受攝制裝備局限，8K視頻源匱乏 還差著芯片、算力和片源

8K電視就是屏幕圖像具有8K分辨率的電視，8K電視每幀圖像包含約3300萬像素，是4K電視的4倍。此外，它還具有高動(dòng)態(tài)光照渲染，其豐富的顏色范圍囊括了自然界中的已有顏色和其他人工顏色，是現(xiàn)行電視行業(yè)技術(shù)的最高標(biāo)準(zhǔn)。

薛兵

江蘇省廣電總臺(tái)技術(shù)管理部主任

1月中旬，2021年國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)以線上方式舉行，8K電視成為影音智能產(chǎn)品領(lǐng)域的寵兒。索尼、海信、TCL、創(chuàng)維等知名電視品牌頻頻“秀肌肉”，展示8K電視新品或支持8K輸出的顯示技術(shù)、芯片技術(shù)。

雖然8K電視受到眾多行業(yè)大佬扎堆熱捧。不過，對(duì)于8K發(fā)燒友來說，擁有一臺(tái)物美價(jià)廉的8K電視的夢(mèng)想可能沒那么快步入現(xiàn)實(shí)。雖然國內(nèi)外對(duì)超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展不乏扶持，但8K落地還面臨市場化選擇。知名管理咨詢機(jī)構(gòu)德勤公司研究人員分析，缺少內(nèi)容、成本較高、消費(fèi)者很難區(qū)分8K和4K視頻等因素，使得8K電視“不太可能在2021年實(shí)現(xiàn)長足發(fā)展”。

然而，這并沒有影響業(yè)界對(duì)8K產(chǎn)業(yè)布局的信心。近日，專家接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，8K技術(shù)和產(chǎn)品在大型賽事、沉浸式娛樂、航空航天、精密醫(yī)療等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景，不過在這之前還要經(jīng)歷核心器件的研發(fā)突破以及產(chǎn)業(yè)鏈的培育成熟。

受攝制裝備局限，8K視頻源匱乏

“8K分辨率指的是水平方向每行有7680個(gè)像素，垂直方向每列有4320個(gè)像素，8K電視就是屏幕圖像具有8K分辨率的電視，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(dòng)態(tài)光照渲染(HDR)，其豐富的顏色范圍囊括了自然界中的已有顏色和其他人工顏色，是現(xiàn)行電視行業(yè)技術(shù)的最高標(biāo)準(zhǔn)。”江蘇省廣電總臺(tái)技術(shù)管理部主任薛兵告訴記者。

在東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授夏軍看來，“目前支持8K電視的顯示技術(shù)正逐漸成熟并走向市場。但8K電視推廣普及卻面臨著缺乏視頻源的問題，主要表現(xiàn)為拍攝、編碼等領(lǐng)域還缺乏技術(shù)、設(shè)備和內(nèi)容支撐。如果沒有8K內(nèi)容，再好的8K電視也很難找到用武之地”。

8K內(nèi)容匱乏，首先源自8K視頻攝制采集裝備的局限性。北京廣播電視臺(tái)朱江、柴焱在《國內(nèi)8K超高清發(fā)展及在IPTV落地前景》一文中指出，8K攝像機(jī)2012年起發(fā)展迅速，NHK、RED、日立、佳能、索尼、松下等都推出了8K攝像系統(tǒng)。但8K攝像機(jī)價(jià)格高昂，加上未經(jīng)壓縮的8K視頻占據(jù)存儲(chǔ)空間大，因此限制了8K設(shè)備的民用普及，目前只在國家級(jí)電視臺(tái)或大型影視制作公司使用。

薛兵表示：“8K圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的亮度、顏色、灰度層次都比4K分辨率復(fù)雜得多，所以信息處理量更大。就攝像機(jī)的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像處理器和光學(xué)鏡頭來說，現(xiàn)實(shí)畫面進(jìn)入鏡頭后會(huì)發(fā)生畸變，特別是圖像邊緣會(huì)發(fā)生變形，需要用畸變校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行圖像校正，再用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，變成8K圖像。以往制作標(biāo)清、高清圖像時(shí)，圖像像素較低，通過算法比較容易糾正，但現(xiàn)在同樣的成像面積上存儲(chǔ)的信息量劇增，需要補(bǔ)充、校正的信息就很多，這就對(duì)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

圖像采集解決了從光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，但這只是8K視頻顯示技術(shù)的一個(gè)環(huán)節(jié)。薛兵認(rèn)為，在更多使用場景中，需要將8K視頻圖像進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)、記錄，要順利完成這些工作，目前芯片的研發(fā)、計(jì)算的算力還亟待提高。

有數(shù)據(jù)顯示，長度為1分鐘左右的8K視頻，需占用194GB存儲(chǔ)空間。從2016年里約奧運(yùn)會(huì)的數(shù)據(jù)來看，以8K視頻報(bào)道賽事，錄制20分鐘未經(jīng)壓縮的超高清視頻，大約占用了4TB的存儲(chǔ)空間，每分鐘視頻大概要占用200GB的空間，每秒鐘的視頻容量為3GB。

“這意味著編解碼、音視頻處理和存儲(chǔ)的信息量都加大了，如果芯片的處理能力跟不上，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)卡頓，例如多線程的并行帶寬不夠的話，當(dāng)需要切換8K畫面時(shí)，就難以實(shí)現(xiàn)操作。”薛兵說。

