超高清電視標準制定及測試情況

中國電子技術標準化研究院全國音頻、視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會國家數字音視頻及多媒體產品質量監(jiān)督檢驗中心2015年10月超高清電視標準制定及測試情況主要內容

一、技術發(fā)展現狀

二、標準情況介紹

三、測試驗證情況介紹一、超高清電視技術發(fā)展現狀超高清技術發(fā)展顯示技術壓縮編碼技術HDR技術HFR技術4K機頂盒4K拍攝及傳輸視頻接口超高清技術發(fā)展——顯示技術在顯示領域，數字化的進程促使分辨率不斷提升。從標清到高清普及，再到超高清4K電視的推出，以及超高清8K的初出端倪，均顯示出當前電視及視聽行業(yè)迅猛的發(fā)展趨勢。1920×1080超高清技術發(fā)展——顯示技術第一、UHD超高清技術能夠最好地還原畫面的真實。觀眾在使用超高清技術觀看電視時，展現出4倍于全高清的畫面信息量，畫質更加清晰細膩，細節(jié)表現更加充分，消費者可以得到更逼真的觀感，會產生與肉眼直接觀看類似的效果。第二、UHD超高清技術打破了超大屏幕與超高清一直以來無法兼得的限制。超高清大尺寸，能夠真正地滿足消費者對電視畫質日趨日上的需求。UHD超高清電視具備了兩個優(yōu)點:超高清技術發(fā)展——顯示技術超高清電視標準

國際電信聯盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）于2012年8月23日發(fā)布超高清電視（UltraHDTV）國際標準：ITU-RRecommendationBT.2020技術特點單個像素的寬高比為1:1超高清4K：水平分辨率3840，垂直分辨率2160超高清8K：水平分辨率7680，垂直分辨率4320超高清技術發(fā)展——顯示技術幅型比采樣方式取樣結構幀頻16:9逐行正交支持多種幀頻最高可達120Hz超高清基帶圖像格式色度色坐標（CIE，1931）xy基色紅（R)0.7080.292基色綠（G)0.1700.797基色藍（B)0.1310.046基準白（D65）0.31270.3290超高清技術發(fā)展——顯示技術1920×10803840×21607680×4320觀看距離（與畫面高度比）3:11.5:10.75:1可視角度31°58°96°超高清觀看距離與可視角度位深超高清電視的推薦的位深為12比特，可表示約687.2億種顏色，是10比特位深的64倍，8比特位深的4096倍。當觀眾觀看超高清電視時，能體驗到層次更豐富、色彩過渡更加平滑細膩、真實色彩還原度更好的畫面。超高清技術發(fā)展——圖像處理技術對超高清電視而言，顯示畫質效果除顯示面板這一因素外，很大程度上取決于圖像引擎所具備的性能和功能。超高清技術發(fā)展——圖像處理技術當前主流的電視廠商都研發(fā)了具有自身特色的圖形圖像處理引擎技術。超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術超高清電視相對于現有的高清電視，圖像的寬和高均擴大為原先的2倍，如果再考慮到幀率的提升，總數據量為原先的4倍以上，因此對視頻的壓縮編碼提出了很高的要求。在超高清視頻編碼關鍵技術方面，當前業(yè)界研究重點主要聚焦了HEVC編碼關鍵技術。當前廣泛使用的MPEG-2和H.264/AVC壓縮編碼標準不能很好的滿足信源壓縮的要求。國際標準組織從2010年開始制定了面向超高清視頻編碼的高效視頻編碼（HighEfficiencyvideocoding,HEVC）標準，并于2013年完成標準發(fā)布，在ITU標準中命名為H.265。超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術高效視頻編碼（HighEfficiencyVideoCoding，HEVC）HEVC標準(ISO/IEC23008-2，Informationtechnology--Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments--Part2:Highefficiencyvideocoding）即ITU-TH.265標準，由ISO/IECJTC1/SC29/WG11和ITU-TSG16聯合成立的運動圖像專家組（MPEG）制定與H.264（ISO/IEC14496-10，Informationtechnology--Codingofaudio-visualobjects--Part10:AdvancedVideoCoding）相比，壓縮率提高約2倍，但編碼質量與H.264近似甚至更好，并節(jié)省大量網絡帶寬。且支持8K×4K影像超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術H.265編碼壓縮方式覆蓋了從QVGA（320×240）到1080p和超高清UHDTV（7680×4320），還根據噪聲電平、色域和動態(tài)范圍，改進了圖像質量。H.264H.265超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術與H.264相比，在保持計算復雜度基本一致，主觀圖像質量相當的前提下，H.265將碼率下降50%。在稍微增加復雜度的前提下，還可以將碼率下降到25%；跟MPEG-2相比，同樣的內容，H.265可以減少70-80%的帶寬消耗。超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術視頻壓縮技術及對應影像服務的發(fā)展超高清技術發(fā)展——壓縮編碼技術應用超高清技術發(fā)展——HDR技術定義：HDR：High-DynamicRange的縮寫，高動態(tài)范圍圖像。效果：

