超高清电视系统关键技术
超高清电视终端显示图像画质提升技术研究
15 2022.8电子产品世界设计应用消费类电子esign & Application行标记；然后统计计算色带区域与相邻区域的图像像素的差值并估算细节补偿值，对色带区域的像素按照设定权重函数进行细节补偿、实现像素值调整；最后用抖动算法修正色带区域像素值，实现颜色的平滑处理。
图1 AI色带平滑处理框图由图1可见，低色深视频图像未进行AI 色带平滑处理时，存在明显的色带，背景图像部分尤其明显。
在经过AI 色带平滑处理处理后，色带明显减轻，背景图像部分的颜色较为平滑，有效避免图像颜色过渡突变、使得图像色彩失真小和过渡平滑，显示图像的画质、尤其是背景图像的色彩呈现明显得到改善。
3 AI超级增补技术目前超高清分辨率视频资源非常缺乏，主要是标清480像素或高清720/（1 080）像素分辨率视频内容。
超高清电视终端一般采用传统图像拉伸和锐度增强算法来进行超分处理，将低分辨率视频转换成超高清分辨率视频图像后进行显示。
传统超分算法只能增强低分辨率视频中已有的细节和物体边缘，无法重建低分辨率视频源采样频率以上的频率范围，即传统超分处理前后视频图像的频率范围一致；由于超高清视频图像频率需要远高于标清或高清视频图像的频率时才能显示更加清晰细腻，因此传统超分算法处理后的超高清显示图像将会出现细节模糊和物体边缘锯齿现象。
尤其是压缩率较高的网络标清或高清视频，以及存在大量后期制作动画效果的视频，在超高清电视上显示时细节模糊和边沿锯齿更加明显，严重影响了视频图像显示质量，观看者甚至认为超高清电视显示清晰度还不如高清电视。
AI 超级增补是基于机器学习的方式，针对低分辨率视频图像中局部范围内的结构特性，进行算法训练和识别2D 结构（二维结构），然后在不同画面放大倍率下依据2D 结构重塑细节，改善物体结构边缘的精细锐利程度。
如图2所示，为AI 超级增补（右）与传统方向性插值（左）处理效果对比。
图2 AI超级增补（右）与传统方向性插值（左）处理效果对比AI 超级增补重塑视频源中不存在的人眼视觉细节特征，可改善在大倍率放大时存在的物体边缘锯齿化现象，提高人眼感知清晰度、精细重现视频细节，提升超高清电视显示低分辨率视频图像内容时的画质。
4K超高清电视节目制作技术实施指南(2020版)
4K超高清电视节目制作技术实施指南（2020版）国家广播电视总局科技司2020年5月前言发展4K超高清电视是广播电视行业贯彻落实创新驱动发展战略、促进文化与科技融合、深化广播电视供给侧结构性改革的重要举措，对于满足人民群众日益增长的精神文化需求，提升广播电视传播力、影响力和舆论引导力，促进文化产业与民族工业发展具有重要意义。
为了有效规范和促进我国4K超高清电视发展，国家广播电视总局发布了《GY/T 307-2017 超高清晰度电视系统节目制作和交换参数值》和《GY/T 315-2018 高动态范围电视节目制作和交换图像参数值》等标准，规定了4K超高清电视节目视频技术参数；为了保障4K超高清电视制播、传输、接收及显示的质量，国家广播电视总局于2018年8月发布了《4K超高清电视技术应用实施指南（2018版）》，规定了4K超高清电视应用中多种技术参数如何选择、适配和协同，解决系统性端到端参数配置问题，指导电视台和有线电视、卫星电视、IPTV、互联网电视规范开展4K超高清电视直播和点播业务。
在近期的实际应用中，发现在拍摄制作过程中，还存在流程不规范、技术质量不达标等问题，影响了4K超高清电视优质呈现；在SDR向HDR过渡阶段，4K超高清HDR和高清SDR同时制作的流程不统一，4K超高清电视和高清电视质量参差不齐。
为了指导电视台、内容生产商等开展4K超高清频道制播和内容生产，提高节目质量和制作效率，国家广播电视总局科技司2019年设立了“4K超高清电视节目制作技术实施指南”项目，成立了项目组，由广播电视科学研究院牵头，中央广播电视总台、广东广播电视台、广播电视规划院、四川传媒学院、宇田索诚科技股份有限公司等单位参加，结合中央广播电视总台、广东广播电视台在4K超高清电视频道的制播实践，进行了4K超高清电视节目拍摄制作相关研究，制定了本实施指南。
