超高清视频产业发展现状与机遇

一、概念内涵

超高清视频作为高清视频的下一个发展阶段,泛指分辨率在4K以上的视频。超高清视频助力提升多个维度的用户体验,主要体现在分辨率从1080p(1920×1080)提升到4K(3840×2160)、8K(7680×4320)及以上,画面精细程度提升4倍、16倍甚至更高,帧率将从30帧/秒逐步提升至50~120帧/秒,对高速运动物体的表现能力加强,画面更加流畅,色域从BT.709提升至BT.2020,可表现的颜色范围大幅度提升,色深从8位提升至10-12位,颜色之间的过渡更加平滑和自然,并提供高动态范围(HDR)能力,使得画面对同时高亮部分和低照度部分的表现能力增强。因此,超高清视频不仅在分辨率大幅提升,在帧率、色域、色深、动态范围甚至声音等多方面实现进步,为用户在视频体验上提供更强临场感和更具感染力的视觉冲击。当前,视频已经成为各行各业的数据采集、传输、处理和呈现的主要形式。据预测,未来大众网络流量80%以上和行业应用数据70%以上都将是视频数据,超高清视频的发展对于提升大众的消费升级、带动行业的转型发展具有重大的意义,在国家政策引导和产业界大力推动下将迎来巨大发展机遇。

二、国内外产业发展动态

日本、韩国和美国成为全球超高清视频产业发展的领先力量。日本方面,NHK在2016年里约奥运会时开展了8K试播,2018年平昌冬奥会实现8K转播,2020年东京奥运会时全面推广4K、8K并普及8K电视节目,日本总务省预计在2025年家庭电视将全面实现超高清。韩国方面,2012年和2013年成功进行了两个阶段的户外超高清4K信号地面传输实现,2014年率先开通全球首个4K超高清频道,2017年全球首次在无线电视台运营超高清电视服务,2019年起,韩国三大电视台每年将提高5%的超高清节目制作比例。美国方面,2015年好莱坞推出多部电影的4K蓝光碟片,2016年Facebook Live 360全景流媒体视频直播服务开始支持4K直播,2017年欧洲卫星公司SES在美国正式开通4K超高清电视频道,同年美国亚马逊利用4K直播NASA宇航员的太空生活。

中国2022年超高清视频产业总体规模有望超过4万亿元。2019年2月,工信部、广电总局、央视总台联合印发《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》,提出按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线,大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用,并对产业规模、用户数、频道数量和应用示范提出明确目标。广东、北京、上海、安徽、湖南、重庆、四川以及青岛等地也积极推动超高清视频行动计划,相继印发产业发展政策。具体在应用方面,2018年10月央视推出首个4K试验频道,2019年春晚实现了5G+4K节目回传,10月1日的建国70周年国庆阅兵也实现4K直播,2022年冬奥会将采用4K/8K直播。

三、我国产业发展现状与机遇

超高清视频产业主要包括超高清视频的采集、编辑、传输、呈现的主要环节,具有产业链条长、辐射范围广、带动效应强等特点。

在采集摄录方面,高分辨率、高动态范围、三维立体、快速变焦等成为重要发展机遇。4K/8K分辨率、50/60/120帧、HDR高动态以及高色深成为视频采集摄像机技术的需求,目前我国广电级高端摄像机主要依赖国外,如索尼、松下等日本品牌,而我国卓曜、华创科技、尊正、扳手科技等企业已初步具备超高清专业摄像机自主设计和制造能力,并推出4K影视节目摄像机、4K电影摄像机等产业化产品,演播室系统已初步具备竞争力,但国内缺乏视觉特效与合成、图像处理等基础底层核心算法,并且在CMOS芯片、光学镜头、DRAM、Flash存储等方面仍落后日韩企业。

在编辑处理方面,端云协同、人工智能、视频处理等基础算法成为未来机遇。非线性编辑、后期渲染、特效等是视频后期的主要环节,在特效电影、CG动画等对图像渲染的要求越来越高的情况下,云媒体制作成为重要手段之一,如《流浪地球》即使用云服务进行渲染工作。目前,超高清视频后期制作成本高、产出小,尽管很多影视采用4K拍摄,但只制作输出高清版本,因此在当前4K内容不足的情况下,利用人工智能算法实现空间上超分辨率、时间上插帧成为重要解决方式。目前国内可生产超高清视频制作设备的企业主要有大洋、尊正、索贝、新奥特、捷成世纪等企业,但能够快速稳定处理8K视频的后期制作设备较少,现有设备仍有很多功能缺陷。

在传播输出方面,编解码方式和5G、千兆固网宽带等网络传输方式成为关注焦点。编解码方面,H.265、AVS 2成为超高清视频编解码的主要选择,H.265(HEVC)可以在维持画质基本不变的前提下,让数据传输宽带减少至H.264的一半,支持最高为7680*4320的分辨率,H.265还具有可变量的尺寸转换(从4×4到32×32)、四叉树结构的预测区域(从64×64到4×4)、多种帧内预测模式、精准的运动补偿滤波器等特性,AVS 2由我国数字音频解码技术标准工作组制定,性能与HEVC相当,成为我国自主的编解码标准;网络传输方面,有线电视、IPTV、卫星广播、地面广播是网络传输的主要方式,使用H.265或与之相当的编码方式,在保证超高清视频体验的前提下,4K码流大概为30~50Mbps,8K码流大概为100~150Mbps。在我国,IPTV和有线电视成为主要网络传输方式,我国光纤宽带和蜂窝网络覆盖全球领先,广电获得5G牌照,未来5G有望成为超高清视频网络传输的新选择。

在终端呈现方面,高分辨率、HDR、智能用户交互成为发展趋势。目前4K电视已经成为主流,中国市场60%以上已是4K分辨率,而8K电视仍以展示为主。显示面板方面,高对比度、高色深、高色域、高刷新率成为关键性指标。良好的HDR体验要将面板的对比度提升至10000:1及以上,LCD面板达到1000尼特峰值亮度,但我国市面上大部分电视仅仅能够达到400尼特左右。主控芯片方面,更高的编解码能力和人工智能成为未来的发展方向。CPU、GPU、编解码芯片、数据接口将均集成于电视机、机顶盒SoC芯片内,基于未来语音、图像的智能交互,神经网络等人工智能算法将从芯片层面给予支持。专用图像处理芯片方面,由于对画面的处理能力要求更高,色彩控制、锐度处理等图像处理功能将更多采用独立的图像处理芯片,如索尼、三星等,我国电视的画质处理更多以软件方式实现。目前我国4K电视产量全球占比42%,国内销量占比60%,远超国际平均水平,国产机顶盒SoC芯片国内市场占有率超7成,电视机SoC占比20%,

作者简介

宫政,毕业于北京航空航天大学,博士学位,现就职于中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所,主要研究领域为超高清视频、车联网、虚拟/增强现实、5G。

联系方式:gongzheng@caict.ac.cn

 

李浩然,毕业于波士顿大学,硕士学位,现就职于中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所,主要研究领域为超高清视频。

联系方式:lihaoran@caict.ac.cn

校  审 | 陈  力、 珊  珊

编  辑 | 凌  霄

原文始发于微信公众号(中国信通院CAICT):超高清视频产业发展现状与机遇


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