可以提供更多的動態(tài)范圍和圖像細節(jié)，更好的反映出真實環(huán)境中的視覺效果。真實環(huán)境對比度最高可達：108:1；人眼能感受到的范圍：105:1；HDR技術提升了電視機動態(tài)對比度。超高清技術發(fā)展——HDR技術HDR內容目前HDR技術處于試驗階段，內容較少：杜比和華納目前公布了3部電影的HDR重置計劃《明日邊緣》、《不懼風暴》、《樂高大電影》并計劃在DoblyTV平臺提供；Netflix去年推出的自制劇《馬可波羅》是首部在HDR下重置的劇集，今年推出的60部自制劇當中有10部可支持HDR。當HDR更加普及之后，越來越多的電影和電視團隊將會開始使用HDR相機進行拍攝。超高清技術發(fā)展——HDR技術動態(tài)對比度

高亮度和寬動態(tài)范圍使得動態(tài)對比度能達到105:1甚至106:1實驗室測試過的電視機，動態(tài)對比度最高可達880,000:1峰值亮度

DolbyVision計劃中，為實現高動態(tài)范圍，要求HDR電視亮度達到：1000cd/m2～1200cd/m2實驗室測試過的電視機，峰值亮度最高可達1300cd/m2新技術分析——HDR問題非自發(fā)光，區(qū)域控光技術需要提升HDR片源稀少缺乏檢測評判的依據和手段超高清技術發(fā)展——HFR技術高幀率(HighFrameRate，HFR)格式幀率是在1秒鐘內傳輸的圖片的幀數，通常用fps(FramesPerSecond)表示。高幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。每秒鐘幀數(fps)愈多，所顯示的動作就會愈流暢，畫面的質感也就越好。特別是對于靜止的圖像來說，由相同的圖像疊加而成，細膩程度較高。目前主要應用領域數字電影視頻監(jiān)控技術特點畫面清晰穩(wěn)定無閃爍、動態(tài)模糊和卡頓超高清技術發(fā)展——HFR技術數字電電影高幀率技術發(fā)展受經濟成本、機械機構等因素的制約，目前電影采用的拍攝速率為24FPS。雪花點快速搖移畫面時產生的抖動、頻閃以及圖像模糊等現象不可避免20世紀70年代末，道格拉斯·特魯姆布開發(fā)的休斯坎電影系統以60FPS的速度進行拍攝和放映，但由于膠片電影本身成本的制約，未能大量推廣。2011年3月，詹姆斯·卡梅隆確定將使用60FPS的格式拍攝《阿凡達2》。2012年12月14日，彼得·杰克遜指導的第一部以高幀率格式發(fā)行的故事片《霍比特人：意外旅程》正式上映。該片發(fā)行了2D、3D、HFR3D和HFRIMAX3D等多種版本以5120×2700像素分辨、48FPS幀率來記錄影像。超高清技術發(fā)展——HFR技術高幀率電影與傳統電影畫面對比畫質更加清晰身臨其境感更強超高清技術發(fā)展——HFR技術高幀率數字電源存在問題海量數據的存儲、備份和后期處理就48FPS而言，其數據量是常規(guī)24FPS拍攝時的兩倍。數據存儲、備份及后期制作的難度、時間和成本大大的增加聲音無法同步錄制攝影器材，放映設施的成本增加觀眾接受度觀眾已經適應了24FPS的電影觀感，48FPS的電影使影像變得更流暢、更真實、更清晰銳利，但同時，畫面展示了太多的細節(jié)，看起來過于真實。觀眾需要時間適應。尚無統一標準超高清技術發(fā)展——HFR技術高幀率攝像機通常監(jiān)控攝像機圖像幀率一般定為25fps或30fps，。對于百萬像素攝像機一般設定的幀率為30fps，對于模擬系統設為25fps。高幀率攝像機主要適用于要求超高清畫質或有劇烈快速運動目標需要監(jiān)控的場所，可以提高圖像的交互感和逼真感。存在問題海量數據帶來的存儲存儲時數據處理時間的增加軟硬件的升級系統性能支持高幀率攝像對照明的要求提高超高清技術發(fā)展——4K機頂盒4K機頂盒除了普通盒子具備的功能之外還可以解碼4K片源，也就是說可以播放4K(分辨率為3840×2160)的高清片源，如果你的電視正好也是4K的，那么你可以享受到1比1的影視震撼效果。