指导单位：国家广播电视总局科技司起草单位：广播电视科学研究院、中央广播电视总台、广东广播电视台、广播电视规划院、四川传媒学院、宇田索诚科技股份有限公司编写指导：孙苏川、杜百川、关丽霞起草人：郭晓强、李岩、周芸、罗映辉、王亚明、宁金辉、王珮、林小海、张乾、刘斌、周立、邵凤莲、向东、冉峡、胡潇、李小雨目录1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 缩略语 (2)5 概述 (3)6 参考电平 (3)6.1概述 (3)6.2制作时信号电平的一致性校准 (3)7 信号格式 (5)7.1采样格式 (5)7.2比特深度 (5)7.3信号域 (5)7.4彩色表示法 (6)8 信号监看 (6)概述 (6)8.18.2采用彩条信号对监视器进行校准 (7)8.3PQ信号的显示 (7)HLG信号的显示 (7)8.49 包含SDR内容的HDR制作 (9)9.1概述 (9)9.28比特内容的使用 (10)SDR图形的映射 (10)9.310 PQ和HLG之间的转换 (10)11 HDR和SDR同时制作 (11)11.1概述 (11)11.2直播流程 (11)概述 (11)11.2.111.2.2SDR优先的制作流程 (11)11.2.3HDR优先的制作流程 (13)录播流程 (14)11.311.3.1概述 (14)11.3.2不调色录播 (14)11.3.3调色录播 (14)11.3.4“准直播”形式的录播 (15)11.4SDR-HDR-SDR往返转换 (16)12 超高清节目制作设备控制要求 (16)13 图像亮度 (16)13.1概述 (16)13.2静态图像的舒适亮度 (16)13.3节目亮度变化的容忍度 (17)附录 A （资料性附录）绝对亮度体系和相对亮度体系 (18)附录 B （资料性附录） SDR和HDR比较 (20)附录 C （资料性附录） HLG可变伽玛的作用 (22)附录 D （资料性附录） HLG-LIVE (24)附录 E （资料性附录） HDR与SDR同时制作直播系统设置参考 (25)附录 F （资料性附录） 4K超高清电视主观评价用测试序列图像、波监截图.. 29 附录G （资料性附录）本实施指南与BT.2408-3的关系 (31)4K超高清电视节目制作技术实施指南1范围本实施指南推荐了4K超高清电视节目拍摄制作方法与流程，本文涉及的4K超高清电视节目技术参数为3840×2160/50P/10bit，BT.2020色域，HLG/PQ HDR。
国家科学技术进步奖提名项目公示内容
国家科学技术进步奖提名项目公示内容一、项目名称高清、超高清电视显示模组关键技术研究及应用二、提名单位意见我单位认真审阅了该项目推荐书及其附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励委员会办公室的填写要求。
按照要求，我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示，公示期间无异议。
电视显示模组作为电视机的关键部件，对电视产业的技术进步和升级起到非常关键的作用，项目组在国家863计划等课题的支持下，从以下4点进行了技术创新，技术指标优于国内外同类产品：1）电视整机和显示模组一体化设计开发，2）多分区动态背光开发，3）显示图像评价及场景自适应画质处理技术，实现了电视显示性能指标的突破，形成了较为完整的技术体系并且实现了大规模产业应用推广。
该项目在电视模组、LED背光方面取得重要突破，取得核心专利多项，包括国外专利2项，并主持制定国际标准1项。
基于该项目关键技术成果，AA上市了全球首款超薄大尺寸动态LED背光液晶电视，并且领先日韩企业推出了具有行业领先水准的高动态、高色域的超高清液晶电视产品。
该项目关键技术成果应用到千余个机型产品，部分产品批量出口美洲、欧洲、澳洲等海外市场，并且推广应用到欧洲LOEWE、美国INSIGNIA 等品牌，创造了良好的经济效益。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
三、项目简介该项目属于平板显示技术领域。
以平板显示为代表的新型显示技术是国家战略型新兴产业的重要方向。
本项目开发的电视显示模组技术主要应用于电视广播接收领域。
电视广播是我国普及率最高、覆盖面积最广的主流媒体，是我国信息产业的战略必争之地。
我国作为电视机生产大国，传统电视企业亟待通过掌握显示关键核心技术，实现转型和技术升级。
