8K電視距離物美價廉 還差著芯片、算力和片源
2021年01月25日11:08

◎ 科技日報記者 金鳳

1月中旬,2021年國際消費類電子產品展覽會以線上方式舉行,8K電視成為影音智能產品領域的寵兒。Sony、海信、TCL、創維等知名電視品牌頻頻“秀肌肉”,展示8K電視新品或支援8K輸出的顯示技術、芯片技術。

圖源:視覺中國
圖源:視覺中國

雖然8K電視受到眾多行業大佬紮堆熱捧。不過,對於8K發燒友來說,擁有一台物美價廉的8K電視的夢想可能沒那麼快步入現實。雖然國內外對超高清產業發展不乏扶持,但8K落地還面臨市場化選擇。知名管理諮詢機構德勤公司研究人員分析,缺少內容、成本較高、消費者很難區分8K和4K視頻等因素,使得8K電視“不太可能在2021年實現長足發展”。

然而,這並沒有影響業界對8K產業佈局的信心。近日,專家接受科技日報記者採訪時表示,8K技術和產品在大型賽事、沉浸式娛樂、航空航天、精密醫療等領域有廣闊應用前景,不過在這之前還要經曆核心器件的研發突破以及產業鏈的培育成熟。

受攝製裝備局限,8K視頻源匱乏

“8K解像度指的是水平方向每行有7680個像素,垂直方向每列有4320個像素,8K電視就是屏幕圖像具有8K解像度的電視,每幀電視圖像包含約3300萬像素,是4K電視的4倍。此外,它還具有高動態光照渲染(HDR),其豐富的顏色範圍囊括了自然界中的已有顏色和其他人工顏色,是現行電視行業技術的最高標準。”江蘇省廣電總台技術管理部主任薛兵告訴記者。

在東南大學電子科學與工程學院教授夏軍看來,“目前支援8K電視的顯示技術正逐漸成熟並走向市場。但8K電視推廣普及卻面臨著缺乏視頻源的問題,主要表現為拍攝、編碼等領域還缺乏技術、設備和內容支撐。如果沒有8K內容,再好的8K電視也很難找到用武之地”。

8K內容匱乏,首先源自8K視頻攝製採集裝備的局限性。北京廣播電視台朱江、柴焱在《國內8K超高清發展及在IPTV落地前景》一文中指出,8K攝像機2012年起發展迅速,NHK、RED、日立、Canon、Sony、Panasonic等都推出了8K攝像系統。但8K攝像機價格高昂,加上未經壓縮的8K視頻佔據存儲空間大,因此限製了8K設備的民用普及,目前只在國家級電視台或大型影視製作公司使用。

薛兵表示:“8K圖像中每個像素點的亮度、顏色、灰度層次都比4K解像度複雜得多,所以信息處理量更大。就攝像機的CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像處理器和光學鏡頭來說,現實畫面進入鏡頭後會發生畸變,特別是圖像邊緣會發生變形,需要用畸變校準技術進行圖像校正,再用數字信號處理技術將光信號轉化為數字信號,變成8K圖像。以往製作標清、高清圖像時,圖像像素較低,通過算法比較容易糾正,但現在同樣的成像面積上存儲的信息量劇增,需要補充、校正的信息就很多,這就對成像器件提出了更高的要求。”

想更加普及,芯片、算力還有待提高

圖像採集解決了從光信號到電信號的轉化,但這隻是8K視頻顯示技術的一個環節。薛兵認為,在更多使用場景中,需要將8K視頻圖像進行傳輸、存儲、記錄,要順利完成這些工作,目前芯片的研發、計算的算力還亟待提高。

有數據顯示,長度為1分鐘左右的8K視頻,需佔用194GB存儲空間。從2016年里約奧運會的數據來看,以8K視頻報導賽事,錄製20分鐘未經壓縮的超高清視頻,大約佔用了4TB的存儲空間,每分鐘視頻大概要佔用200GB的空間,每秒鍾的視頻容量為3GB。

“這意味著編解碼、音視頻處理和存儲的信息量都加大了,如果芯片的處理能力跟不上,系統就會出現卡頓,例如多線程的並行帶寬不夠的話,當需要切換8K畫面時,就難以實現操作。”薛兵說。

