超高清業(yè)務(wù)亟需全新的電視基礎(chǔ)設(shè)施

　　作者：博通（Broadcom）寬帶與無線連接部門技術(shù)總監(jiān)Wade Wan

　　一直以來，制造商希望其承諾的身臨其境的全新電視觀賞體驗(yàn)?zāi)軌蛲苿?dòng)消費(fèi)者投資購買超高清電視。超高清電視也稱4K電視，已獲得主要影視內(nèi)容提供商的全面支持。僅2013年，采用4K分辨率拍攝的影片數(shù)量就從10部銳增到50部，共增長了5倍。采用這種格式拍攝影片的基礎(chǔ)設(shè)施已趨近完善，而找到可將這種新一代的內(nèi)容呈現(xiàn)給家庭觀眾的方法就是接下來所面臨的一大障礙。

　　圖1：高清可提供比標(biāo)清高6倍的分辨率，現(xiàn)在超高清則能提供比高清高4倍的分辨率。

　　尤其是內(nèi)容提供商在為用戶提供無縫服務(wù)的同時(shí)，還需要多種途徑提供更高分辨率的優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，這是當(dāng)前的交付方法無法做到的。為找到應(yīng)對(duì)這一困境的解決方案，近期，業(yè)界多家企業(yè)已開展合作，共同開發(fā)能讓有線、衛(wèi)星以及互聯(lián)網(wǎng)電視（OTT）提供商以更低成本且高效部署超高清電視解決方案的新標(biāo)準(zhǔn)，而這些努力現(xiàn)已獲得可喜的成果。

　　超高清藉由2013年1月通過的更高效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)高效視頻編碼（HEVC）的支持而實(shí)現(xiàn)。盡管壓縮標(biāo)準(zhǔn)總是在不斷發(fā)展、推陳出新，然而向HEVC的過渡還是行業(yè)內(nèi)的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變。

　　即將到來的技術(shù)規(guī)范變革

　　高清電視（HDTV）以每秒60字段的隔行掃描格式提供1920 x 1080像素的8位分辨率，采用當(dāng)前的AVC壓縮標(biāo)準(zhǔn)，可以在大約6 兆位每秒（Mbps）的位速率下實(shí)現(xiàn)。不過，超高清（UHD）則以每秒60幀的逐行掃描格式提供3840 x 2160像素的10位分辨率。如果采用現(xiàn)在的AVC壓縮標(biāo)準(zhǔn)，就需要大約30 Mbps的速率，這是一個(gè)很客觀的數(shù)字，而且實(shí)現(xiàn)的成本不菲，但是采用HEVC壓縮標(biāo)準(zhǔn)久可將位速率降低到大約15 Mbps，令它更適合實(shí)現(xiàn)低成本實(shí)施部署。

　　表1：本表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)高清電視和超高清電視的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行了比較，反映出超高清帶寬需求的整體提升。

　　不間斷的實(shí)現(xiàn)4K和每秒60幀的傳輸速率，無論是對(duì)尺寸還是帶寬都提出了呈指數(shù)級(jí)增長的要求，HEVC標(biāo)準(zhǔn)顯著加速了4K內(nèi)容的傳輸，與當(dāng)前的AVC編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，運(yùn)營商與用戶在接收超高清內(nèi)容時(shí)可節(jié)省一半的時(shí)間或50%的比特率。

　　此外，完全符合新標(biāo)準(zhǔn)的超高清顯示器還將提供呈指數(shù)級(jí)增長的色彩陣列（色飽和度）。超高清色飽和度標(biāo)準(zhǔn)BT.2020將取代此前高清電視使用的BT.709飽和度標(biāo)準(zhǔn)。由于BT.2020能顯示更多色彩，因此其需要比BT.709更大的位深度才可能實(shí)現(xiàn)這一更大的色飽和度呈現(xiàn)的所有色彩。因此，BT.2020的10位和12位編碼將取代BT.709的8位和10位編碼。

