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还在为初步迈入高清时代而兴奋吗？看此文后马上把你打趴在地！UHDTV
7 y4 t% m5 K0 _& R! w比“高清”更高清——Super Hi-vision高清视频探索
J2 M' j% M- r电脑报(2008年10月27日 第42期)
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( d1 W) q9 [: [0 Y 或许你还满足于720×480的DVD分辨率，觉得它所展现出来的画质已能满足你的需求。或许你正在为你的液晶电视只具备1366×768分辨率而大感遗憾，为何厂家不能一步到位做到1920×1080的全高清（Full HD）分辨率呢？相比VCD的352×288（PAL制）的分辨率，DVD的720×480（N制）分辨率是一种进步；相比XGA（1024×768）的分辨率，1080P（1920×1080）的分辨率更是一种革命。所以无论哪种看法和想法，都不能抹杀这么多年来分辨率提升带给各种视频技术及软硬件的影响。
* q/ Y& e. l' x6 q3 F2 b- W 而就在1080P全高清全面走向普及的今天，一种超越全高清规格的超高清视频格式正在酝酿，这就是SHV（Super Hi-vision）！
+ W: i8 x1 |; ?) m$ W视频分辨率跃进式发展
0 A. f* [$ Q: y% q; H/ r 众所周知，分辨率和码率（码率是指每秒码流经过的比特数，在同等分辨率和压缩方式下，单位时间内码率越高，画质和音质越好，而压缩率则越低）是影响视频质量的两大要素。为了满足用户日益增加的高清晰视频欣赏的需求，近几年来视频分辨率正处于跃进式发展阶段。
# J6 m/ W) Q3 ]' w) K$ U8 O 细心的读者可以发现，从黑白到彩色再到如今的数字高清，视频分辨率也从10万像素级（以352×288为代表，普通电视效果），发展到了200万像素级（以1920×1080为代表），但这种发展远未到尽头，一些高端的显示设备正在追求更高的分辨率。
" U0 z) v! F+ u4 V/ [- ~4 v% N 在液晶显示器领域，中高端液晶显示器已经全面支持全高清分辨率，1920×1200、1920×1080的液晶显示器比比皆是。当然，这并非高端液晶显示器的最终目标，支持2560×1600（如三星305T）、2560×2048（如Eizo RadiForce G51）、3840×2160（如三菱LDT561V）等更高分辨率的产品也已面世。如3840×2160这样的产品已能代表未来高端液晶显示器向超高清视频分辨率发展的方向。' ?2 S+ B3 g# I2 D
UHDTV成为下一代标准! e7 Q e7 p- P) u. w
大家知道，更高的分辨率可以呈现更完整的图像细节，清晰度更高图像更精细，是显示设备发展的主要方向。而全高清已成为目前硬件发展的新动力，要想完成对全高清视频的拍摄、播放，对电影、电视、游戏制作、显示、存储、芯片解码、电脑制造行业都提出了更高要求，带来了巨大商机。8 Q" |3 L: i# h8 B
在1080P全高清电视规格被广泛认可后，业界一直为推出下一代的高清标准而努力。目前国际电信联盟在其推出的ITU-R BT.1769标准中确定了两种未来的超高清电视（UHDTV，Ultra-High Definition Television）规格，这就是4K级像素的UHDTV1（3840×2160）和8K级像素的UHDTV2（7680×4320）。这两种分辨率规格根据日本的NHK（NHK是日本最大的广播电视机构，也是日本唯一的公共广播电视台）制定的SHV为蓝本，所以很多情况下，用户也将这种下一代超高清标准简称为SHV。
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6 p' s& T! |( m: w6 ~% S UHDTV有何特点呢？相比目前1K级的高清标准（1280×720）、2K级的全高清标准（1920×1080），它的进步是明显的。在分辨率上，4K级像素的UHDTV1（3840×2160）便能提供4倍于目前全高清标准的像素和清晰度；而UHDTV2（7680×4320）更是能提供16倍于目前全高清标准的像素和清晰度，这无论对于现有硬件还是软件技术来说都是一种革命性的进步。1 ~7 o9 c! w$ s9 n$ o" r
从白皮书来看，UHDTV采用逐行扫描，支持50Hz、60Hz等几种刷新率，由于采用正交采样，因此UHDTV图像的像素宽高比为1∶1，图像幅形比为16∶9。为了保持与现有HDTV系统的兼容性，除像素率更高外，UHDTV系统的基色坐标、标准白、光电转换函数、亮度/色差分量方程等色度学指标都与ITU-R BT.709、SMPTE RP177等现有标准兼容。UHDTV图像的传输模式或采样结构为RGB（4∶4∶4）或YCBCR（4∶4∶4/4∶2∶2/4∶2∶0），每个通道皆支持每原色10bit或12bit的色彩位数。# q. ~& B+ C; {) i
好视频一半的效果来自声音，UHDTV在音频上相比目前主流5.1与7.1音频系统，也作了很大加强，其带有22.2模式多声道音频系统。该系统会在与听众耳朵水平的位置、高于和低于听众耳朵的位置分别安放10个、9个和3个喇叭，另外配有两个低音炮，其声音的逼真度大大高于目前流行的5.1声道音响系统，让人更有身临其境之感。当然，要想在数字家庭中安装这么多音箱或喇叭显然不太现实，相信会有相应的虚拟音效技术出现，使现有5.1与7.1等音响系统也能模拟展现出22.2模式音效。