电视显示模组是电视机的关键部件，本项目在863等国家重大专项支持下，在电视整机和显示模组一体化设计开发、多分区动态背光开发、支持动态背光控制级对比度提升的SOC设计、显示图像评价及场景自适应画质处理技术四个方面深入展开研究，实现了电视显示性能指标的突破，形成了较为完整的技术体系并且实现了大规模产业应用推广。
广播电视台中的4K超高清播出系统应用
广播电视台中的4K超高清播出系统应用摘要:本文结合某市广播电视台4K超高清播出系统的建设经验,对4K超高清播出系统的总体设计方案与关键技术点进行分析,以期为其他地区的建设与发展提供参考｡关键词:广播电视台;4K超高清;播出系统14K超高清音视频的技术要求1.1更高清晰度和帧频4K超高清视音频要求3840×2160的分辨率,要求显示点数是高清视频的4倍｡同时,4K要求50帧以上的逐行扫描,最高帧频保持为100~120帧｡超高帧频能形成更流畅细腻的画面,但对宽带和存储也提出了更高的要求｡1.2宽色域从色域范围来看,标准清晰度(StandardDefinition,SD)和高清晰度(HighDefinition,HD)相同,均为Rec.709以内,但4K要求的色域范围为Rec.2020｡与高清电视相比,4K超高清电视具有更宽广的色域和更丰富的颜色种类,能实现更为真实的图像还原｡1.3高动态范围高清电视的动态范围遵循标准尺寸比(StandardDimensionRatio,SDR)相关标准,可以实现1000∶1的对比度,最高亮度为100nit｡高动态范围(High-DynamicRange,HDR)电视的主要目标是对瞳孔保持原有状态时相应动态范围具备的特性进行再现｡与SDR电视相比,HDR电视的峰值亮度发生了较大改变,要高于100nit,能再现大部分高亮度范围区域相应的彩色层次和灰度｡1.4三维音频4K超高清电视节目播出应支持立体声或5.1环绕声,有条件的可支持三维声｡三维音频制作播出格式采用5.1.4声道的扬声器布局,包含10个声道信号､4个对象信号以及2个用于自由使用或者元数据传输的声道｡2广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用2.1时码控制技术在广播电视台建设4K超高清播出系统时,遵循GY/T307-2017标准,选择50Hz 频率对播出系统开展帧频扫描工作｡而在传统标清或高清播控系统中,常用的帧频扫描选择基于25P的播出控制逻辑及相关技术,并不能满足4K超高清播出系统的帧频扫描需求｡因此,技术人员在设计工作中,根据50P的适配要求,对系统的播出控制逻辑开展技术改造,确保播控软件可准确识别播出单中50P文件,从而给出正确的帧精度播控操作指令,如50P素材的Cue和Play等,再利用VDCP协议将生成的指令传输到服务器,保障播出控制逻辑的有效性｡在服务器接收到指令后,会将播控操作指令中帧的具体位置用于映射转换,通过LCT+VITC格式呈现｡同时,系统可根据文件时码轨对应的LTC和VITC数据,准确定位帧精度,落实4K超高清播出系统的高帧率特征｡2.24K净切换技术在4K超高清播出系统的视音频链路中,共有三个服务器负责4路4K信号的输出,传输方式为Qua-link,传播渠道为4路3G-SDI信号｡就此,技术人员在开展视音频链路设计时,需在视音频的末级配置4台双路二选一倒换器｡基于上述设计,视音频链路可提供16个3G-SDI信号的输入端口及8个输出端口,为4路4K信号的传输提供支持,满足其四选一的要求｡同时,为避免4K超高清播出系统在频道切换时出现黑屏､花屏或卡顿等问题,技术人员在倒换器中应用帧同步技术,利用GPI 控制传输切换指令,实现3G-SDI信号的净切换｡同时,在设备实施GPI发送的净切换指令后,会在播放视频的切换部位应用切换指令,确保信号切换前后具备同步帧精度,保障视音频的流畅性与高帧率｡2.34K画面一致性比对技术在以往的视音频监控中,仅通过KPI开展画面问题的分析,KPI的报警时间阈值易出现延长现象,引发报警延迟问题｡针对该现象,技术人员在设计时引入4K画面一致性比对技术,弥补KPI报警的不足,实现4K信号的有效质量监控,保障4K超高清播出系统的优势｡首先,需全面采集4路4K信号,明确质量监控KPI,结合真值逻辑实现4K信号的精准监控与判断｡其中,4K信号的视频监控内容如下:视频丢失,画面出现黑场､蓝场､绿场､彩场等任意纯色铺满画面的现象｡