超高清视频在广播电视领域的应用

杨长庆

（滨州市新闻传媒中心，山东 滨州 256600）

0 引言

数字媒体时代，超高清视频技术成为广播电视领域的一项革命性创新。本文重点关注其在广播电视领域的多个应用，如百城千屏、超高清电视、高动态范围（High Dynamic Range，HDR）影院、全景视频以及自由视角等。这些应用正在塑造观众的娱乐体验，提供更高质量、互动性和个性化的内容。

1 超高清视频发展概述

1.1 超高清视频的概念

超高清视频（Ultra High Definition，UHD）通常包括4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）两种主要分辨率标准，是符合高帧率、高位深、广色域、高动态范围等要求的新一代视频技术。与传统视频相比，超高清视频的图像细节更精细和清晰，能够承载更多的信息，在广播、电影制作、电视、游戏和虚拟现实等领域得到广泛应用[1]。

1.2 超高清视频产业的关键技术

超高清视频产业的发展离不开高动态范围、编解码、先进计算、三维声、超分技术、数字版权管理、视频云等关键技术的支持。高动态范围技术支持视频以更高的亮度和广泛的颜色范围呈现，提供更真实和生动的画质。高动态范围主要标准包括Dolby Vision、HDR10、HLG 及HDR Vivid 等。 编解码技术在视频传输和存储中起着关键作用，确保高分辨率内容能够有效传输并节省带宽。编解码格式有XAVC、ProRes、JPEG-XS、H.265/HEVC、中国AVS 标准（AVS、AVS2、AVS3）、VVC 及EVC 等。先进计算和图像处理技术是超高清视频的关键支持，包括图像增强、降噪和超分辨技术，能够改善图像质量。三维声技术提供立体声音效，提升观众的听觉体验。三维声技术的主流标准及解决方案包括Dolby Atmos、临境音DTS：X、Auro 3D、MPEG-H以及三维菁彩声等。基于深度学习的超分技术具备将低分辨率图像放大为高分辨率图像的能力，实现图像超分、视频超分及图像去噪等功能。数字版权管理（Digital Right Management，DRM）技术用于保护内容的知识产权和管理数字内容的分发，负责内容版权所有者的合法权益保护。当前主要的DRM 技术方案有PlayReady、FairPlay、Widevine及ChinaDRM 等。当前，视频内容云上生产制作成为重要趋势，视频云在虚拟现实（Virtual Reality，VR）内容制作、数字孪生、数字人及元宇宙等领域的应用持续深化[2]。

1.3 超高清标准发展历程

2012 年，国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）定义了基于超高清视频的超高清电视标准。2019 年，美国消费电子协会与8K协会先后制定8K 电视基本性能认定标准。2021 年，中央广播电视总台相继发布《中央广播电视总台8K超高清电视节目制播技术要求》和《8K 超高清大屏幕系统视音频技术要求》。2023 年，《高动态范围（HDR）视频技术第3-6 部分：技术要求和测试方法播放软件用设备》《超高清电视变频显示系统技术规范》《超高清显示终端光纤接口技术规范》三项联盟标准制定并发布[3]。

1.4 超高清产业发展情况

超高清视频产业链包括内容采集、内容制作、传输及分发、终端呈现以及内容供给等环节。内容采集环节包括摄像机、监视器及切换台等设备。国内企业自主研发的8K 超高清摄像机已应用于冬奥会直播活动，索尼、松下和夏普等公司都已推出了8K 监视器产品，8K 广播级导播台处于研发阶段。内容制作环节包括虚拟演播室、编解码器、5G背包、编辑系统、调色系统及制播系统等。虚拟演播室在国内外广泛使用，被应用于晚会、音乐会及新闻节目制作等领域。编解码器方面，4K 编解码产品主要体现在AVS2、H.265/HEVC 等标准支持，8K 编解码产品已经应用于冬奥会、8K 频道等领域。5G 超高清背包在超高清现场直播、远程制作、现场信号回传等的应用已十分成熟，已应用于冬奥会、全运会、建党一百周年庆典等直播与转播活动。编辑系统方面，主流视频编辑制作系统基本支持超高清视频的编辑制作。调色系统方面主要有Topaz Adjust AI 和达芬奇软件。制播系统向网络全IP 化制播发展。在传输及分发方面，定制化的5G 技术逐步应用于不同超高清视频场景，千兆光网使能超高清优质体验。终端呈现方面，彩电、虚拟现实、手机以及商用显示器等发展迅速，产品供给不断丰富。专业生产内容方面，超高清专区相继落户交互式网络电视（Internet Protocol Television，IPTV），并拓展在重大赛事、活动直播、转播及纪录片制作等领域的应用；用户原创内容方面，中、短视频逐步支持超高清，不断丰富超高清内容[4]。