　　超高清技術(shù)規(guī)范相對(duì)于高清電視系統(tǒng)的變革還將涉及到HDMI端口的規(guī)范，這也會(huì)影響機(jī)頂盒等信號(hào)傳送器及顯示設(shè)備等接收器?，F(xiàn)在的HDMI 1.4接口標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)支持超高清，但支持的方式非常有限，只有在像素?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不超過8位、幀速率不超過30fps以及最大吞吐量不超過10.2千兆位每秒（Gbps）的情況下才能提供支持。為了克服這些局限性，全新的HDMI 2.0標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，其可將HDMI接口支持的帶寬提高到18 Gbps。新規(guī)范通過單一接口支持50或60赫茲（Hz）的超高清分辨率，可避免為了處理超高清業(yè)務(wù)不斷增長的吞吐量而需要多種線纜和連接器。相比之下沒有HDMI 2.0時(shí)，視頻在到達(dá)HDMI傳送器之前需要分割成不同片段，然后單獨(dú)通過多個(gè)HDMI鏈路運(yùn)行再正確地集合在一起，期間需要注意確保每個(gè)片段都來自同一個(gè)畫面。

　　內(nèi)容保護(hù)是超高清服務(wù)的另一項(xiàng)重要技術(shù)要求。高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)（HDCP）是一種數(shù)字版權(quán)保護(hù)及數(shù)字權(quán)益管理規(guī)范，能夠在不同設(shè)備之間確保音頻、視頻內(nèi)容的安全。支持HDMI接口映射的HDCP 2.2版于2013年2月制定。采用HDCP 2.2來確保HDMI數(shù)字接口安全被視為確保超高清內(nèi)容傳輸安全的最低要求，目的是可以滿足內(nèi)容提供商的分發(fā)需求。

　　作為系統(tǒng)級(jí)芯片開發(fā)商，博通在HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)上一直都是最具影響力的公司之一，同時(shí)，博通還推出了廣泛支持HEVC的系列芯片組，可以全面滿足有線、衛(wèi)星以及廣播服務(wù)提供商的需求，不僅可以擴(kuò)展當(dāng)前的高清產(chǎn)品，而且還能夠?yàn)橛脩籼峁┏咔鍍?nèi)容。

　　博通預(yù)計(jì)HEVC/H.265將會(huì)順利推廣，而在此期間，博通已公開與領(lǐng)先編碼器廠商、運(yùn)營商及合作伙伴接洽，以確保該編解碼技術(shù)在市場上的成功（通過技術(shù)演示或在2014年向全球用戶提供最新業(yè)務(wù)）。

　　博通相信，在更高壓縮率的作用下，HEVC可幫助消費(fèi)類電子產(chǎn)品制造商及服務(wù)提供商通過消費(fèi)類設(shè)備為用戶提供更快的視頻傳輸。此外，該壓縮標(biāo)準(zhǔn)還有助于服務(wù)提供商在較低的位速率下提供更高質(zhì)量的流媒體服務(wù)，在等效的比特率下提供相同乃至更多的內(nèi)容。最終，服務(wù)商能夠選擇如何利用更高的效率，既能在相同的帶寬上整合更多的通道，也能以一半的比特率提供類似質(zhì)量的視頻或者采用相同的比特率提供更好的服務(wù)。

　　潛在的障礙：互操作性與隔行掃描內(nèi)容

　　超高清面臨的一大關(guān)鍵技術(shù)障礙可能是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展需要的時(shí)間。更具體地說，就是不同實(shí)施方案之間的互操作性。問題不在于如何制定標(biāo)準(zhǔn)，而反映在發(fā)布規(guī)范時(shí)無法立即實(shí)現(xiàn)高級(jí)技術(shù)與規(guī)范之間的互操作上。不過，當(dāng)不同廠商對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測試時(shí)，就進(jìn)入了一個(gè)證實(shí)真正的行業(yè)互操作性的全新階段。作為這些技術(shù)的主要提供商，博通在HEVC和HDMI互操作性方面做出了巨大的努力，不難看出：自這些標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布以后，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，而且這種進(jìn)步還將繼續(xù)。