4K信号的音频检测内容如下:视频静音､音频反相､视频音量偏大或偏小等｡在广播电视台设计的4K 超高清播出系统中,技术人员选择的信号一致性比对仪需与3G-SDIBNC输入端口连接,配置的端口数量为十二个,实现4K信号音视频指纹的全面采集与提取,开展有效的画面一致性比对工作,确保4K信号符合三个服务器对Qua-Link4K画面的输入需求｡其中,4K超高清播出系统的第四路信号是垫片,和其他信号有较大差异,无须进行一致性比对｡在信号一致性比对仪连接中,与12个3G-SDI输入端口同时连接,并标记相应的4路SDI信号,保障信号传输逻辑的完整性｡在实际对比过程中,设备会对2路信号中同样位置的四分之一画面开展两两比对,一旦比对中发现存在不同的四分之一画面,则可判断其所在的两路4K信号存在差异｡对于3路信号来说,分别开展两两比对,完成画面一致性比对工作｡同时,在广播电视台设计的4K超高清播出系统中,技术人员选用的画面一致性比对仪可分析不同4K信号的声音､插帧及信号延时等参数,为操作人员分析画面是否存在问题提供参考｡基于画面一致性比对数,4K超高清播出系统可精准监控4K信号与视音频链路,根据比对结果进行自动切换,及时发现系统设备是否存在故障,保障播出系统的安全性｡但由于4K超高清播出系统涵盖的视音频及画面较多,数据量相对较大,对画面一致性比对算法及承载算法的服务器提出较高的要求｡且目前4K超高清电视仍处于起步阶段,并未形成成熟可靠的建设方案与技术算法,缺乏播出系统故障的数据参考｡因此,在未来的4K超高清播出系统建设中,技术人员需全面收集系统故障数据,开展多次测试与分析,建设更为完善全面的监控系统,实现智能应急切换｡34K超高清频道播出业务流程4K超高清频道播出业务流程部分主要包括5大模块,分别是节目单编排模块､节目文件整备模块､图文包装模块､总控信号调度模块以及播出控制模块｡节目单编排系统不仅能编辑节目单,还能对其进行审核､发送｡以节目单编排系统发送的节目单作为依据,结合图文字幕单,整合形成最终的播出节目单｡播出控制系统将此节目单作为依据,叠加台标､图文,并自动切换外来信号｡从实践出发,4K超高清播出业务整体流程中,最重要的两个工作项目为“节目单编排模块”以及“播出控制模块”｡4K超高清电视节目在进行采编工作时,所涉及到的编码格式以及码率能够统一,可以降低信息丢失的概率,也可以避免图像质量下降｡同时,为了保障4K超高清节目全部素材能够安全输入播控系统,还需要对素材文件进行全面的导入､转码､审编等各项处理,首先采用自动技审的方式将文件由服务器迁出,再存储至近线之中,之后进行人工复审,对近线中进行存储的文件进行读取,解码后即可由技监设备观看素材,接着由编播人员负责针对节目端进行编辑,将使已经准备完成的节目材料能够完全符合频道版面,需要将字幕单､广告单以及节目单进行整合,呈现出“串联单”的模式,再进行复核,确认无误即可将其输入到编单系统并进行备播｡在播出控制模块中,需要首先确认串联单已于备播状态,之后再一次检查节目所需的各项素材是否完整存在,确认无误之后,播控系统能够以串联单中已经设置完成的节目视源为基础,合理切换信号以及进行图文挂角､台标叠加､字幕走马等自动控制工作,且在节目播放过程中,全部视频服务器均受播出系统控制,可以保障各个节目能够对应的时间准时播出,且其中的台标字幕､图文内容等可以进行全面有效的配合,也就可以为电视节目的播出质量提供良好保障｡4结语4K超高清音视频的技术要求体现在更高清晰度和帧频､宽色域､高动态范围以及三维音频等方面,对于广播电视台而言,其4K超高清播出系统的关键技术主要包括时码控制技术与4K画面一致性比对技术｡对此,广播电视台要通过视音频链路设计､播出业务流程设计加强4K超高清播出系统的实践应用｡参考文献:[1]李硕.北京广播电视台8K超高清播出系统应用设计[J].广播电视信息,2022,29(2):44-48.[2]金强,董秀琴,张潇丹,等.4K超高清播出技术应用:北京广播电视台冬奥纪实4K超高清频道视音频系统设计[J].现代电视技术,2021(6):46-52.[3]曹文馨.广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用[J].西部广播电视,2019(24):194-195.。
央视总台制定4K超高清、高清电视节目同播技术规范!