2 超高清视频在广播电视领域的应用

2.1 基于超高清视频的百城千屏

工业和信息化部联合六部委开展“百城千屏”超高清视频落地推广活动，旨在实现高品质、高清晰度的视频内容传播和展示。涵盖了多个城市、数以千计的屏幕，将广播电视媒体带入一个新的时代。这项创举将城市空间变为一个庞大的信息传递平台，从商业广告到文化活动、新闻报道、体育赛事等各种内容，都可以通过超高清视频展示在不同城市的多个屏幕上。百城千屏活动拓展了超高清音视频的应用场景，在广播电视领域的应用实践已取得显著成果，如春节联欢晚会、北京冬奥会、中秋晚会、卡塔尔世界杯等直播与转播活动在户外大屏开展。各省市积极响应百城千屏战略，如北京开展“8K 真‘京’彩，百屏‘靓’冬奥”活动，四川省成立具备转播8K 节目的省级“百城千屏”联播网，福建省构建“省级播控中心+省级联播平台+大屏联播网”全省户外大屏联播联控[5]。

2.2 基于超高清视频的超高清电视

基于超高清视频的超高清电视提供出色的图像质量，以4K（3 840×2 160）和8K（7 680×4 320）两种分辨率标准呈现，赋予观众更为清晰、生动、逼真的图像体验，细节表现更出色，色彩更丰富。超高清电视通过更大的屏幕、更高的像素密度以及高动态范围技术，提供视听盛宴，尤其适用于电影、体育赛事和游戏等领域。基于超高清视频的超高清电视还支持更多音频频道和立体声效果，提供沉浸式的音响体验。

超高清电视已经成为广播电视行业的主要趋势，各大电视制造商纷纷推出4K 和8K 电视机型，内容提供商也积极制作和传播超高清节目。以广东广播电视台4K 超高清电视制作全流程系统为例，其率先构建完整的4K 超高清节目制作生产链，包括4K 演播/转播系统、4K 后期制作网系统，充分运用50 帧率、高动态范围等技术，实现4K 超高清电视节目的全流程超高清制播[6]。

2.3 基于超高清视频的沉浸式HDR 影院

基于超高清视频的沉浸式HDR 影院代表了电影观赏体验的巨大飞跃。在这种影院中，高品质的超高清视频技术与HDR 音效相结合，为观众创造了极富沉浸感的电影体验。HDR 技术提供更广泛的亮度范围和颜色深度，使画质更为逼真，配合8K分辨率的超高清视频，呈现出细节、色彩和对比度的卓越表现。HDR 影院环境通常包括大屏幕投影、先进的音响系统和座椅震动效果，使观众感受到更多层次的影音冲击。三维音效技术使声音从不同方向传达给观众，增强了听觉体验。超高清HDR 影院不仅改善了电影的视觉和听觉质量，还推动了电影制作和后期制作领域的创新。以杜比实验室杜比端到端的音视频解决方案为例，其以杜比视界HDR 影像技术和杜比全景声沉浸式音频技术为基础，HDR影像技术被广泛应用于电影、剧集制作和发行，通过杜比影院，为观众带来更大的动态范围、更广的色域、更高的精确度的超高清、沉浸式的影院体验。

2.4 基于超高清视频的全景视频

基于超高清视频的全景视频将观众带入虚拟现实世界或创造出360°全景环境，为观众提供身临其境的体验。这种技术通过拍摄、传输和播放高分辨率的视频，在虚拟现实头戴式显示设备中呈现，使观众感觉自己置身于视频内容的中心。全景视频通常包括多个摄像头或摄像头阵列，可以捕捉全方位的景象。观众通过头戴式设备如VR 头盔，通过移动头部来改变视角，仿佛置身于实际拍摄场景。超高清视频的应用进一步提高了全景视频的质量，使细节更加生动，色彩更加鲜艳，已经在电影、游戏、虚拟旅游和培训等领域崭露头角。2019 年，央视新闻携手移动咪咕开展首次4K 超高清全景阅兵直播，全程保持50 f·s-1的高帧率，通过宽色域、高色深和三维全景声技术带给观众多角度、沉浸式、超高清观看体验。

2.5 基于超高清视频的自由视角与多机位视角

基于超高清视频的自由视角与多机位视角赋予观众更大的互动和控制权，以在观看视频内容时选择不同的视角和摄像机位置，采用多个摄像机角度拍摄同一场景，通过超高清视频传输，让观众在观看时自由切换视角，从而获得个性化的观看体验。这项技术不仅适用于体育赛事，也可以在音乐会、演唱会、电影和虚拟现实应用中实现。观众可以自行选择观看足球比赛中的不同场景、音乐会中的不同乐队成员或电影中的不同角色。这种互动性提供了更丰富的娱乐体验，也为内容制作者提供了更多创作空间。使用超高清视频技术，观众可以欣赏细节丰富的画质，保持清晰度，即使在多次切换视角时也能获得最佳效果。以2023 年第31 届世界大学生夏季运动会为例，在组委会、中央广播电视总台和中国电信多方协力配合下，将5G+VR、5G+8K、自由视角等前沿技术用于大运会赛事转播实践。

3 结语

基于超高清视频的广播电视应用持续创新，重新定义了视听体验，为观众提供更高质量的图像、更丰富的声音和更多互动性，推动了广播电视行业的发展。未来，随着技术的不断演进，期待更多令人兴奋的应用和可能性，进一步推动广播电视向前发展，为观众带来更多精彩的内容和体验。