一部8K影片或者視頻節目的播出,涉及8K視頻內容攝影採集、生產、播出、傳輸、終端等各環節。隨著8K技術的不斷髮展和在各重大活動中的落地使用,8K產業鏈各環節正在逐步完善。

圖源:新華社
圖源:新華社

在超高清編碼標準方面,國內目前已經推出了AVS3新一代編碼標準,能夠支撐8K視頻編碼。數碼視訊於2019年8月發佈了商用編碼器,海思於2019年9月發佈了基於AVS3標準的8K/120P解碼芯片,可提供高質低碼、低複雜度、適宜流媒體應用的解決方案。

但朱江、柴焱也發現,8K視頻所需的極大帶寬局限了其應用領域,盈利的商業模式尚不清晰,大部分8K編碼設備廠商投入較小,僅有少量基於AVS2/H.265算法的8K編解碼器實現產品化。

這些挑戰,也是我國超高清電視產業轉型升級所要攻克的難點、重點。《超高清視頻產業發展行動計劃(2019—2022年)》(以下簡稱《計劃》)中提出,到2022年,CMOS圖像傳感器、光學鏡頭、專業視頻處理芯片、編解碼芯片等核心元器件要取得突破,8K前端核心設備形成產業化能力,8K超高清電視終端銷量占電視總銷量的比例將超過5%。

民用尚需時日,但商用潛力巨大

缺乏原生拍攝的8K視頻,並不意味著現在的8K內容就是一片荒原。全球知名管理諮詢機構德勤的研究人員分析,短期內可以通過倍線技術、重新錄製高清內容、用戶自製內容、8K遊戲機等方式生產8K內容。

“倍線系統可內置於電視機中,利用人工智能算法和邊緣計算技術,將4K圖像轉換為8K圖像。借助倍線技術,電視能夠自主分析每一幀圖像,並應用人工智能技術識別其中多個對象。然後,倍線引擎通過恢復圖像邊緣,修復壓縮偽影,並儘可能精準地為每個像素著色,將4K圖像轉換為8K。”德勤研究人員表示。

不過在記者採訪過程中,多位專家指出,通過倍線技術轉換圖像的質量還需逐步提升。“將2K、4K的像素提升為8K,有一些高頻信息會丟失,可能沒有真正的8K圖像那麼細膩。”夏軍說。

在消費市場剛剛嶄露頭角的8K電視,如何以物美價廉的形式走進尋常百姓家,也不斷激發著南京理工大學教授徐勃的研發熱情。

“現在,大尺寸的8K電視,市場售價動輒兩三萬元,如何降低成本、同時保證高清低能耗,需要在科學源頭和技術工藝上不斷革新,發展新型超高清、低成本顯示技術。”徐勃說,他們正在研究超高清、超薄、低成本、大尺寸的柔性顯示技術,但研發才剛剛起步,技術成熟可能還需要等待10到15年的時間。

薛兵認為,8K內容的解像度、像素、色域等參數更高,即使切分成若干畫面,局部清晰度也會很高,對細節的呈現也很生動、豐富,將在眾多領域有著廣闊的應用場景。

“例如在景觀展示、大型賽事、太空探索、考古發掘、史料留存等領域,8K顯示技術有助於我們留存一些珍貴影像資料,以便於後續觀察分析;在醫療領域,像眼部手術這種精細的手術,醫生靠肉眼難以直接辨別的毛細血管,可以利用8K視頻對其進行放大觀察;8K顯示技術應用於人臉識別,識別準確率會更高。”對於8K技術的未來應用,薛兵信心滿滿。

“8K電視,甚至更高解像度的16K電視,在未來還有一個重要的應用場景是三維顯示。目前主流的三維光場顯示技術將二維像素陣列轉換成不同角度的信息,會出現圖像解像度下降的問題。8K、16K超高解像度顯示技術正好彌補了三維顯示解像度低的問題。日本JDI公司曾展示過基於8K解像度的三維光場顯示,三維圖像內容的可視角度超過了100°。可以預見,8K電視將會帶動新型的三維產業技術的發展,包括三維視頻的採集、三維視頻壓縮和傳輸、三維顯示與交互等。”夏軍說。

來源:科技日報

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