央视总台制定4K超⾼清、⾼清电视节⽬同播技术规范!中央⼴播电视总台围绕“5G+4K/8K+AI”战略部署，以⾼质量发展为核⼼，⼤⼒推进4K超⾼清制播体系建设。
中央⼴播电视总台围绕“5G+4K/8K+AI”战略部署，以⾼质量发展为核⼼，⼤⼒推进4K超⾼清制播体系建设。
在全⼒发展4K超⾼清视频产业的同时，也要兼顾⾼清电视节⽬的播出。
尤其是4K超⾼清电视节⽬和⾼清电视节⽬同时制作播出时，既要保证4K超⾼清电视节⽬技术质量，也要保证⾼清电视节⽬技术质量。
014K超⾼清、⾼清电视节⽬同播技术难点4K超⾼清、⾼清电视节⽬同播的技术难点在于4K超⾼清（4K HDR）电视相对于⾼清（HD SDR）电视，分辨率提⾼了4倍，亮度指标增强了10倍，⾊彩丰富度增加了1.5倍。
在⾯向4K超⾼清、⾼清同步播出时，通常由转换器进⾏4K HDR和HD SDR之间的相互转换，转换过程涉及到动态范围HDR和SDR、⾊域BT.2020和BT.709之间的映射关系。
在转换过程中既要保证4K超⾼清、⾼清节⽬的画⾯视觉效果，还要避免由于上、下转换带来的亮度过⾼或过低、彩⾊失真等安全播出隐患。
这⾥⾯的难度，使4K超⾼清和⾼清节⽬同播远⾼于⾼清和标清节⽬同播。
024K超⾼清、⾼清电视节⽬同播成功经验在2019年国庆70周年庆典活动直播中，总台采⽤4K超⾼清、⾼清电视节⽬同播的⽅式，即4K HDR信号和下转换的⾼清SDR信号同时直播。
这次是国际上⾸例在⼤型庆典活动中采⽤4K超⾼清、⾼清同时直播的成功案例。
为确保百余个机位拍摄的4K图像在亮度及⾊彩等⽅⾯呈现良好的⼀致性，技术局进⾏了长达⼏个⽉的HDR、SDR同播的视觉质量控制测试，制订视频前后期制作的操作规程及关键参数设置等，并⾸次在重⼤宣传报道活动中设置了VC视觉质量控制岗位与环节，在长达⼗⼏个⼩时的直播过程中，节⽬画⾯明暗部细节丰富，充分体现了HDR⾼动态范围特点。
同时下转换的⾼清画⾯符合总台⾼清节⽬录制技术质量要求，体现了总台⾼⽔准的节⽬制作⽔平。
超高清电视摄像机及拍摄技术●李育林
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超高清电视摄像机及拍摄技术
李育林黄冈师范学院新闻与传播学院湖北 黄冈 23$"""
66电视摄像机是电视节目制作系统的前端设备'也 是电视节目制作过程中的关键设备'可以这样说'电视 节目制作质量的高低'不仅与电视摄像工作人员的拍 摄水平有关'而且与所使用的电视摄像机有直接的关 系( 特别是最近几年'由于电视技术的飞速发展'使电 视摄像机更新换代加快'电视摄像机的很多指标得到 全面提升( 高质量的摄像机所拍摄的电视画面质量明 显提高'保证了广大电视观众高质量地收看图像更加 清晰的电视画面( 就电视摄像机清晰度指标而言'就 先后出现了标准清晰度+高清晰度和超高清晰度电视 摄像机'其中超高清晰度电视摄像机所拍摄的电视画 面质量已达到电影的效果( 下面通过与高清电视摄像 机对比分析的办法'来详细讨论超高清电视摄像机及
基于广电网络的4K超高清互动电视技术分析
China Science & Technology Overview /信息技术与应用基于广电网络的4K 超高清互动电视技术分析胡剑华（安徽广电传媒产业集团，安徽合肥230088）摘 要：本文探讨了互动电视技术，分析了 4K 超高清互动电视技术平台构建，研究了 4K 超高清互动电视技术平台案例，以期为相关研究提供参考。
关键词：广电网络；4K 超高清技术；互动电视技术中图分类号：TN949.29 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）13-0043-020引言互动电视技术涵盖网络技术、编码及解码技术等多个 领域，其发展应用促使传统电视行业朝数字化、智能化方向发展。
智能高清电视设备搭载广电网络，可依照受众实 际需求，随时随地开展信息搜索、查询活动，以彻底改变 完全被动的节目观赏状态，通过有效的人机互动提高受众 观看体验。
为促进互动电视技术与4K 超高清技术的有机融合，需要对其技术平台的构建方案做分析总结。
1互动电视技术简介互动电视技术发展于数字电视和宽带网络技术之上，其突出特点为互动性，能够为用户提供个性化、互动性的 节目观赏体验。
互动电视业务通过IPQAM 技术和IPTV技术来实现。