. k+ _* ~2 N* U3 OSHV对硬件的挑战 ]0 Z5 j+ J, l* @& N: s3 R6 C
毫无疑问，用户对UHDTV关注的焦点并不仅仅在于其超高的分辨率，UHDTV对现有硬件技术提出了巨大的挑战。因为在现有硬件对1080P视频传输解码都略显捉襟见肘的今天，要想流畅地玩转SHV无疑对硬件提出了更高的要求。" x* b3 b7 u; f# }
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对存储传输解码的挑战* U& d. T6 |2 U# _0 V
一个长度为1分钟的未经压缩处理的UHDTV2格式的图像文件能有多大？194GB！这意味着目前存的主流硬盘存储器也只能存储1分钟～3分钟的这种图像。而以硬盘发展的规律来看，10年后的硬盘产品也不一定能存储下一个完整的8K级像素大片。
1 P% M; w( r7 ^$ l/ u 面对SHV原始24Gbps的码率，光纤网是个不错的传输选择，但这样的光纤网的成本可想而知。不得不审视的是，目前最新的DisplayPort 1.1传输技术也不能满足其需求，DisplayPort 1.1最大只支持10.8Gbps的传输带宽（最新的HDMI1.3标准也仅能支持10.2Gbps的带宽），在标准色深下它能支持的最大分辨率“仅为”WQXGA+（2560×1600）。9 d4 x7 A6 I/ M0 n- s! C$ ]
对此，同Full HD视频存储与传输一样，对SHV视频进行编码压缩势不可免。为此，NHK开发出基于MPEG-4 AVC/H.264的实时编码和解码的原型系统。编码器和解码器各有16个处理单元，为实现快速算法替换，处理单元采用FPGA实现，原始的24Gbps SHV信号在编码器内的并行化处理单元被分成16个数据流，并被送进16个编码单元。这样信号便可被实时压缩，从而将码率降低到可以接受的128Mbps。然后，再通过专用数字卫星传输系统进行传输，以及专用的地面视频解码系统进行解码还原。从这方面也可看出，现有的主流电脑系统要想对其流畅地进行视频解码，还有很长的路要走。0 ~3 d4 F2 Z3 f) j4 y/ q
对现有显示行业的挑战4 q' D* W, F: G1 D; J1 c2 g8 O
我们注意到，在过去两年内在不同场合对SHV的展示中，NHK都使用的是450英寸和600英寸的大屏幕。从这方面可以看出，同1080P促进了大屏幕大尺寸平板电视及液晶显示设备的普及一样，SHV系统肯定将进一步促进显示设备的大屏化。
! ~5 Q. ]4 m1 Y, T8 F& w: d9 k2 u# S 当然，这种大屏化，并非单纯只指专业影院或露天演示场所需要的450英寸和600英寸的大屏幕，如何在家用影院系统的60英寸~100英寸级平板电视以及家用电脑系统22英寸～30英寸（超过30英寸的液晶显示器已不适合于作为普通桌面显示器使用）的液晶显示器系统中实现这样的高分辨率，是个需突破的难题。
! M4 H1 I% f; i7 X 从目前的研究来看，国内外厂家已推出了一些支持UHDTV1分辨率的面板及产品，如在SID 2008大展上，三星便展示了一款分辨率可达3840×2160的82英寸液晶面板。据三星官方宣称，这款面板除了拥有120Hz刷新技术外，还具备150%的广色域。
9 l/ Z& T; R+ c' _( X 到目前为止，家用显示器甚至是实验室显示器，都还无法提供8K×4K级别的分辨率。为在100英寸显示器上实现如此高的分辨率，一个像素将只有0.3mm×0.3mm大小，即仅有目前50英寸HD面板像素大小的一半（目前最普及的Full HD的PDP面板像素间距为0.6mm）。所以以目前的技术来看，还只能在100英寸面板上做到0.3mm像素间距，以对应到SHV数字广播所需的分辨率。$ l1 @: L" L: ]
投影仪在这方面进行突破目前看来更轻松一些，例如JVC在“CEATEC JAPAN 2008”展上已演示了显示像素为8192×4320（约3500万）的支持8K×4K的投影仪，对比度高达1100000∶1，它使用了3个3840×2160像素和1个8192×4320像素显示元件来投射影像。
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- Z6 ^8 |2 y% d/ S) }1 W（小日本造东西的确厉害）
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2 O- _6 I0 w p8 T; G0 s1 P3 h超高清势不可挡5 h* v; M- `4 {4 D; q/ v
虽然还不完美，但这些研发仍预示着，UHDTV超高清分辨率时代在不久的将来就会来到我们身边。SHV为未来平板电视、投影系统、摄像系统及传输系统的发展指明了方向。但需求不同，尺寸不同，所以也不能一概而论未来显示设备就一定是8K级的分辨率，比如对于手机显示屏来说，480×640、480×854就是其全高清乃至超高清，对于家用液晶显示器来说，要实现UHDTV2的分辨率目前看来也不现实，但未来高端液晶显示器产品瞄准UHDTV1作为主攻方向也将是大势所趋。
9 b& J7 }$ k* j. A2 F/ D& d 就目前看来，UHDTV2的标准确实有些超前，但就好比10年前，还刚沉醉在欣赏DVD标清（家电）和XGA（PC）时代的我们看1080P全高清标准太超前一样，普及的脚步正是这样悄无声息地到来的。 |
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发表于 2010-1-2 00:53:36