国内8K 超高清发展及在IPTV 落地前景前瞻

本文重点围绕8K 超高清电视发展的特点和进展,从8K 产业 链发展的现状、IPTV 平台建设8K 的可行性、8K 超高清电视 发展面临的挑战与机遇等几个方面进行讨论,对8K 在IPTV 的落地前景进行前瞻。

摘要

随着视听传播技术的不断发展,人们对视听感受提出了更高的要求。视频清晰度越来越高、色彩还原逼近自然色彩、全景声更加动态逼真。4K 超高清电视还处于起步阶段,8K 超高清电视已随之而来。世界各国纷纷加快了对8K 超高清电视的技术研发和应用落地,日本已经于2018 年12 月1 日推出了世界上第一个8K 频道NHK BS8K。我国一直将超高清电视产业当作行业转型升级的抓手,于2019 年2 月28 日发布了《超高清视频产业发展行动计划(2019—2022年)》,加快推动我国超高清视频产业快速健康发展。预计到2022 年,我国8K 超高清电视终端销量占电视总销量的比例将会超过5%,超高清电视节目制作能力超过3 万小时/ 年,超高清视频用户数将达到2亿人。随着冬奥会的临近,8K 测试频道开通在即,整个行业还将迈上一个新的台阶,8K 超高清电视产业将进入高速发展期,值得我们高度关注。

一8K 基本情况综述

国际电信联盟于2012 年8 月发布了超高清电视标准——《超高清电视系统节目制作和国际交换的参数数值》,包括4K 和8K 两种标准,从像素数量、刷新率、量化深度、色彩空间等方面规范了超高清电视的关键技术参数。8K 超高清电视拥有7680×4320的分辨率、HDR 高动态范围、BT.2020 标准的色域范围、12Bit 的量化深度、120Fps 的频率以及22.2 声道的环绕立体声技术,在视听呈现能力上较普通高清电视有了巨大飞跃,画面的清晰度、真实感和表现力均有了较大提升,成为现行电视行业技术的最高标准。

在8K 超高清电视技术研发和标准制订上,日本走在了世界前列。日本放送协会(NHK)1995 年开始8K 技术的研究,2018 年12 月1 日正式播出8K 超高清电视节目,并计划在2020 年东京奥运会提供8K超高清电视转播信号,成为全球8K 超高清电视的领跑者。我国一直在超高清产业积极布局,推动上下游产业链的建设和相关技术在各垂直行业应用落地。在产业布局上,广东2019 年启动了 “超高清视频产业发展试验区 ”建设,四川成都建设了国内首个国家级超高清视频产业基地——中国( 成都 ) 超高清创新应用产业基地。在核心技术储备上,我国已由之前的视音频编码标准跟随者,转向在超高清编解码标准制定和部署的全球领先者,2019 年1 月推出的AVS3Baseline Profile 编码性能相比AVS2 和HEVC 提升超过20%,AVS3 标准预计于2022 年投入应用,我国的AVS3+5G+8K 产业发展将领先全球部署。在垂直行业应用落地上,中央广播电视总台在2018 年10 月1日开播了4K 频道,并将在2021 年开展8K 超高清技术试验,为北京2022 年冬奥会8K 节目制作提供支撑。超高清视频( 北京) 制作技术协同中心推出了全球首台5G+8K 转播车,在2019 年9 月男篮世界杯进行了8K 直播转播。2019 年8 月,北京体育大学北体传媒利用“5G+8K+5.1+ 大屏”的方式完成了2019“丝路杯”国际女子冰球联赛的试验性直播。华为公司牵头在2019 年一场CBA 季前赛中创造性地把5G 与超高清、VR、AI 等技术结合起来,进行了篮球赛事的自由视角、多视角、VR、2D 转3D 的拍摄创新验证,提供了全新的应用体验。

随着8K 技术的不断发展和在各重大活动的落地使用,8K 产业链各环节在逐步完善,使得8K 在电视端的落地具有了可以谈论的空间。根据4K 业务开展的经验,相对直播形态,点播形态的“8K 专区”成为用户端落地最可能的途径。本文将结合8K 产业链发展情况,从IPTV 平台建设8K 的可行性、8K 超高清电视发展面临的挑战与机遇几个方面展开讨论,对8K 在IPTV 的落地前景进行前瞻性分析并提出自己的建议。

