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

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

• 超高解析度
• 10 bit Color更多階層的色深
• HDR更高動態範圍成像
• HEVC(H.265)更先進及高效率的視訊編／解碼
• HDMI 2.0高影像傳轉頻寬

1.超高解析度

4K TV （3840*2160）
1080（1920*1080）	1080（1920*1080）
1080（1920*1080）	1080（1920*1080）

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。

4K TV （3840*2160）
1080（1920*1080）	1080（1920*1080）
1080（1920*1080）	1080（1920*1080）

2.色深

8 bit Color	10 bit Color
16,777,216（ 16百萬色）	1,073,741,824（ 10億色）

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。

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。

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。

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。

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：

• (1)DVB-C廣播到OTT整合：一機完成滿足消費者需求，無需再購買其他電視盒。
• (2)HD到4K：終端提升至超高畫質4K影音播放。
• (3)從單向到雙向：過去有線電視服務皆需要透過打電話至客服中心，才能新增服務，現在使用機上盒連接網路，再搭配行動支付，就能在機上盒直接購買，立即開通服務。
• (4)應用服務(APP)從封閉到開放平臺：透過開放平臺架構，可從應用商城下載豐富的影音、遊戲、各種應用服務app，並能整合各種智慧家庭IoT裝置連動。
• (5)從遙控器到語音：應用語音辨識及搜尋能力，徹底解決在電視上搜尋節目或影音服務的困擾，顛覆傳統有線電視的操作體驗。

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：

• 整合多元影音：提供各種OTT影音服務
• 4K網路內容：加入4K HDR影片，享受超高畫質影音服務。

智慧照護：推動長者照顧、高齡服務

• 遠距居家關懷：克服老人家對於科技的恐懼，用他們最熟悉的電視及遙控器就能進行遠端視訊，建立遠方的情感。
• 銀髮族歌唱娛樂：結合上述視訊功能，老人家可以透過電視加上視訊鏡頭，唱歌給遠方的同好，共同享受團體歌唱的樂趣。

智慧生活：

• 語音搜尋：透過語音遙控器或智慧音箱，搜尋想收看的影音內容。
• 語音控制：整合IoT及智慧家電，可透過語音遙控器或智慧音箱，控制家中的插座、咖啡機、風扇、窗簾……等。以機上盒作為家庭閘道(SmartHome Gateway)，連結家中IoT裝置，並搭配各種情境模式，配合電視顯示內容，讓生活更便利。
• 股市看盤：提供即時股市資訊，不用再忍受手機小螢幕。
• K歌服務：結合藍芽麥克風，享有KTV等級唱歌服務。
• 智慧音箱：智慧音箱連結，可透過語音搜尋影音內容，並在電視上播放。
• 手機投影：支援將手機投影至電視上分享內容

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)