超高清業(yè)務亟需全新的電視基礎設施

　　作者：博通（Broadcom）寬帶與無線連接部門技術總監(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能夠推動消費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設施已趨近完善，而找到可將這種新一代的內容呈現(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。

　　尤其是內容提供商在為用戶提供無縫服務的同時，還需要多種途徑提供更高分辨率的優(yōu)質內容，這是當前的交付方法無法做到的。為找到應對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準，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準高效視頻編碼（HEVC）的支持而實現(xiàn)。盡管壓縮標準總是在不斷發(fā)展、推陳出新，然而向HEVC的過渡還是行業(yè)內的一個重大轉變。

　　即將到來的技術規(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，采用當前的AVC壓縮標準，可以在大約6 兆位每秒（Mbps）的位速率下實現(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壓縮標準，就需要大約30 Mbps的速率，這是一個很客觀的數(shù)字，而且實現(xiàn)的成本不菲，但是采用HEVC壓縮標準久可將位速率降低到大約15 Mbps，令它更適合實現(xiàn)低成本實施部署。

　　表1：本表對標準高清電視和超高清電視的技術規(guī)范進行了比較，反映出超高清帶寬需求的整體提升。

　　不間斷的實現(xiàn)4K和每秒60幀的傳輸速率，無論是對尺寸還是帶寬都提出了呈指數(shù)級增長的要求，HEVC標準顯著加速了4K內容的傳輸，與當前的AVC編碼標準相比，運營商與用戶在接收超高清內容時可節(jié)省一半的時間或50%的比特率。

　　此外，完全符合新標準的超高清顯示器還將提供呈指數(shù)級增長的色彩陣列（色飽和度）。超高清色飽和度標準BT.2020將取代此前高清電視使用的BT.709飽和度標準。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。

　　超高清技術規(guī)范相對于高清電視系統(tǒng)的變革還將涉及到HDMI端口的規(guī)范，這也會影響機頂盒等信號傳送器及顯示設備等接收器?，F(xiàn)在的HDMI 1.4接口標準確實支持超高清，但支持的方式非常有限，只有在像素數(shù)據(jù)標準不超過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標準應運而生，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，視頻在到達HDMI傳送器之前需要分割成不同片段，然后單獨通過多個HDMI鏈路運行再正確地集合在一起，期間需要注意確保每個片段都來自同一個畫面。

　　內容保護是超高清服務的另一項重要技術要求。高帶寬數(shù)字內容保護（HDCP）是一種數(shù)字版權保護及數(shù)字權益管理規(guī)范，能夠在不同設備之間確保音頻、視頻內容的安全。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容傳輸安全的最低要求，目的是可以滿足內容提供商的分發(fā)需求。

　　作為系統(tǒng)級芯片開發(fā)商，博通在HEVC/H.265標準的開發(fā)上一直都是最具影響力的公司之一，同時，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)星以及廣播服務提供商的需求，不僅可以擴展當前的高清產品，而且還能夠為用戶提供超高清內容。

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

　　博通相信，在更高壓縮率的作用下，HEVC可幫助消費類電子產品制造商及服務提供商通過消費類設備為用戶提供更快的視頻傳輸。此外，該壓縮標準還有助于服務提供商在較低的位速率下提供更高質量的流媒體服務，在等效的比特率下提供相同乃至更多的內容。最終，服務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量的視頻或者采用相同的比特率提供更好的服務。

　　潛在的障礙：互操作性與隔行掃描內容

　　超高清面臨的一大關鍵技術障礙可能是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展需要的時間。更具體地說，就是不同實施方案之間的互操作性。問題不在于如何制定標準，而反映在發(fā)布規(guī)范時無法立即實現(xiàn)高級技術與規(guī)范之間的互操作上。不過，當不同廠商對設備進行實際測試時，就進入了一個證實真正的行業(yè)互操作性的全新階段。作為這些技術的主要提供商，博通在HEVC和HDMI互操作性方面做出了巨大的努力，不難看出：自這些標準首次發(fā)布以后，已經取得了很大的進步，而且這種進步還將繼續(xù)。

　　對HEVC而言，對隔行掃描內容進行編碼也是一個有著大量爭議的問題。事實上，市場一開始就存在混淆，認為HEVC不支持隔行掃描格式，實際上這是錯誤的。也就是說，盡管HEVC標準化委員會在評估其隔行支持性能與復雜性時就已經做出了決定，但評論人士現(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

　　超高清技術不僅促進了最新顯示器及機頂盒設備的出現(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，沒有其他技術能像超高清這樣如此震撼地呈現(xiàn)賽事實況，這在一定程度上要歸功于新技術的幀速率和色深度優(yōu)勢。索契冬奧會及世界杯超高清現(xiàn)場直播就有力地證明了這一點。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。事實上，據(jù)Digitimes Research分析師預測，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，超高清必將為消費者帶來一場重大的全新觀賞體驗，而且與高清電視相比，其不僅可實現(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倍的原始像素數(shù)據(jù)速率。不過，要實現(xiàn)這一無與倫比的卓越性能，服務提供商必須開發(fā)并部署新一代機頂盒及其它設備，才能充分滿足并支持更高視頻壓縮、更大色飽和度、HDMI接口以及內容保護的全新行業(yè)標準要求。

　　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總監(jiān)，主要負責管理博通系統(tǒng)級芯片（SoC）解決方案視頻壓縮技術的開發(fā)，包括從標準化到內部設計開發(fā)，再到產品部署與支持的整個過程。Wade Wan畢業(yè)于麻省理工學院，獲電氣工程設計及計算機科學博士學位，是一位擁有13項美國專利的發(fā)明家。

　　關于博通公司：

　　博通（Broadcom）公司（納斯達克代碼：BRCM），財富500強之一，是全球有線及無線通訊半導體解決方案領域的杰出領導者及技術創(chuàng)新者。其產品將語音、視頻、數(shù)據(jù)和多媒體內容在家庭、企業(yè)及移動環(huán)境中進行無縫連接與傳輸。通過提供業(yè)界完整的先進系統(tǒng)級芯片解決方案，博通公司“Connecting Everything?（連接一切）”的企業(yè)理念正在改變世界。