二8K 产业链发展情况分析

整个8K 产业链涉及采集、生产、播出、传输、终端等各环节,如图 1 所示。各环节的技术完善度和行业应用情况差异很大,我们将按照各环节逐一分析。

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1. 采集

8K 摄制采集环节进入实践阶段,产品较少、商业应用成本高,现阶段民用难以普及。8K 摄影机自2012 年起发展迅速,NHK、Hitachi、RED、Canon、Sony、Panavision 等都推出了自家8K 摄影系统,见表1。8K 摄像机价格高昂,加上未经压缩的8K 视频占据存储空间大,因此限制了8K 的民用,目前只用在国家级电视台或大型电影公司使用。

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2. 制作

国内已经具备完整的8K 制作技术支撑能力,这既包括单机制作,也包括网络化制作。国内厂家已经能够提供完整解决方案,包括存储、交换、计算等底层资源都已不是瓶颈,软件层面多个非编厂家可以提供8K 非编制作能力。目前核心问题在于周边设备过于昂贵,包括监视器、录像机等传统设备动辄上百万,严重制约了方案的应用落地。

3. 播出

在编码标准方面,国内在超高清编码标准制定上处于全球领先优势,已经推出了AV3 新一代编码标准,能够支撑8K 视频编码,目前支持AVS3 标准的设备较少,数码视讯于2019 年8 月发布了商用编码器,海思于2019 年9 月发布了基于AVS3 标准的8K/120P 解码芯片。在产品产业化方面,由于8K 视频所需带宽极大,局限了其应用领域,盈利的商业模式尚不清晰,大部分8K 编码设备厂商投入较小,仅有少量基于AVS2/H.265 算法的8K 编解码器实现产品化,已在中央广播电视总台、北京超高清协同中心进行了相关测试,能够应用于8K+5G 转播活动。

4. 传输

由于8K 编码占用空间巨大,传输带宽和存储资源是关键问题所在。一分钟原始8K 文件的容量就高达200GB。通过H.265/HEVC 编码可以将1 分钟的8K 容量压缩到700M~1GB 左右。对于极致体验的8K视频,其码率可高达220Mbps~400Mbps。这些都将给8K 技术系统建设带来很大考验。目前,8K 电视信号传输主要分为卫星传输、地面无线广播传输、有线传输以及互联网传输几种方式。在前三种传输方案中,NHK 已经做过传输实验,验证了方案的可行性。互联网传输方式又分为固定宽带网络和移动宽带网络。前者利用运营商的光纤网络,结合8K 高带宽的特点,使用UDP 协议进行骨干网络传输,可通过“SRT”协议解决到终端的传输。后者以5G 技术进行无线网络覆盖下8K 信号的传输。对传输来讲核心问题是对现有网络的改造,需根据超高清发展情况和实际投资成本综合考虑。

5. 终端

终端方面主要包括机顶盒、移动终端和电视面板。预计2020 年中国联通会首发8K 智能机顶盒。在移动智能终端方面,受限于续航能力、GPU 处理能力、数据下载能力、图像处理能力等问题,超高清平板电脑和手机量产数量较少。目前,创维、冠艺等企业推出了4K 智能平板等产品,索尼推出了配备 4K 曲面屏的 5G 手机产品,支持8K 的移动智能终端设备还尚未推出。电视面板方面,技术相对成熟,多家厂商已推出商用产品。包括夏普、创维、康佳等在内的多个电视品牌都生产了超大尺寸的8K 显示系统,目前正处于市场推广阶段,整体价格较贵。

三IPTV 8K 建设可行性分析

1. IPTV 开展8K 业务的优势

由于8K 自身的技术特点,小屏端无法展现8K技术优势,在大屏端相比于有线电视、OTT,IPTV具备天然的优势,这主要包括:

◆ IPTV 是广电与通讯运营商合作的产物,在8K内容制作和传输网络方面具有一定的优势,相对于传统有线电视,IPTV 平台的IP 化程度更高,架构更灵活,更偏向互联网化,为传输8K 视频所需改造更少,成本更低,见效更快;

◆相对于OTT 电视,IPTV 采用专网传输,在8K 视频动辄数百兆起步的高码率特性下,能充分保证高带宽和稳定性,是比较理想的传输环境;

◆由于后发优势,各省IPTV 在全高清的基础上,已经进行了较长一段时间的“4K 专区”的建设,在超高清、HDR 的技术储备和内容运营方面都积累了丰富的经验,当条件具备时可迅速向“8K 专区”转化。