其中，IPQAM 技术在传统直播网络的基础 上，添加带IP 视频流及调制射频输出和带IP 口的互动式机顶盒，其信号传输通道与省级互动平台相连，用以指令 信号的高速传输，省级互动平台再依照用户点播信息，进 行节目的针对性传送。
该过程中，点播节目类型及播放状态均可由用户控制，若无IPQAM 传送，则进行空载设备 信号的传输。
互动电视机顶盒IP 地址由DHCP 协议动态发送，开机请求审核通过后，互动平台向机顶盒发送IP地址，并在机顶盒网络设置中获取IP 、子网按码、DNS 、 网关等信息，然后进行互动皿。
若DHCP 分配异常，以 上信息可能出错，导致互动功能无法正常使用。
此时需重 启机顶盒以再次分配DHCP 信息，若重启过于频繁，可 能会出现互动功能间接性异常的现象。
广播电视4K超高清播出系统关键技术探讨
广播电视4K超高清播出系统关键技术探讨摘要：随着人们日益增长的生活需求，对电视节目质量的要求也在与日俱增，以此4K高清电视节目孕育而生并越来越受到观众青睐。
所以，加强4K广播系统的内容建设和技术支持等方面的探讨和研究具有重大意义。
基于此，本文以作者的相关实践经历为基础，先对广播电视4K超高清播出系统的建设理念进行了论述，之后对播出系统中的关键技术进行了深入地探索，希望可以为广大广播电视技术人员在进行相应工作时提供有益的帮助。
关键词：广播电视；4K超高清；播出系统；关键技术引言随着社会经济的不断发展，人们的生活水平显著提高，对于生活更高品质的生活需求日益增长，同时科技水平也在日新月异地发展中，各类新技术引入到新闻媒体行业，带动广播电视行业的创新发展。
尤其是传输信号的编译、存储技术不断精进，为4K超高清播出体系的升级优化提供有利的条件，因此对4K超高清频道的建设逐渐成为我国未来广电建设的重点项目。
2019年，国家工信部联合广电中心发布了超高清视频产业发展行动计划，给予各省市广电部门大刀阔斧改进4K超高清视频播出系统的有力支持。
4K超高清视频技术的日渐成熟，为4K超高清播出系统的建设和发展提供强大助力，也指明了未来的发展方向。
本文结合目前广播电视4K超高清播出系统的现状，对已应用关键技术进行阐述，相信不久的未来，4K超高清播出系统可以顺利完成技术升级和产业转型，给观众带来更加舒适的观看体验。
1 4K超高清播出系统的建设理念目前，国家已经出台相应的政策，对4K超高清播出系统建设的各项内容进行规范和指导，因此各级别的光电部门应执行相关的技术标准，融合新兴播放技术，在高效可行的原则范围内，建立信息化的超高清播出平台，实现对电视节目的播出、监控、管理等综合功能的完善，并沿用硬盘控制播出系统，满足观众对于高清电视节目串联单的自动播出、图文控制和信号直播的需求。
1.1提升播出质量4K超高清播系统将各种创新的超高清显示技术有效融合，从而大幅提高电视节目的播放质量。
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超高清电视系统关键技术摘要:本文研究了超高清电视国内外发展现状，对超高清电视系统的图像参数进行了分析介绍；在我们追求信息量大和视觉享受更美好的同时...【摘要】本文研究了超高清电视国内外发展现状,对超高清电视系统的图像参数进行了分析介绍;在我们追求信息量大和视觉享受更美好的同时带来的问题是数据量的急剧增加,对视频的压缩编码和传输都提出了很高的要求,本文介绍了高效视频编码(HEVC)技术框架,分析了HEVC的关键技术。
【关键词】超高清；电视图像；参数编码；近年来，高清电视（HDTV）逐渐普及，3D电视（3DTV）迅速发展，超高清电视（UHDTV）成为广播电视领域的下一个发展方向。
UHDTV相对于HDTV来说，能够为观众提供更佳的视觉体验、更好的临场感，按照ITU-R相关标准的规定，UHDTV 可支持4K（3840×2160）与8K（7680×4320）两种图像尺寸，这也是UHDTV与HDTV最大的区别。
目前，UHDTV摄制设备逐步面向市场，国内外各大电视机厂商均推出了UHDTV 电视机产品。
在UHDTV试验方面，日本NHK分别在2006年、2007年、2008年完成了基于IP网、卫星及有线混合网络的超高清电视节目的实时拍摄和传送；在2012年伦敦奥运会上，NHK完成了8K超高清的奥运会开幕式及若干赛事实时拍摄、传送和异地观看，在日本和美国的若干展示地点，观众可实时收看超高清伦敦奥运赛事。
