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8K电视距离物美价廉 还差着芯片、算力和片源

来源:科技日报    时间:2021-01-25    

  8K电视就是屏幕图像具有8K分辨率的电视,8K电视每帧图像包含约3300万像素,是4K电视的4倍。此外,它还具有高动态光照渲染,其丰富的颜色范围囊括了自然界中的已有颜色和其他人工颜色,是现行电视行业技术的最高标准。

  1月中旬,2021年国际消费类电子产品展览会以线上方式举行,8K电视成为影音智能产品领域的宠儿。索尼、海信、TCL、创维等知名电视品牌频频“秀肌肉”,展示8K电视新品或支持8K输出的显示技术、芯片技术。

  虽然8K电视受到众多行业大佬扎堆热捧。不过,对于8K发烧友来说,拥有一台物美价廉的8K电视的梦想可能没那么快步入现实。虽然国内外对超高清产业发展不乏扶持,但8K落地还面临市场化选择。知名管理咨询机构德勤公司研究人员分析,缺少内容、成本较高、消费者很难区分8K和4K视频等因素,使得8K电视“不太可能在2021年实现长足发展”。

  然而,这并没有影响业界对8K产业布局的信心。近日,专家接受科技日报记者采访时表示,8K技术和产品在大型赛事、沉浸式娱乐、航空航天、精密医疗等领域有广阔应用前景,不过在这之前还要经历核心器件的研发突破以及产业链的培育成熟。

  受摄制装备局限,8K视频源匮乏

  “8K分辨率指的是水平方向每行有7680个像素,垂直方向每列有4320个像素,8K电视就是屏幕图像具有8K分辨率的电视,每帧电视图像包含约3300万像素,是4K电视的4倍。此外,它还具有高动态光照渲染(HDR),其丰富的颜色范围囊括了自然界中的已有颜色和其他人工颜色,是现行电视行业技术的最高标准。”江苏省广电总台技术管理部主任薛兵告诉记者。

  在东南大学电子科学与工程学院教授夏军看来,“目前支持8K电视的显示技术正逐渐成熟并走向市场。但8K电视推广普及却面临着缺乏视频源的问题,主要表现为拍摄、编码等领域还缺乏技术、设备和内容支撑。如果没有8K内容,再好的8K电视也很难找到用武之地”。

  8K内容匮乏,首先源自8K视频摄制采集装备的局限性。北京广播电视台朱江、柴焱在《国内8K超高清发展及在IPTV落地前景》一文中指出,8K摄像机2012年起发展迅速,NHK、RED、日立、佳能、索尼、松下等都推出了8K摄像系统。但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设备的民用普及,目前只在国家级电视台或大型影视制作公司使用。

  薛兵表示:“8K图像中每个像素点的亮度、颜色、灰度层次都比4K分辨率复杂得多,所以信息处理量更大。就摄像机的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像处理器和光学镜头来说,现实画面进入镜头后会发生畸变,特别是图像边缘会发生变形,需要用畸变校准技术进行图像校正,再用数字信号处理技术将光信号转化为数字信号,变成8K图像。以往制作标清、高清图像时,图像像素较低,通过算法比较容易纠正,但现在同样的成像面积上存储的信息量剧增,需要补充、校正的信息就很多,这就对成像器件提出了更高的要求。”

  想更加普及,芯片、算力还有待提高

  图像采集解决了从光信号到电信号的转化,但这只是8K视频显示技术的一个环节。薛兵认为,在更多使用场景中,需要将8K视频图像进行传输、存储、记录,要顺利完成这些工作,目前芯片的研发、计算的算力还亟待提高。

  有数据显示,长度为1分钟左右的8K视频,需占用194GB存储空间。从2016年里约奥运会的数据来看,以8K视频报道赛事,录制20分钟未经压缩的超高清视频,大约占用了4TB的存储空间,每分钟视频大概要占用200GB的空间,每秒钟的视频容量为3GB。

