我国超高清视频产业跑出“中国速度”

来源:中国电子报 2022-05-13 08:27中投网 A-A+

   今年2月,中央广播电视总台完成北京冬奥会开闭幕式、自由式滑雪大跳台、单板滑雪大跳台、大道速滑等8K公共信号制作,8K冬奥节目通过中央广播电视总台8K超高清电视频道、北京广播电视台冬奥纪实8K试验频道落地,在北京和广东通过有线电视网进网入户,全国34个城市的居民通过代表当前最先进水平的8K显示终端,体会到纤毫毕现的超高清魅力。

  “在与OBS(奥林匹克转播服务公司)工程师交流时我们发现,总台与他们使用的IP转播系统从架构、理念到使用方法上位于同一水平,甚至在8K领域我们相对领先。冬奥会期间,也有一些国外电视台同仁来和我们交流思路,他们还处在从高清到4K制作的门槛上。经过这次冬奥会8K转播,他们真正体会到中国在超高清内容制作领域已经走在世界前沿。”事隔3个月,冬奥会前方外场转播系统的总负责人、中央广播电视总台技术局转播一部副主任陈辰面对《中国电子报》记者的采访,仍难掩心中的激动和自豪。这是我国8K超高清视频产业从制作到传输到终端呈现的一次集体亮相,惊艳了全球,激励了业界。

  视频是当今和未来最重要的信息载体,视频超高清化是继视频数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新。发展超高清视频产业,不仅能满足人民日益增长的美好生活需求,还能驱动以视频为核心的行业智能化转型,促进我国各产业整体实力提升,带动万亿元级规模产业。

  高清奥运,仅是序章

  2008年8月,古都北京首次举办夏季奥运会,惊艳了全球,同样举世瞩目的,是现代奥运史上首次采用全高清转播技术。

  彼时,新一轮数字电视换机潮到来,高清电视机正在普及,得益于中央电视台于2008年5月开播的全国首个高清电视频道,中国加速进入高清化时代。

  中央广播电视总台技术局副局长智卫在接受《中国电子报》记者采访时回忆道,2008年北京奥运会高清转播恰逢中央电视台建设以高清化、网络化、文件化为技术框架的新台址,否则如此大规模的高清转播或许难以实现。

  “还记得当时新大楼还不完全具备进驻条件,但还是充分利用了新台址建设的阶段性成果,在服务楼中设立了奥运报道中心,以网络化、文件化的全高清电视信号工作流程为主。”智卫表示。

  该奥运报道中心,承担了CCTV高清频道等频道的演播室保障制作播出、网络制作和收录存储媒资中心的任务,并对中国队夺金项目和开闭幕式建立单边系统支持。据智卫介绍,中心共配备了200路信号的传输系统、主控调配系统、50台ENG摄录机的前期采编系统、满足50路信号收录的网络制播系统、5个播控系统和4个演播室等,确保做到制播、包装系统、演播室和OBS公用信号均为高清。“最多的时候大概近千人同时在其中工作,场面很壮观。”他说。

  智卫向记者表示:“奥运会高清转播,为央视积累了高清转播经验,对之后全高清的新台址建设也提供了非常及时有益的经验。当时转播奥运会时使用的高清设备和系统,后来都安装到了新大楼的高清演播室中,促进高清内容制播发展。”

  2008年北京奥运会除了实现高清转播,还实现了包括系统级的安全备份、网络互通、即采即编、即传即播、远程在线等技术亮点,是从制作到播出的全面升级,为全国电视台将电视直播平台高清化升级做出有益探索,更为后来由高清向超高清内容制作迭代打下了技术基础并积累了实践经验。

  其实从2007年下半年开始,我国彩电业先于内容产业做好了高清化准备。中国电子视像行业协会执行秘书长彭健锋回忆,2008年,主流平板电视产品均符合国家数字电视高清显示终端标准要求。

  当年年初,中国电子商会、中国家电市场联合调研课题组所做的一项调查显示,2008年高清平板电视需求量超过800万台,是2007的2倍以上。受奥运会带动,“高清化”迎来发展的春天。

  4K春晚,直播练兵

  高清电视在中国的十年发展期,同时也是超高清视频技术和产业的酝酿和成熟期。日本在2014年和2016年分别试播了4K和8K超高清节目,并于2018年12月正式启动16个4K频道和1个8K频道信号的电视广播。2018年2月,平昌冬奥会开闭幕式和重要比赛首次采用4K公共信号。