在超高清电视技术标准方面，国际标准化组织SMPTE在2007年发布了SMPTE 2036标准，规范了4K、8K两种超高清电视格式；国际电联在2012年发布了ITU-R BT.2020标准，进一步规范了4K、8K超高清电视格式及参数，并将最大帧率扩展到每秒120帧，超高清电视格式的规范为超高清电视系统设备的互联互通以及节目交换奠定了基础；国际电联从2010年开始制定了面向超高清视频编码的HEVC视频编码压缩标准，目前该标准已制定完成，相比上一代视频编码标准，压缩效率提高了将近一倍，可有效缓解超高清电视数据量大的问题；此外，数字电视相关标准组织也在制定适合UHDTV的传输规范，蓝光光盘协会正修订蓝光光盘标准以支持4K超高清视频。
本文将围绕UHDTV相关技术与标准的发展情况，论述UHDTV的图像参数、压缩编码等关键技术。
超高清电视给观众提供了广阔的视野范围，能够给观众带来更好的视觉体验。
在保持了高清电视的其他特征的基础上，超高清电视能够提供更高的分辨率，本节对超高清电视系统的图像相关参数和技术进行介绍。
图1显示了ITU-R基于分辨率和屏幕尺寸对图像系统的分类，图像分辨率是电视系统最重要的参数之一，而屏幕尺寸并不是图像系统的固有参数。
根据ITU-R BT.709的规定，HDTV的分辨率是1920×1080。
大屏幕数字成像（（Large Screen Digital Imagery，LSDI）是一种可用于表现戏剧、演出、体育赛事、音乐会等节目的数字成像系统。
为了为涵盖各类应用，LSDI采用分层的图像格式。
ITU-R BT.1680中规定LSDI的分辨率1920×1080和1280×720。
LSDI扩展级别的分辨率是3840×2160和7680×4320。
ITU-R BT.1201标准中提出的超高分辨率成像（Extremely High Resolution Imagery, EHRI）的分辨率是1920×1080的整数倍,能够提供高于HDTV分辨率的制式，可用于广播和非广播应用，根据不同应用，划分为EHRI-0、EHRI-1、EHRI-2和EHRI-3系统。
在EHRI之上提出了UHDTV，UHDTV将为观众提供更佳的视觉体验，并为家庭放映和公共场所播放提供相应尺寸的屏幕。
图1 图像系统的分类与高清电视相比，超高清电视可以给观看者带来更好的视觉体验，能够展现更多的视频信息，具有更强的真实感。
此外，超高清电视也不局限于家庭使用，还可以用于移动和非移动的私人场所或者剧院这样的公共场所。
为了使观众能够良好的欣赏超高清电视节目，需要考虑观看距离与屏幕尺寸的关系。
图2显示了在给定的屏幕尺寸下，观众的最佳观看位置。
第一类应用是大屏幕应用，一般人在家里坐着看电视距离屏幕两到三米，这样的观看习惯对应于超高清电视中的大屏幕尺寸。
与高清电视相比，超高清电视能够给观众提供更宽的视野范围，这类应用也包括剧场环境。
第二类应用是中等尺寸屏幕的应用，屏幕大小是50到150英寸，最佳观看距离从50cm到150cm，这类应用不仅适合传统的节目，观众也可以根据自身喜好调整观看距离。
第三类是小屏幕的应用，例如电子书，对于20英寸屏幕最佳观看距离是20cm，7680×4320像素屏幕可以达到每英寸350像素的精度。
图2 超高清电视观看条件世界各地的电视观众都形成了特有的观看习惯，除非观看体验发生巨大变化，一般观众很难改变自己的观看习惯。
典型的观看习惯是坐在沙发上观看电视，52英寸的高清电视观众的观看距离大概是2.1米。
假设对于3840×2160的超高清电视，观众的观看距离保持不变，屏幕大小应为100英寸。
不排除用户赞成在卧室安装这么大的屏幕，但是安装200英寸的屏幕来适应7680×4320超高清电视的可能性不大。
因此，从视频观看的角度来看，3840×2160的超高清电视在现有的电视观众中很有市场。
但是，对于7680×4320的超高清电视图像系统可能更多的应用于公共的电视展示，如家庭影院、电影院、主题公园等公共场所。
表1给出了不同数字图像系统的最佳观看角度及最佳观看距离。
表1 最佳观看角度和最佳观看距离（用图像高度H表示）基带图像格式是节目信号链路的每一部分的基础，因此在确立超高清电视广播系统之前首先应确定基带图像格式。
（1）宽高比宽高比是图像的基本特征之一，很难在没有视觉失真的情况下对图像宽高比进行转换。
经过大量研究表明，16:9的宽高比能很好的保留图像核心内容，因此超高清电视沿袭了高清电视的宽高比，选为16:9。