例：機頂盒采用業(yè)界最新的Android4.4操作系統并支持最新的H.265視頻編碼標準，使用先進的技術改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優(yōu)化設置，相對H.264的視頻壓縮效率，H.265能夠節(jié)省一半帶寬，有效幫助電信運營商打破帶寬天花板，加速發(fā)展4K超高清業(yè)務。超高清技術發(fā)展——4K拍攝技術

4K技術指的是分辨率達到4096×2160的數字成像技術，其圖像質量已經非常接近膠片的影像質感。4K超高清數字電影是指分辨率為4096×2160的數字電影，即橫向有4千個像素點，是目前分辨率最高的數字電影。

而4K電影正是由4K攝像機拍攝，用4K放映機放映。其中，4K電影攝像機是指支持4K分辨率（4096×2160）的電影攝影機，比全高清（1920×1080，即1080P）分辨率更高。2014世界杯首次采用4K技術進行拍攝，給了球迷們更加完美的視覺沖擊力。超高清技術發(fā)展——4K傳輸與目前1920×1080逐行掃描的高清電視標準相比，UHDTV1和UHDTV2的每幀信息傳輸量分別提高到4倍和16倍。采用120Hz幀頻的UHDTV2，其每幀信息傳輸量接近每秒40億像素。傳輸數據量的成倍增長對超高清電視傳輸帶來了巨大壓力，目前，日本、韓國已經分別在衛(wèi)星傳輸、地面數字廣播以及有線電視傳輸等領域開展了相關技術研究和傳輸試驗。超高清技術發(fā)展——4K傳輸地面數字廣播試驗超高清技術發(fā)展——4K傳輸有線電視傳輸試驗超高清技術發(fā)展——4K傳輸日本總務省早在2014年7月就決定進行“4K”的新一代電視技術試驗，從通信衛(wèi)星開始，并逐步推廣到廣播衛(wèi)星和地面數字廣播。此后，日本總務省又于2014年8月決定提前在廣播衛(wèi)星上開始4K傳送測試，目標是在2020年的東京奧運會和殘奧會前實現4K電視普及。German

