第14卷第2期
中華民國109年4月出刊

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數位4K 翻轉你我智慧生活有線電視4K UHD高畫質技術分享與概況

文/蔡明原

前言

有線電視從類比時代演進至數位時代,數位時代從開始的SD(Standard Definition)一直演進至目前主流的Full HD(Full High Definition),Full HD的視訊解析度為1920*1080像素,2020年預計會是4K UHD(Ultra Full High Definition)影視產業鏈蓬勃發展的一年。

技術簡介


1.超高解析度

4K解析度,是指水平方向每行圖元達4096個,絕大多數都是以3840*2160解析度為主,只有極為少數產品是4096*2160解析度,解析度為Full HD的四倍。根據使用範圍的不同,4K解析度也衍生出不同的解析度,比如Full Aperture 4K的4096*3112解析度、Academy 4K 的3656*2664解析度,以及UHDTV標準的3840*2160解析度,這些都屬於4K解析度。4K級別的解析度屬於超高清解析度,提供了800萬以上的圖元,可看清影片中的每一個細節。

表14K超高解析度規格表
4K TV (3840*2160)
1080(1920*1080) 1080(1920*1080)
1080(1920*1080) 1080(1920*1080)

2.色深

4K UHD標準中規定色深為10bit,即能夠顯示10.7億種顏色(RGB中每一個顏色有2的10次方,也就是1024個等級,RGB 3色則共有10.7億(1024*1024*1024)種色彩搭配);而普通藍光標準支持的是8bit色深,只有1,677萬種顏色,差距懸殊;也就是說,通過10bit輸出,顏色更加豐富飽滿,同時色階過渡也會比8bit的更加流暢。

表24K色深表
8 bit Color 10 bit Color
16,777,216( 16百萬色) 1,073,741,824( 10億色)

3.HDR更高動態範圍成像

HDR全稱是High-Dynamic Range,即高動態範圍圖像技術,之前這項技術應用於攝影方面,經常應用在拍照過程中開啟HDR可以讓原先的暗場景變得更明亮更通透一些,現在這項技術已經應用在了家用電視方面。傳統電視所能展現的亮度範圍極為有限,與人眼所能感知的範圍相差甚遠,原因在於傳統電視在畫面明亮處的亮度無法提升,暗的地方暗不下來。導致了人眼最終所感知到的畫面層次感較差,大量細節丟失,HDR超畫質顯示技術就是為解決這一問題應運而生的。常見的HDR標準包括HDR10(2015年問世並被廣泛使用),HLG(Hybrid Log-Gamma)和DolbyVision(支援12 bit顏色深度),也被稱作廣播HDR。

SDR全稱是 Standard Dynamic Range,意為標準動態範圍,這是非4K高清電視視訊標準,早期4K頻道就是使用SDR,高端SDR電視可輸出極高的畫面品質,但這仍無法匹敵HDR所提供的高對比度,後來4K頻道以HDR為主流。

表3HDR和SDR規格表
規格 SDR HDR10 HLG Dolby Vision
色域 ITU-R
BT.709
ITU-R
BT.2020
ITU-R
BT.2020
ITU-R
BT.2020
色深 8 8 10 12
亮度 100-200 1000 1200 10000

4.HEVC( H.265 )

在相同的圖像品質下,相比於H.264(MPEG-4 AVC Advanced Video Codec,高級影像編碼),通過H.265編碼的影像大小,將減少大約39-44%,H.265編碼的信噪比(PSNR)比H.264要好。H.265與 H.264的主要區別,前者可以使用更少的頻寬,提供同樣的功能,其代價就是設備計算能力H.265編碼的影像需要更多的計算能力來解碼。

H.265 vs H.254存儲占用空間和傳送占用頻寬示意圖
圖1H.265 vs H.254存儲占用空間和傳送占用頻寬示意圖

5.HDMI 2.0

相對於HDMI 1.4標準,HDMI 2.0最顯著的是數據傳輸速度大大提升帶寬從10.2Gbit/秒提高到18Gbit/秒,這為實現超高清視頻輸出提供了充足的帶寬支持,足以讓12位色彩的畫面以每秒60fps的高幀速率顯示。

表4HDMI 1.4和HDMI 2.0規格表
HDMI 版本 1.4 2.0
最大TMDS頻寬
( Gbit/s )
10.2 18
最大影片頻寬
( Gbit/s )
8.16 14.4
最大音訊頻寬
( Mbit/s )
36.86 49.152
最大色深
( bit/px )
48 48
24-bit/px HDMI
單鍊最大解析度
4096*2160P
24HZ
3840*2160P
60Hz
24-bit/px HDMI
單鍊最大解析度
3840*2160P
30HZ
3840*2160P
60Hz
36-bit/px HDMI
單鍊最大解析度
3840*2160P
25HZ
3840*2160P
50Hz
48-bit/px HDMI
單鍊最大解析度
3840*2160P
24HZ
3840*2160P
30Hz

有線電視4K概況

2014年4月韓國率世界各國之先,韓國有線電視業者開始提供4K內容的服務。2015年6月起韓國衛星電視業者KT Skylive正式提供4K的播出服務。韓國政府與KBS、MBC、SBS及EBS達成協議,自2017年2月起將透過數位無線頻道開播4K節目。相對於韓國積極地想透過無線頻道開播4K節目,日本著重畫質解析度為HD的16倍的8K普及;台灣的有線電視,也在2019年開始進行4K頻道的上架,邁向全新的超高畫質時代。

因應4K的發展,有線電視業者積極投入資源,建立具備4K、聯網、開放平臺、語音搜尋、線上支付、整合OTT之聯網哈TV智慧化平臺,讓傳統視訊影音服務具備「互聯網+」的思維元素,同時也積極尋求異業加值應用服務之策略合作,以更快速且更有效率的應用在智慧影音、智慧照護及智慧生活三個面向,豐富消費者的體驗。並依市場消費者的需求,規劃平臺五大核心服務,以智慧科技帶來全新的消費者體驗升級,改變過去有線電視傳統的營運模式,顛覆有線電視所能夠提供的創新服務,五大核心服務:

藉由上述五大核心服務,發展加值服務智慧化,並且應用在智慧影音、智慧照顧、智慧生活三個應用面向:

智慧影音:

智慧照護:推動長者照顧、高齡服務

智慧生活:

綜合以上,4K除了畫質的提升外,也帶動產業升級平臺,而平臺也為產業帶來更多的加值服務,是目前有線電視需要極力投入之資源,展望有線電視未來。

(作者為台灣基礎開發科技股份有限公司經理)

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