（2）时域和空域采样结构空域非正交采样结构适合人类视觉系统（Human Visual System, HVS）特性，但是这样的结构会导致数据速率的下降，因此超高清电视系统继续使用正交采样系统。
对于时域采样，采用逐行扫描方式。
（3）像素数量像素数量可由所需视野范围和分辨率来决定，当观看距离小于屏幕三倍的高度时，3840×2160和7680×4320系统能够给观看者带来更强的身临其境的真实感。
在许多观看环境中，7680×4320系统将提供优于3840×2160系统的视觉效果。
当前超高清电视系统主要有两种格式：3840×2160格式和7680×4320格式。
（4）帧频综合考虑频闪、运动模糊的影响，超高清电视图像格式建议帧频除了60Hz 以外，还增加了120Hz，主要基于以下原因：彻底消除了闪烁效应；综合考量帧频提高的效果和复杂度，更高的帧频（300Hz或者600Hz）是不合理的；采用更高的帧频之前，需要考虑相机、显示器和传输技术的可用性，研究表明120Hz 的超高清电视在不久的将来会成为可能。
（5）比色法经过大量的实验验证，建议超高清电视系统比色法如表2所示。
表2 超高清电视系统比色法（6）彩色编码色度采样为4:4:4、4:2:2和4:2:0。
（7）比特深度电视应用中数字视频信号比特深度一般为8bit和10bit，考虑到更高图像质量的要求，超高清电视系统的比特深度建议为10bit和12bit。
超高清电视图像的数据量远高于高清电视，当前广泛使用的MPEG-2和H.264/AVC压缩编码标准不能很好的满足信源压缩的要求。
国际标准组织从2010年开始制定了面向超高清视频编码的高效视频编码（High Efficiency video coding, HEVC）标准，并于2013年完成标准发布，在ITU标准中命名为H.265。
HEVC标准是由MPEG和VCEG共同建立的JCT-VC组织提出，目标是在H.264/AVC high profile的基础上，压缩效率提高一倍，相同视频质量的前提下，视频流的码率减少50%。
HEVC在沿用H.264的混合编码框架内允许编码端适当提高复杂度，着力研究新的编码工具或技术，以提高视频压缩效率。
HEVC采用灵活的图像划分结构，包括编码树单元（Coding Tree Unit, CTU）、编码单元（Coding Unit, CU）、变换单元（Transform Unit, TU）和预测单元（Prediction Unit, PU）。
CTU的概念类似于H.264/AVC中的宏块概念，但是大小从H.264/AVC的16×16扩展到64×64，使得编码结构更加灵活。
CU是帧内和帧间编码的基本单元，采用四叉树迭代的方式进行划分，划分内容采用内容自适应的原则。
CU再进一步划分，得到与之相对应的PU和TU。
PU是预测过程的基本单元，为了匹配真实物体边界，有8种用于帧间编码CU的划分模式，帧内编码则只有PART_2N×2N 和PART_N×N两种划分。
TU是变换和量化过程的基本单元，大小可以从4×4到32×32。
对于残差数据编码，编码块通过残差四叉树递归的划分为编码块，如图3所示。
图3 左图：编码树块划分；右图：对应的四叉树除了灵活的图像划分结构外，HEVC在去块滤波后增加了样点自适应偏置（Sample Adaptive Offset, SAO）和自适应环路滤波（Adaptive Loop Filter, ALF）两个滤波器。
SAO位于Deblock之后，将重建图像像素点分为不同类型，对不同类型的样点加以不同的偏置量以减少失真，从而进一步提高图像压缩率。
SAO主要包含两种方式：边缘偏置（Edge Offset, EO）和带偏置（Band Offset, BO）两类。
EO有四种模式，根据当前像素与相邻两个像素之间的大小关系将EO 分为五种类型，每种类型赋予不同的偏置值。
BO将像素点按照幅度值大小分为32个均匀幅度带，每个带内的像素点使用相同的偏置值。
自适应环路滤波位于Deblock和SAO之后，主要用于恢复重建图像，使得重建图像和原始图像之间的均方根误差最小。
自适应环路滤波可以提升图像的客观质量，减少由于量化所带来的噪声对图像的损伤。
HEVC在关注视频分辨率提升外，还增加了并行结构的处理。
增加了Tile、Entropy slice和波前并行处理（Wavefront Parallel Processing, WPP）结构。