HD公司將推出全新的TechniMedia

UHD+平臺，在新的平臺中，將會為用戶提供4K超高清電視信號，于今年9月份開始正式試播。在傳輸方式方面，通過衛(wèi)星來傳輸4K超高清信號。用戶使用超高清機頂盒配合收視卡，就可以觀看到節(jié)目內容。測試期間，將會播出直播體育賽事、德國風情、人文紀實類等節(jié)目內容。美國電信巨頭Verizon正在加利福尼亞州使用新型光纖網絡測試4K超高清視頻信號，測試結果非常成功。超高清技術發(fā)展——8K傳輸最近，一項以掌握高端技術的日本NHK公司宣布，近期正在緊鑼密鼓的測試8K電視傳輸，最早將會在2016年進行8K超高清電視的試播工作。NHK將使用日本廣播衛(wèi)星公司的BSAT-1型衛(wèi)星進行傳輸，播出頻道為17頻道。在技術方面，8K超高清畫面，圖像的原碼率為72Gb/s，經過重新編碼壓縮之后，將會降低至85Mb/s，以便于更穩(wěn)定的接收。二、超高清電視技術發(fā)展現狀2.1國際標準化情況2006年6月，國際電信聯盟無線通信部門（ITU-R）發(fā)布《ITU-RBT.1769用于制作和國際節(jié)目交換的大屏幕數字成像（LSDI）圖像格式的擴展體系參數值》，首次提出并規(guī)定了“3840×2160”與“7680×4320”兩種圖像格式。2012年5月，國際電信聯盟R6C工作組通過了新一代超高清清晰度電視（UHDTV）標準的草案，規(guī)定超高清清晰度電視（UHDTV）分辨率標準包括4K×2K（3840×2160）和8K×4K（7680×4320）兩種規(guī)格。這也是從標準的角度首次定義了超高清電視的分辨率規(guī)格。2012年8月，國際電信聯盟無線通信部門發(fā)布《ITURBT.2020超高清晰度電視系統生產和國際節(jié)目交流參數值》標準，規(guī)定了超高清電視圖像系統用于國際節(jié)目制作和交換的參數。該參數規(guī)定了圖像空間特性、圖像的時間特性、系統比色法、信號格式、數字表現等方面的內容，并為4K×2K超高清的全面普及打下了堅實的基礎。2013年2月，《ITU-RBT.2246超高清電視的現狀》，解決了基帶的圖像格式和特定的系統參數值的推導。2.1國際標準化情況ITU于2013年陸續(xù)發(fā)布了H.265(HEVC)編解碼標準，大幅提高了壓縮率，以適應超高清內容的傳輸。標準最早于2013年4月發(fā)布，隨后又經過分別于2014年10月和2015年4月進行更新。ITU-TRecommendationH.265:HighefficiencyvideocodingISO/IEC23008-2:2015Informationtechnology--Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments--Part2:HighefficiencyvideocodingISO/IEC23008-8:2015Informationtechnology--Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments--Part8:ConformanceSpecificationforHEVC…2.1國際標準化情況國際上有關協會/組織針對超高清也提出了相關規(guī)范和定義。

-DE(數字歐洲)：DisplayanddisplayengineTheminimumnativeresolutionofthedisplay(e.g.LCD,PDP,OLED)ordisplayengine(e.g.DLP)is3840x2160in16:9aspectratio.TheminimumsupportedcolorimetryshallbeaccordingtoBT.709Thedisplay-deviceshallhaveatleastoneend-to-endsignalpathavailabletotheuserthatdoesnotrenderaUHDInputataframerateorresolutionlowerthanthatreceivedovertheUHDInterfacefromthesource.Thedisplay-deviceshallhaveatleastoneend-to-endsignalpathavailabletotheuserthatdoesnotreducetheresolutionnorshallitreducetheframerateofaUHDInputduringprocessingpriortodisplay.2.1國際標準化情況VideoInterfacesThedisplaydeviceacceptsUHDinputviaHDMI.ItshallsupportHDCP2.2CopyProtection.UHDcapableinputsacceptUHDvideosignals:witharesolutionof3840x2160pixelsatframerates24p/25p/30p/50p/60pwithaminimumsupportedbitdepthof8Bitatachromasub-samplingrateof4:2:0for50p/60pand4:2:2for24p/25p/30pwithminimumsupportedcolorimetryaccordingtoBT.709AudioAdevicethatrendersaudioshallbeabletoacceptandpresentatminimumaPCM2.0stereosignal,deliveredattheHDMIconnectortogetherwiththeUHDvideosignal.

