【高清时代 4K专栏】 近几年由于电视终端的概念需要，4K未熟即已被炒得沸沸扬扬，2015年，随着摄录、制播、传输、终端的进一步完善，通过IPTV及OTT流媒体的4K商业模式成为当下最显而易见的市场化模型，但一边是4K趋于成熟的大好趋势，而另一边却如同沉石浮出水面后伴随着的明朗。
原本未曾关注的问题在此时一一显现，国内发挥
4K真正的质量价值并突破成为UHD的趋势也被众多技术团队所关注。
在中国电信上海研究院的努力下，4K演进发展到UHD新一轮的技术挑战以及体验障碍正在被逐一解决，中国电信上海研究院在支撑中国电信开展4K专区试运营过程中以突破性的进展，发掘了更多务实的经验以及技术分享，下面就让我们一起看看这些精彩的阐述与建议。
4K的现状：分辨率与电视尺寸之间的关系
首先，中国电信上海研究院的罗传飞博士在会议上分析了有关于4K的现状与UHD的关系，或许在几乎所有4K技术介绍的时候，都会有下述的一张图，从标清到高清再到4K、8K，给用户感官上的体验差异造成巨大的冲击，但实际上原生4K内容与原生1080P内容在同样50寸的4K电视和1080P电视显示，并没有明显的感官差别。
通常震撼的图片下隐藏的是深深地商业目的，但在56寸以下的电视中，1080p和4K分辨率电视没有明显感官差别。
人眼对于视频的分辨能力经过更高分辨率的锻炼，已由过去的60ppd转变到如今的90ppd，而根据目前国内的电视尺寸大小，50寸才刚刚开始成为主流，在2.7m的距离收看50寸的电视，从观看体验上1080p和4K的体验并无明显差别。
通过欧洲广播协会EBU的测试，在1.5H电视高度和2.7米的距离收看56寸超高清电视，4K以及1080p收视效果差别不大，差距只有0.3-0.5 MOS分，在法国电信实验室做了后续进一步的测试，也得出同样的结论。所以，罗博士的结论是：目前主流电视尺寸下分辨率不是短板，只有当终端足够大的情况下，才有必要采用更高分辨率。高分辨率的优势应该是体现在一定的像素密度上更多的内容，而不是更高的像素密度。
UHD应当是HR+HFR+HDR+色彩与声音的结合
正如上海电视节白玉兰论坛上，杜百川所言，分辨率并不是最大的问题，所以UHD不仅仅只是4K。罗传飞博士也共鸣般在会上阐述，UHD应当不仅仅是高分辨率，应该是五大要素的集合，UHD=HR+HFR+HDR+WCG+3D audio。
除了分辨率以为，帧率也是非常值得关注的点，据ITU在50寸大屏上，60帧、120帧以及240帧的测试数据来看，帧率每上升一倍，MOS分就上升1分，相较于之前分辨率的0.3分，帧率将会是更重要的因素之一。
Rec.2020覆盖标准色彩空间的75.8%，而Rec.709只占35.9%
关于4K的色彩问题，罗博士认为目前向超高清演进的趋势是，BT.709向BT.2020更广的色域演进，采样数从4:2：0向4:2：2再到4:4:4演进，同时在色彩采用精度上也正逐步从8bit向10bit乃至更高的14bit演进。例如，国际新标准Rec.2020采用了10位颜色表示，就涵盖了标准色彩空间的75.8%，而相比较的Rec.709采用8位色彩表示，只涵盖了35.9%的标准色彩空间，提升空间相当巨大。
上海电视节的白玉兰论坛上，广电总局科技委副主任杜百川建议，目前我国应该集中精力完善4K+HDR的研究、标准的制订和系统的建立，待技术成熟后再大规模去推广。HDTV+HDR、SDR+4K较HDTV清晰度有明显改进，但QoE和4K+HDR相比相去甚远，且制作设备和电视机相对高清需要更换，再到HDR+4K在更换，所以不宜大规模推广。
同样在国外，欧洲广播联盟所有的成员对目前开展Quad HD、UHD-1 Phase-1业务并不感兴趣。而UHD-1 Phase2、UHD-2的更多技术细节也尚还在完善之中，因此Jan Ozer于2014年10月10日公开表示，目前消费者还不要急于购买UHD的电视，因为它将变革得比你想象中的更快。