以上这些因素都支撑了8K 超高清电视业务在IPTV 平台上的试水,相对于有线电视网络,IPTV 成为8K 商用最可能的落地场景。考虑到带宽压力,点播业务又要优于直播业务,开辟“8K 专区”成为可能的选项之一。

2. IPTV 开展8K 业务的挑战

客观评价,基于8K 产业发展现状,现阶段开展8K 业务试商用还有不少的问题需要解决,这主要体现在以下几点:

(1)IPTV 4K 频道高质量节目尚未普及,开展IPTV 8K 商用化业务为时尚早

虽然负责全国IPTV 运营的爱上传媒和北京、天津等省级IPTV 平台已开办了4K 频道和4K 专区,提供高质量4K 直播和点播服务,不同地区播出参数并不统一。以北京IPTV 4K 频道为例,片源分辨率为3840×2160,码率为高清视频的4 倍左右,达到30Mbps,采用H.265 编码方式,帧率为25fps。内容来源为合作方提供的4K 影片,外加少量宣传片、风光片。行业内供IPTV 使用的绝大多数4K 片源帧率为25fps,而并非50fps 或者60fps,从严格意义上讲质量并未达到真 “4K”标准。运营商的IPTV 机顶盒目前并不支持50/60fps 的解码能力,能做到4K 25fps解码的机顶盒目前也仅覆盖了IPTV70% 的用户。因此,现阶段启动8K IPTV 商用化播出为时尚早。

(2)IPTV 8K 节目内容偏少,严重制约产业发展虽然国家积极推进超高清产业发展,中央广播电视总台 、广东广播电视台、4K 花园、咪咕、华录新媒、华数、体奥动力、超高清视频(北京)协同中心等机构也围绕重大活动制作了部分4K、8K 视频内容,但8K 内容储备仍不足以支撑行业快速发展,这主要受制于昂贵的前期拍摄和后期制作成本。对投资商来讲,由于短期无法快速收回成本,进入超高清制作领域的意愿不强。从IPTV 运营的角度考虑,运营“8K 专区”或频道需要最少3000 小时的底量内容和每月300 小时以上的更新量,在现阶段难以满足。此外,目前很多8K 片源,仅满足了8K 分辨率和画幅大小,不是真正意义的“8K”效果。与超高清技术的发展相比,节目内容缺失与落后是一个显著问题,严重制约了整个行业发展。

(3)8K 在IPTV 传输和机顶盒支持尚待完善

8K 在IPTV 传输主要涉及运营商网络改造,可能的形式包括固定宽带网络和移动宽带网络。以北京IPTV 为例,运营商IPTV 专网分给IPTV 业务的带宽为50M,并不能直接满足8K 传输要求,这就涉及固定网络带宽的升级改造,由于原有系统就是IP 化的,相对于有线电视网络成本会低很多。移动宽带网络则主要依托新建的5G 网络,考虑到5G 网络的高带宽、低时延、广连接特性,依托5G+8K 的传输方案是更加可行的。

考虑到8K 的解码问题,机顶盒必须更新换代。要支持8K+HDR 的视频,机顶盒和电视必须同时支持HDMI2.1 标准,否则不能满足8K 带宽要求。现有市场还未推出8K 标准的机顶盒,目前有两家芯片支持8K 解码方案,这包括华为海思的Hi3796CV300和晶晨的S908X。

综上所述,8K 传输需要运营商对网络进行改造并配发新机顶盒,在技术上没有明显瓶颈,相关业务如要顺利推出,电视台和运营商都要做大量的系统改造和成本投入,本质上是个投入产出比的问题,亟待相关产业链的成熟。

四8K 超高清电视产业的挑战与机遇

1. 开展8K 业务的挑战

虽然我国对超高清产业大力扶持,但8K 落地还是个市场化选择的问题,高成本、长周期和不明朗的盈利前景都对超高清产业的发展带来了不小的挑战。几个核心的问题亟待解决:

(1)节目制作成本居高不下

片源数量对行业具有拉动效应,没有足够的片源,用户不可能购买8K 电视。4K 节目制作成本相对于高清已经是大幅增加,8K 节目制作成本更是天文数字,这直接制约了行业的发展。现阶段4K 节目制作还没有完全普及,8K 摄录很多都还处于前期测试阶段,任何视听品质的提高都要考虑投入问题,对用户端和节目制作都是同样的道理。本质上来讲是技术成熟度的问题,随着技术进步和4K 设备的广泛使用,设备成本的快速下降特别是民用化普及,8K 产业才有可能发展起来。