  而从2017年开始,我国发展超高清视频的产业条件已基本具备。

  超高清终端产品快速普及,2017年,我国4K电视内销占比就已接近60%,远高于35%的全球平均水平。采集制作设备和核心元器件形成局部突破,超高清面板量产能力和超高清电视核心芯片国内市场占有率稳步提高。专为超高清设计的具有自主知识产权的AVS2编码技术已做到与国际流行的HEVC性能比肩。网络传输推动百兆入户宽带网络,基本能够提供流畅的4K观看体验。4K超高清电视内容已在持续推进和储备之中,广东等地开始为开通4K频道做准备。中央广播电视总台更是于2018年10月1日率先开播国内首个4K超高清电视频道,从应用环节为超高清视频产业注入一剂强心针。当年,总台4K超高清电视产量达到851小时。

  2019年春晚的4K直播是中央广播电视总台开通4K频道后的首个重要活动,更是超高清视频制播产业链的一个里程碑事件。和传统高清画面相比,4K分辨率使画面更加清晰,高动态范围让明暗部分呈现更多细节,高帧率让运动图像平滑没有拖尾,宽色域则可以显示更多颜色层次。

  中央广播电视总台技术局局长办公会成员崔建伟多次担任春晚主会场1号厅指挥协调角色,他告诉《中国电子报》记者:“超高清的这些特点意味着技术处理更加复杂,制作难度更大。”比如4K直播的数据量是高清的4倍到8倍,对于软硬件的适应和承载能力要求大大提升,尤其是在存储、带宽、运算方面。而直播与录播不同的是,直播要实时规避或解决拍摄、制作、传输、接收整个链路上遇到的问题,相当于指数级扩大了超高清视频自身的难度。

  4K与高清同播以及两个系统的联动也是挑战点之一。2019年春晚主分会场均采用4K超高清摄像机,将高清信号和4K信号分别送到春晚演播厅导控室和临近的4K演播厅导控室,通过IP网络将两个导控的4K系统进行智能联动。崔建伟表示:“这是世界上首次在两个不同的系统实现高清和4K智能联动直播,技术难点主要是高动态范围的处理,输出4K和高清两个版本之间不是清晰度、帧率的线性变化,还需要处理亮度和色域的细节变化。”

  2019年春晚采用全部4K超高清AR在线包装技术来提升节目的包装效果和屏幕的感染力。开场舞《春海》,舞者周围围绕着随风舞动的立体花带,就是通过AR技术做出的独到设计。崔建伟向记者表示:“我们的AR虚拟植入是通过渲染机与4K摄像机同步现场画面融合播出,与当时AR虚拟植入普遍采用高清标准制作再‘上变换’到4K相比,我们当时直接按照4K技术性能指标制作,这种探索走在世界前沿。”

  在崔建伟看来,2019年春晚实现了4K直播,对超高清视频行业的意义在于突破4K超高清与高清的差异性本身带来的技术难点,从采集、编辑制作、分发、播出全流程迎接宽色域、高动态范围的全新表现形态,为未来8K技术研发和8K内容制作奠定基础,同时驱动超高清视频产业链前端设备和终端市场的发展。

  中国工程院院士丁文华在2018年指出,我国超高清视频产业所需的产业化条件基本具备,下一步需内容、网络、终端三大环节共同发力推动产业链整体发展。

  4K先行,兼顾8K

  2019年2月,工业和信息化部、国家广播电视总局和中央广播电视总台联合发布《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》,明确沿着“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。自此,超高清视频产业进入迅速普及、生态加速完善、行业应用四面开花的快速发展期。

  彭健锋清楚地记得,2013年,UHD超高清电视取代3D电视成为中国彩电市场新的热点。2013年超高清电视渗透率约为2%,虽然基数不大,但已领先于全球水平。而到2021年底,我国4K电视渗透率已达到72%,43英寸以上大尺寸4K电视渗透率接近100%。“2013年4K电视率先在中国市场引爆是基于中国大陆彩电厂商和中国台湾面板厂的共同推动,而今天,中国大陆超高清面板出货量已经达到全球第一。”彭健锋表示。

  在“4K先行、兼顾8K”的发展路线下,2019年以来,8K步伐加快,端到端技术逐渐成熟。海信集团7年间推出4代自研4K画质芯片和中国首颗自研8K AI画质芯片,并应用在2020欧洲杯、东京奥运会以及北京冬奥会的转播和制作。国内面板厂商着力8K显示面板研发,2021年11月,TCL华星发布全球首款65英寸8K喷墨打印OLED;2021年12月,京东方全球首发75英寸8K 288Hz和110英寸8K裸眼3D显示屏,为8K终端画质蓄能。彩电企业从2021年开始加码8K电视布局力度,TCL今年推出8K Mini LED电视,长虹发布55英寸到86英寸的全尺寸8K系列电视,海信在今年最新推出了全球首个8K激光显示解决方案,8K电视成为各品牌的旗舰标配。一批国产化非线性编辑软件、包装系统、编解码器、监视器、摄像机等投入使用,形成了产业化能力。