这些言论证明了，在当下的关口，广播行业的UHD还很遥远，同时消费者也不应在目前对4K的期望太高，它还处于发展的初级阶段。UHD不仅是高分辨率，也不仅是高对比度，也不仅是高动态，更不仅是宽色域、高声效，而应当是所有综上所述的集合。
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电信推动4K的理由与现状分析
那么针对电信，现阶段发展4K的理由又在哪儿？罗传飞博士在会上提出了5点原因：
1、运营商宽带提速降费，需要新业务推动高带宽的需求；
2、第一代4K HEVC机顶盒降价至200元以内，可以取代高清机顶盒；
3、3年4K电视的发展已使4K电视机价格开始进入大众可以承受的范围；
4、4K电影大片开始普及，用户不还满足于传统的广播级视音频质量；
5、城市光网、4K新技术可以让运营商更为有效的推动极致视音频体验业务；
基于这5点理由，四川、广东、上海等各省公司都已在2015年推出H.265/4K点播专区的上线，以提升用户对于宽带提速的感知并应对用户体验的竞争。以之对应上海研究院制定了《中国电信IPTV业务系统基于HEVC/H.265的视音频编解码规范（试行）》、4K/H.265在IPTV现网应用的部署方案、4K平台（CDN、EPG）测试规范、4K智能机顶盒测试规范等一系列规范与合作厂商共同支撑电信4K专区试点运营。
中国电信4K IPTV
罗传飞博士还强调，中国电信此次设定的规范从引导的角度，要求在不脱离实际的前提下，各项指标应当就高不就低，以适应逐渐过渡到UHD-1和UHD-2阶段。对终端的解码能力要加强兼容性测试。除了对编码参数进行规范以外，规范中将更强调效率、编码质量的可测试性和可验证性。
在编码码流中将建议采用VBR 15Mbps码流，而不再采用CBR的方式，虽然在未来可能会升级到10bit并提升到50P帧率，理论上这样会造成码率上升10-20%，但以目前HEVC编码优化以及技术演进的速度来说，每年的编码效率提升可以抵消码率的提升。
目前在内容上，中国电信上海研究院正与百视通、华数、优朋普乐等公司合作为试点专区提供优质的i4K节目内容，在终端上，四川、广东、上海也分别招标了100万、30万以及20万的4K/HEVC机顶盒，相信在不久的将来，全国范围内的4K机顶盒招标也将陆续开展。
帧率优化方案，提升流畅度以避免高分辨率放大收视疲劳感
罗传飞博士介绍，其实从IPTV高清开始，由于没有对24帧的电影节目进行制转优化，仔细观看就会发现画面有不为明显的卡顿感，用户在长时间观看后就会出现的视觉疲惫感。在1080高清时代，机顶盒的输出和电视的显示会进一步变换成50帧，这样在某种程度上减轻了帧率转换的缺陷。但是在目前的4K超高清电影节目上，由于4K的像素更多，画面更大，4K还处在初步，芯片、电视最高只能支持到30帧，人眼对帧率的变动更为敏感，这就更需要对4K片源进行帧率优化，解决24帧制转25帧处理不当导致收视疲劳的问题
在提出的端到端帧率优化解决方案中：
目前终端要进行相应的调整：HDMI自适应终端电视的分辨率能力，用户家里如果是4K电视机，则需要统一设定为4K@25fps，用户如果使用1080P电视，则统一设定为1080P@50fps。
由于HDMI根据内容进行输出的自适配，会导致不同的电视终端出现不同时长的黑屏过程，因此罗博士并不建议进行内容的自适配。
在内容侧：由于在国内采用PAL制式，直播内容源为50i，点播内容以电影24为主，因此在内容侧建议点播电影内容统一制转成25P。同时，24P制转25P之后建议采用加快播放的方式，插帧和重复帧都将可能造成流畅度的影响。
质量优化方案，以超分辨技术实现蓝光到4K解决4K内容短缺
在节目数量和质量上，4K片源的短缺依然是重要的阻碍，即使有4K演示视频，也难以支撑4K专区的持续发展；即使采用了原生4K的节目，经过制作、编码、传输、解码、输出、显示后，稍有处理不当的环节，节目质量的优势即消失。