(2)用户需求的改变

随着移动互联网的普及,用户行为更加向移动端转化,电视成为了客厅消费的特定场景,开机率正在快速下降。以NHK 为例,日本电视台多套超高清频道的开办虽然在业内引起巨大反响,但是日本百姓对此却反应平平,这才是行业发展的致命问题。小屏幕先天制约了8K 优势的发挥,如果不能让用户回归电视,将严重制约8K 市场的规模。用户虽然希望获得更好的视听体验,但同样关注便捷性、易用性和使用成本,甚至会因此主动降低对视听质量的要求。顺应用户真实需求,探索8K 在多行业的应用前景,是整个行业共同面临的挑战。

2. 开展8K 业务的机遇

挑战与机遇共存,超高清产业发展给广电行业带来了前所未有的机遇,是媒体转型的重要抓手,我们应积极抓住这一历史机遇。

(1)响应国家战略,积极抓住“5G+ 超高清”的历史机遇

5G 已经成为我国重要的发展战略。2019 年6 月6 日,工信部发放了4 家5G 牌照,5G 商用已经在我国快速展开。数据显示,未来个人消费者网络流量的80% 和行业应用流量的70% 以上都将是视频数据。以4K、8K 超高清为代表的视频产业,是5G 产业的重要依托。5G 在大带宽、低时延方面有明显优势,足以支撑8K 视频的传输。“5G+ 超高清”一个在修路,一个在跑车,高速路修通了如果没有足够内容支撑必然制约整个行业的发展,从这个角度讲超高清产业发展势在必行,前景广阔。

(2)先行先试,选择合适的落地场景做好技术储备考虑到对整个行业的拉动作用,电视节目制作和播出都应该先行先试,积极做好技术储备和应用尝试。对8K 在国内的落地我们提出以下几点建议:

◆找到合适落地场景,优先做好技术应用。5G的大带宽和低延迟适合于现场录制节目的快速回传,“5G+8K”转播车和“5G+8K”背包都是相对可行的场景,为简化中间环节,“直播+ 大屏”可能是现阶段8K 技术的主要应用方式,适用于体育赛事、晚会、演唱会等直播场景。NHK 已经在重大赛事中大量尝试了8K 直播。北京冬奥组委已经要求各个场馆用4K、8K 来记录场馆的建设过程及重要节点,我们应借2022 北京冬奥会的历史契机,积极做好技术及素材准备;

◆充分尊重用户需求和技术发展趋势。在技术的运用上不应仅局限在超高清这一个维度, AR、VR、AI 甚至其它新的技术都可以和超高清融合发展,以互动视频为代表的交互形态的出现,也应是广电人关注的重要方向。考虑大屏小屏的融合使用,兼顾视听感受和用户互动效果将是传统媒体互联网化的重要途径;

◆在实际应用中适当放宽8K 技术指标。首推分辨率,其它指标如HDR、帧率等可适当放宽,达到25P、50P 的内容也可以先播、先试,等到技术发展成熟再来执行现行标准。

五 结语

8K 超高清是必然的发展趋势,IPTV 在8K 建设上具备明显优势,使得8K 第一时间“落户”IPTV具有高可行性。以8K 超高清作为IPTV 发展的重要方向,需持续进行IPTV 平台改造,在终端播放、播控传输、中心处理平台、前端接入等方面都需要逐步进行,打通生产、播出、传输、收看全流程,最终实现8K 产业全贯通。虽然8K 相关的技术环节正在走向成熟,但客观说在应用端仍处于探索起步阶段。目前的8K 电视更多是适合“众乐乐”的形式,如大型体育赛事转播、影院投影以及企业专用领域,距离真正将8K 视频通过IPTV 等平台进入家庭,还有很长的一段路要走。

参考文献:

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[4] 曾征. 引领先进标准 提供优质服务——访中国工程院院士、北京大学教授、数字音视频编解码技术标准(AVS)工作组组长高文[J]. 中国标准化. 2019(21).

注:本文为北京市高层次创新北京市高层次创新创业人才支持计划青年拔尖人才资助项目“媒体深度融合背景下音频产业创新策略研究”阶段性成果。项目编号: 2017000020044ZS10

转载请注明来源:《现代电视技术》 作者:北京广播电视台 朱江 柴焱