ContentProtectionTheHDCP2.2contentprotectionsatisfieshigherrequirementoncontentprotectionexpressedbysomemajorstudios.-DE(數字歐洲)：CEA(消費電子協會)4KUltraHigh-DefinitionTV

DisplayResolution—Hasatleast8millionactivepixels,withatleast3840horizontallyandatleast2160vertically.Physicalpixelsshallbeindividuallyaddressablesuchthatthehorizontalandverticalresolutionabovecanbedemonstratedoverthefullrangeofcolorsprovidedbythedisplay.

AspectRatio—Thewidthtoheightratioofthedisplay’snativeresolutionis16:9orwider.

Upconversion

–ThedisplayiscapableofupscalingHDvideoanddisplayingitat4KUltraHigh-Definitiondisplayresolution.

DigitalInput

–HasoneormoreHDMIinputssupportingatleast3840x2160nativecontentresolutionat24p,30p,&60pframespersecond.Atleastoneofthe3840x2160HDMIinputsshallsupportHDCPv2.2orequivalentcontentprotection.

Colorimetry

–Processes2160pvideoinputsencodedaccordingtoITU-RBT.709colorspace,andmaysupportwidercolorimetrystandards.

BitDepth

–Hasaminimumbitdepthof8bits.2.1國際標準化情況2.2國內標準化情況《超高清顯示認證技術規(guī)范》-中國電子標準化技術研究院——2013年11月，中國電子技術標準化研究院發(fā)布《超高清顯示認證技術規(guī)范》，主要規(guī)定了超高清顯示設備和系統的測量方法和技術要求?！?K超高清終端顯示技術規(guī)范》-中國電子視像行業(yè)協會——2014年3月，中國電子視像行業(yè)協會發(fā)布協會標準《4K超高清終端顯示技術規(guī)范》，主要規(guī)定了4K超高清終端的顯示技術要求和測量方法?！冻咔逦入娨暭夹g要求&測量方法》-中國電子標準化技術研究院——2013年12月，《超高清晰度電視技術要求&測量方法》兩項電子行標立項。已發(fā)布已發(fā)布制定中2.2國內標準化情況超高清電視標準起草組參加單位（29家）序號單位名稱序號單位名稱1中國電子技術標準化研究院16緯創(chuàng)資通2國家數字音視頻及多媒體產品質量監(jiān)督檢驗中心17群創(chuàng)光電3國家廣播電視產品質量監(jiān)督檢驗中心18樂金顯示貿易上海有限公司4北京數字電視國家王程實驗室19樂金電子中國有限公司5天津大學20山東松下電子信息產品有限公司6蘇州職業(yè)工業(yè)技術學院21索尼（中國）有限公司7康佳集團股份有限公司22夏普（中國）投資有限公司8北京小米電子產品有限公司23天津三星電子有限公司9青島海信電器股份有限公司24上海三星半導體有限公司10四川長虹電器股份有限公司25北京三星通信技術研究有限公司11深圳創(chuàng)維RGB電子有限公司26科電工程有限公司12青島海爾電子有限公司27成視映像（北京）科技發(fā)展有限公司13TCL集團股份有限公司28北京牡丹視源電子有限責任公司14京東方科技集團股份有限公司29華星光電15友達光電商貿（上海）有限公司2.2國內標準化情況1、《超高清晰度電視測試方法》