  “这意味着编解码、音视频处理和存储的信息量都加大了,如果芯片的处理能力跟不上,系统就会出现卡顿,例如多线程的并行带宽不够的话,当需要切换8K画面时,就难以实现操作。”薛兵说。

  一部8K影片或者视频节目的播出,涉及8K视频内容摄影采集、生产、播出、传输、终端等各环节。随着8K技术的不断发展和在各重大活动中的落地使用,8K产业链各环节正在逐步完善。

  在超高清编码标准方面,国内目前已经推出了AVS3新一代编码标准,能够支撑8K视频编码。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,可提供高质低码、低复杂度、适宜流媒体应用的解决方案。

  但朱江、柴焱也发现,8K视频所需的极大带宽局限了其应用领域,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。

  这些挑战,也是我国超高清电视产业转型升级所要攻克的难点、重点。《超高清视频产业发展行动计划(2019—2022年)》(以下简称《计划》)中提出,到2022年,CMOS图像传感器、光学镜头、专业视频处理芯片、编解码芯片等核心元器件要取得突破,8K前端核心设备形成产业化能力,8K超高清电视终端销量占电视总销量的比例将超过5%。

  民用尚需时日,但商用潜力巨大

  缺乏原生拍摄的8K视频,并不意味着现在的8K内容就是一片荒原。全球知名管理咨询机构德勤的研究人员分析,短期内可以通过倍线技术、重新录制高清内容、用户自制内容、8K游戏机等方式生产8K内容。

  “倍线系统可内置于电视机中,利用人工智能算法和边缘计算技术,将4K图像转换为8K图像。借助倍线技术,电视能够自主分析每一帧图像,并应用人工智能技术识别其中多个对象。然后,倍线引擎通过恢复图像边缘,修复压缩伪影,并尽可能精准地为每个像素着色,将4K图像转换为8K。”德勤研究人员表示。

  不过在记者采访过程中,多位专家指出,通过倍线技术转换图像的质量还需逐步提升。“将2K、4K的像素提升为8K,有一些高频信息会丢失,可能没有真正的8K图像那么细腻。”夏军说。

  在消费市场刚刚崭露头角的8K电视,如何以物美价廉的形式走进寻常百姓家,也不断激发着南京理工大学教授徐勃的研发热情。

  “现在,大尺寸的8K电视,市场售价动辄两三万元,如何降低成本、同时保证高清低能耗,需要在科学源头和技术工艺上不断革新,发展新型超高清、低成本显示技术。”徐勃说,他们正在研究超高清、超薄、低成本、大尺寸的柔性显示技术,但研发才刚刚起步,技术成熟可能还需要等待10到15年的时间。

  薛兵认为,8K内容的分辨率、像素、色域等参数更高,即使切分成若干画面,局部清晰度也会很高,对细节的呈现也很生动、丰富,将在众多领域有着广阔的应用场景。

  “例如在景观展示、大型赛事、太空探索、考古发掘、史料留存等领域,8K显示技术有助于我们留存一些珍贵影像资料,以便于后续观察分析;在医疗领域,像眼部手术这种精细的手术,医生靠肉眼难以直接辨别的毛细血管,可以利用8K视频对其进行放大观察;8K显示技术应用于人脸识别,识别准确率会更高。”对于8K技术的未来应用,薛兵信心满满。

  “8K电视,甚至更高分辨率的16K电视,在未来还有一个重要的应用场景是三维显示。目前主流的三维光场显示技术将二维像素阵列转换成不同角度的信息,会出现图像分辨率下降的问题。8K、16K超高分辨率显示技术正好弥补了三维显示分辨率低的问题。日本JDI公司曾展示过基于8K分辨率的三维光场显示,三维图像内容的可视角度超过了100°。可以预见,8K电视将会带动新型的三维产业技术的发展,包括三维视频的采集、三维视频压缩和传输、三维显示与交互等。”夏军说。

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