  2019年,工业和信息化部、北京市共建超高清视频制作技术协同服务平台——超高清视频(北京)制作技术协同中心,后者推出了自主设计、集成的国内首台5G+8K全业务转播车,并在2019年男篮世界杯、国庆70周年庆祝活动、2020年全国“两会”等多场活动中成功开展8K直播试验。

  2021年春晚实现了全球首次8K超高清电视直播,央视总台和北京电视台两个8K超高清频道开播并进入常态化运营,内容供给能力有所提升。

  AVS标准贯穿着我国超高清视频产业的进程。“2019年4K看春晚采用AVS2标准,2022年8K看冬奥则采用AVS3标准。作为基础性的共性标准,AVS在我国高清、4K、8K发展进程中见证了标准带动产业的作用和意义。”AVS产业联盟秘书长张伟民在接受《中国电子报》记者采访时表示。

  8K冬奥,盛世华彩

  2022年2月,北京冬奥会以奥运历史上规模最大的8K超高清转播向世界展现了“科技冬奥·8K看奥运”的新名片,为疫情条件下全球观众提供更具临场感、沉浸感的视觉体验。

  开幕式上流光溢彩的超大LED地屏令世界惊艳,面积超过1万平米,是目前最大的8K超高清地面显示系统,为实现8K转播提供了技术条件。时隔14年,再一次承担北京冬奥会开幕式LED屏幕设计、搭建以及运行保障大部分任务的利亚德集团董事长李军近日向《中国电子报》记者表示:“今年的地屏相当于64台高清电视拼接,照比2008年北京奥运会开幕式地屏画卷相当于4台高清电视拼接,分辨率有了很大的提升,屏幕像素间距从2008年的20mm缩小到了2022年的5mm.更高的分辨率对控制系统的要求高、难度大,非常有技术含量,但这些挑战都被攻克掉了。”

  “此次8K转播北京冬奥会,总台使用了三套国产8K摄像机参与完成冬奥会开闭幕式和大道速滑8K公共信号制作。还创新使用了国际上首个基于交换机的国产8K超高清视频净切换系统用于滑雪大跳台8K转播系统的应急切换。可以说,对8K转播技术的研究大力推进了国产新技术的研发和应用。”陈辰向《中国电子报》记者表示。

  8K信号是由4个4K信号拼接组成,占用的系统处理和调度能力相当于4K的4倍,高清的32倍。“相比于建造一个专门的8K系统,我们首先考虑能否用现有的系统架构和制作能力支撑8K制播,并考虑如何支撑更大规模的8K制作。”令陈辰感到庆幸的是,得益于2019总台在打造4K转播系统时前瞻性地走了IP架构路线,具有很大的带宽和核心调度能力,是国际上首批能同时支持4K、8K兼容制作的超高清转播系统,为实现冬奥会大规模8K制作打下了坚实的基础。

  为了解决交换机同时切换4路信号容易出现画面卡顿、撕裂情况,总台联合一个科技冬奥研发项目,借助软件定义,用交换机实现8K信号净切换,做到无缝转换,输出图像不夹帧、不黑场、不卡顿。“从技术角度来看,8K对转播系统的挑战首先是实现经济性和性能的平衡,但是我们做到了。”陈辰表示。

  8K转播冬奥会既要实现成功转播,还要让老百姓能真正体会到超高清冰雪运动之美。2021年10月,工业和信息化部、中央宣传部、交通运输部、文化和旅游部、国家广播电视总局、中央广播电视总台等六部门联合印发了《关于开展“百城千屏”超高清视频落地推广活动的通知》,在2021年10月——2023年6月期间,支持有条件的城市设立超高清公共大屏,分享优质超高清4K/8K内容,提升超高清视频产业的渗透性。其中,北京冬奥会赛事成为一大内容亮点。经过多部门共同推进,“百城千屏”在全国34个城市落地了120多块超高清大屏,其中北京市经信局在全北京市安排了220个8K大屏观看点位,全国百姓都能享受到8K超高清观冬奥的视觉盛宴。

  北京冬奥会的8K转播取得了圆满成功,标志着我国超高清视频产业从内容制作、网络传输、重点元器件、前端设备、终端屏幕、技术标准、行业应用等全产业链、多应用领域迈出了坚实的一步。从高清到4K,我国经历了十年左右的时间,从4K到8K则用了三年左右的时间,超高清视频产业充分跑出了新时代的“中国速度”。

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