家统计局资料显示，2011年我国广播电视设备制造业高技术产业新产品的产值为1739764.20万元，可见，我国高度重视广播电视系统的建设和发展。4K超高清技术在广播电视系统中的应用可实现视听环境创新，基于当前我国的科学技术水平和人们日益增加的信息获取需求，可以预测，4K超高清技术还将与人工智能技术、人工神经网络等现代化数字技术有效融合，进一步提高广播电视系统的人性化水平。

总而言之，当前我国正处于现代化建设的关键时期，基于人们日常生活对视频和图像信息获取需求的持续扩张趋势，在广播电视系统中应用4K超高清技术切实可行。可通过关键技术融合、技术标准确定、管理模式优化、技术参数设置、有效开展检测，使4K超高清技术具备坚实的技术基础和运行基础，为用户提供更为舒适的视频观看效果。

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