目前標準中規(guī)定了31個測量方法項目，所有項目都為顯示性能測量項目。5.1亮度5.13色度視角5.25黑電平穩(wěn)定性5.2對比度5.14像素缺陷5.26電視（顯示器）的顯示格式5.3亮度均勻性5.15殘留影像5.27色彩準確性（色彩還原）5.4白色色度坐標5.16固有分辨力5.28伽馬視角5.5基色色度坐標5.17白平衡誤差5.29色彩亮度5.6相關色溫5.18亮度均勻性與視角的關系5.30暗場均勻性5.7色域覆蓋率5.19通斷比5.31Mura5.8白色色度不均勻性5.20響應時間5.9重顯率5.21灰階響應時間5.10清晰度5.22亮度非線性5.11動態(tài)清晰度5.23亮度啟動特性

5.12亮度可視角5.24漏光

1.2國內標準化情況2、超高清晰度電視技術規(guī)范

目前標準中規(guī)定了18項顯示性能指標，目前初步確定了指標，摸底測試后會根據測試情況再行修改完善。序號項

目單位性能要求1亮度cd/m2

48cm~（包括及）：≥150cd/m2；66cm~101cm（不包括66cm及101cm）：≥250cd/m2；≥101cm：≥300cd/m22對比度倍≥200:13亮度均勻性%≥704重顯率水平%≥95垂直≥955相關色溫K由產品規(guī)范規(guī)定。6色域覆蓋率%≥322.2國內標準化情況序號項

目單位性能要求7白平衡誤差Δu＇不劣于±0.020Δv＇不劣于±0.0208靜態(tài)清晰度4K超高清電視水平電視線≥2160垂直≥21608K超高清電視水平≥4320垂直≥43209亮度可視角水平（°）≥80垂直≥7010色度可視角（°）≥8011物理子像素組成個由產品規(guī)范規(guī)定。12像素缺陷不發(fā)光缺陷點個≤8不熄滅缺陷點≤22.2國內標準化情況序號項

目單位性能要求13動態(tài)清晰度電視線由產品規(guī)范規(guī)定14被動待機功率W符合GB24850要求15平均功率W由產品規(guī)范規(guī)定16遙控接收距離m≥817遙控受控角上（°）≥15下≥15左≥30右≥30三、測試驗證情況介紹特色測試2K-4K技術分辨率色彩還原特色測試——2K-4K技術4K發(fā)展現狀4K電視為當下熱門電視產品；4K片源匱乏；2K-4K技術屬于目前應急技術。2K-4K技術常用方法單一補償技術2K-4K關聯補償技術目前，多數品牌電視都有自己的2K-4K技術，2K-4K技術的評價有較強的必要性。特色測試——2K-4K技術△SNR=SNR4K-SNR2K-4K分別計算△SNR_Y、△SNR_Cb、△SNR_Cr△SNR越小

=>2K-4K轉換效果越接近4K效果1920×10803840×2160信號源計算SNR2K-4K計算SNR4K2K-4K技術下顯示效果4K顯示效果實驗室測試過的電視機，不同品牌測試結果存在差異。特色測試——分辨率依據基準：IDMSV1.03-7.2GrilleLuminance&Contrast-7.8ResolutionfromContrastModulation(effectiveResolution)

處理過程-依據7.2對NxNGrillePattern進行照相分析，得出MichelsonContrast.-依據上述NxN的Cm以及7.8關于Text(Graphic)清晰可辨的ThresheldContrastCT

=0.5↑，計算出EffectiveResolution

特色測試——分辨率特色測試——分辨率↓

測試Pattern分辨率↑TV

分辨率

(最終測試結果值)↑被測像素間寬度.Cm(n)>CT

時

nr=1ContrastModulation的

Threshold

↓(Text/Graphics時

CT=50%)↑被測Contrast

ModulationWhite,Red,Green,Blue的亮度值

↓←Black的亮度值特色測試——分辨率特色測試——色彩還原色彩還原是考察顯示設備真實顯示被播放圖像/視頻的能力。Δu’=u’-