一部8K影片或者視頻節(jié)目的播出，涉及8K視頻內(nèi)容攝影采集、生產(chǎn)、播出、傳輸、終端等各環(huán)節(jié)。隨著8K技術(shù)的不斷發(fā)展和在各重大活動(dòng)中的落地使用，8K產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)正在逐步完善。

在超高清編碼標(biāo)準(zhǔn)方面，國內(nèi)目前已經(jīng)推出了AVS3新一代編碼標(biāo)準(zhǔn)，能夠支撐8K視頻編碼。數(shù)碼視訊于2019年8月發(fā)布了商用編碼器，海思于2019年9月發(fā)布了基于AVS3標(biāo)準(zhǔn)的8K/120P解碼芯片，可提供高質(zhì)低碼、低復(fù)雜度、適宜流媒體應(yīng)用的解決方案。

但朱江、柴焱也發(fā)現(xiàn)，8K視頻所需的極大帶寬局限了其應(yīng)用領(lǐng)域，盈利的商業(yè)模式尚不清晰，大部分8K編碼設(shè)備廠商投入較小，僅有少量基于AVS2/H.265算法的8K編解碼器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

這些挑戰(zhàn)，也是我國超高清電視產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所要攻克的難點(diǎn)、重點(diǎn)。《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2019—2022年)》(以下簡稱《計(jì)劃》)中提出，到2022年，CMOS圖像傳感器、光學(xué)鏡頭、專業(yè)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(shè)備形成產(chǎn)業(yè)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(shí)日，但商用潛力巨大

缺乏原生拍攝的8K視頻，并不意味著現(xiàn)在的8K內(nèi)容就是一片荒原。全球知名管理咨詢機(jī)構(gòu)德勤的研究人員分析，短期內(nèi)可以通過倍線技術(shù)、重新錄制高清內(nèi)容、用戶自制內(nèi)容、8K游戲機(jī)等方式生產(chǎn)8K內(nèi)容。

“倍線系統(tǒng)可內(nèi)置于電視機(jī)中，利用人工智能算法和邊緣計(jì)算技術(shù)，將4K圖像轉(zhuǎn)換為8K圖像。借助倍線技術(shù)，電視能夠自主分析每一幀圖像，并應(yīng)用人工智能技術(shù)識(shí)別其中多個(gè)對(duì)象。然后，倍線引擎通過恢復(fù)圖像邊緣，修復(fù)壓縮偽影，并盡可能精準(zhǔn)地為每個(gè)像素著色，將4K圖像轉(zhuǎn)換為8K。”德勤研究人員表示。

不過在記者采訪過程中，多位專家指出，通過倍線技術(shù)轉(zhuǎn)換圖像的質(zhì)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(huì)丟失，可能沒有真正的8K圖像那么細(xì)膩。”夏軍說。

在消費(fèi)市場剛剛嶄露頭角的8K電視，如何以物美價(jià)廉的形式走進(jìn)尋常百姓家，也不斷激發(fā)著南京理工大學(xué)教授徐勃的研發(fā)熱情。

“現(xiàn)在，大尺寸的8K電視，市場售價(jià)動(dòng)輒兩三萬元，如何降低成本、同時(shí)保證高清低能耗，需要在科學(xué)源頭和技術(shù)工藝上不斷革新，發(fā)展新型超高清、低成本顯示技術(shù)。”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(shù)，但研發(fā)才剛剛起步，技術(shù)成熟可能還需要等待10到15年的時(shí)間。

薛兵認(rèn)為，8K內(nèi)容的分辨率、像素、色域等參數(shù)更高，即使切分成若干畫面，局部清晰度也會(huì)很高，對(duì)細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)也很生動(dòng)、豐富，將在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用場景。

“例如在景觀展示、大型賽事、太空探索、考古發(fā)掘、史料留存等領(lǐng)域，8K顯示技術(shù)有助于我們留存一些珍貴影像資料，以便于后續(xù)觀察分析;在醫(yī)療領(lǐng)域，像眼部手術(shù)這種精細(xì)的手術(shù)，醫(yī)生靠肉眼難以直接辨別的毛細(xì)血管，可以利用8K視頻對(duì)其進(jìn)行放大觀察;8K顯示技術(shù)應(yīng)用于人臉識(shí)別，識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)更高。”對(duì)于8K技術(shù)的未來應(yīng)用，薛兵信心滿滿。

“8K電視，甚至更高分辨率的16K電視，在未來還有一個(gè)重要的應(yīng)用場景是三維顯示。目前主流的三維光場顯示技術(shù)將二維像素陣列轉(zhuǎn)換成不同角度的信息，會(huì)出現(xiàn)圖像分辨率下降的問題。8K、16K超高分辨率顯示技術(shù)正好彌補(bǔ)了三維顯示分辨率低的問題。日本JDI公司曾展示過基于8K分辨率的三維光場顯示，三維圖像內(nèi)容的可視角度超過了100°?？梢灶A(yù)見，8K電視將會(huì)帶動(dòng)新型的三維產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，包括三維視頻的采集、三維視頻壓縮和傳輸、三維顯示與交互等。”夏軍說。(金 鳳)