　　對(duì)HEVC而言，對(duì)隔行掃描內(nèi)容進(jìn)行編碼也是一個(gè)有著大量爭議的問題。事實(shí)上，市場一開始就存在混淆，認(rèn)為HEVC不支持隔行掃描格式，實(shí)際上這是錯(cuò)誤的。也就是說，盡管HEVC標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)在評(píng)估其隔行支持性能與復(fù)雜性時(shí)就已經(jīng)做出了決定，但評(píng)論人士現(xiàn)在仍在討論，在HEVC中能否也能像在AVC中一樣支持隔行掃描格式。

　　亟需更全面的超高清支持

　　超高清技術(shù)不僅促進(jìn)了最新顯示器及機(jī)頂盒設(shè)備的出現(xiàn)，而且還在如《X戰(zhàn)警前傳：金剛狼》、《博物館奇妙夜》以及《僵尸世界大戰(zhàn)》等影片的制作中發(fā)揮了巨大的作用。就體育賽事而言，沒有其他技術(shù)能像超高清這樣如此震撼地呈現(xiàn)賽事實(shí)況，這在一定程度上要?dú)w功于新技術(shù)的幀速率和色深度優(yōu)勢。索契冬奧會(huì)及世界杯超高清現(xiàn)場直播就有力地證明了這一點(diǎn)。市場信息咨詢公司DisplaySearch的數(shù)據(jù)就顯示，2014年世界杯在推廣超高清電視的過程中發(fā)揮了巨大的作用。事實(shí)上，據(jù)Digitimes Research分析師預(yù)測，僅2014年年底之前，超高清電視面板的出貨量就迅速地飆升了475%。［1］

　　總而言之，超高清必將為消費(fèi)者帶來一場重大的全新觀賞體驗(yàn)，而且與高清電視相比，其不僅可實(shí)現(xiàn)提高1倍的水平分辨率和垂直分辨率，而且還可提供提高10倍的原始像素?cái)?shù)據(jù)速率。不過，要實(shí)現(xiàn)這一無與倫比的卓越性能，服務(wù)提供商必須開發(fā)并部署新一代機(jī)頂盒及其它設(shè)備，才能充分滿足并支持更高視頻壓縮、更大色飽和度、HDMI接口以及內(nèi)容保護(hù)的全新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　作者簡歷

　　Wade Wan現(xiàn)任博通公司寬帶與無線連接部門的技術(shù)總監(jiān)，主要負(fù)責(zé)管理博通系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）解決方案視頻壓縮技術(shù)的開發(fā)，包括從標(biāo)準(zhǔn)化到內(nèi)部設(shè)計(jì)開發(fā)，再到產(chǎn)品部署與支持的整個(gè)過程。Wade Wan畢業(yè)于麻省理工學(xué)院，獲電氣工程設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，是一位擁有13項(xiàng)美國專利的發(fā)明家。

　　關(guān)于博通公司：

　　博通（Broadcom）公司（納斯達(dá)克代碼：BRCM），財(cái)富500強(qiáng)之一，是全球有線及無線通訊半導(dǎo)體解決方案領(lǐng)域的杰出領(lǐng)導(dǎo)者及技術(shù)創(chuàng)新者。其產(chǎn)品將語音、視頻、數(shù)據(jù)和多媒體內(nèi)容在家庭、企業(yè)及移動(dòng)環(huán)境中進(jìn)行無縫連接與傳輸。通過提供業(yè)界完整的先進(jìn)系統(tǒng)級(jí)芯片解決方案，博通公司“Connecting Everything?（連接一切）”的企業(yè)理念正在改變世界。