目前Sony 100多部4K电影大片，采用的方案是4K源1080P（内容）4K（机顶盒输出），也即是在后期制作上采用4K原片，再压制成30G~50G的1080P蓝光，同时配以xvYCC广色域，色彩更为逼真，这些经过4K技术优化的Sony碟片码率可以达到35~50Mbps。
对此，罗传飞博士也提出了端到端的质量优化解决方案：
首先可以采用从“4K/蓝光源”---4K内容---机顶盒自适应输出的模式。“蓝光”通过超分辨率技术提升到i4K是目前可行的方法（经过帧率优化、分辨率超分辨、色彩饱和处理、亮度、对比度提升）。可以提供目前除了电影放映厅以外，所能获取到的最高视听质量体验。
经过i4K超分辨的蓝光内容即使在色调上也会比4K源内容鲜明
最终效果在4K电视和1080电视上体验，拥有较高的画面干净度、流畅度、色彩饱和度、细节清晰度，对比1080P蓝光有明显的差异性提升。更为令人振奋的是，最后蓝光超分辨4K的节目内容，即使在1080P电视上也能明显的体现出4K的质量优势。配合高质量的环绕声能为尚未采购4K电视的用户提供4K质量优化的超蓝光视听体验。
运营商4K优势明显，定价策略不可简单粗暴
从市场的角度上来，目前2014年全球UHD国版出货量达到1700万片，其中中国出货量达到1300万片，占全球出货量的76%，预计到2017年，UHD在50英寸以上的彩电渗透率将超过70%。罗传飞博士认为，超高清是一个较为长期发展的产业，并且在今年由于运营商推出超越传统广播级质量的4K专区业务变得意义重大。
罗传飞博士认为，运营商4K专区优势明显，是一个值得整个产业一起付出努力的方向。因为这将会促成一个多方共赢的局面，原因如下：
1、用户可以获得更高质量的音视频服务，并且也让用户升级换代的4K电视机和高宽带网络得以充分利用起来。
2、运营商推出了4K高宽带应用以后，促进了用户的宽带需求，同时也促进了CDN的市场需求，增加了CDN的市场活力。
3、CP可以进一步促进1080内容的消费量，但是需要高要求的分辨制作来支撑，从而提升了超分辨4K的整体服务质量。
4、新的服务促进了芯片和机顶盒厂家进行更新换代，也有助于终端厂家建立低价跑量的商业模式
罗传飞博士也表示，目前4K视频市场依然要以培育为主，价格上不能简单粗暴地将4K内容统一定价，应当根据内容的时效和质量进行区别对待，不然很容易就将其扼杀在摇篮之中，同时罗博士也表示，由于CDN成本太大，OTT 4K可能在短期内也难以形成大规模的免费模式，难以冲击运营商的4K优势。
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电信推动4K的理由与现状分析
那么针对电信，现阶段发展4K的理由又在哪儿？罗传飞博士在会上提出了5点原因：
1、运营商宽带提速降费，需要新业务推动高带宽的需求；
2、第一代4K HEVC机顶盒降价至200元以内，可以取代高清机顶盒；
3、3年4K电视的发展已使4K电视机价格开始进入大众可以承受的范围；
4、4K电影大片开始普及，用户不还满足于传统的广播级视音频质量；
5、城市光网、4K新技术可以让运营商更为有效的推动极致视音频体验业务；
基于这5点理由，四川、广东、上海等各省公司都已在2015年推出H.265/4K点播专区的上线，以提升用户对于宽带提速的感知并应对用户体验的竞争。以之对应上海研究院制定了《中国电信IPTV业务系统基于HEVC/H.265的视音频编解码规范（试行）》、4K/H.265在IPTV现网应用的部署方案、4K平台（CDN、EPG）测试规范、4K智能机顶盒测试规范等一系列规范与合作厂商共同支撑电信4K专区试点运营。
中国电信4K IPTV
罗传飞博士还强调，中国电信此次设定的规范从引导的角度，要求在不脱离实际的前提下，各项指标应当就高不就低，以适应逐渐过渡到UHD-1和UHD-2阶段。对终端的解码能力要加强兼容性测试。除了对编码参数进行规范以外，规范中将更强调效率、编码质量的可测试性和可验证性。
在编码码流中将建议采用VBR 15Mbps码流，而不再采用CBR的方式，虽然在未来可能会升级到10bit并提升到50P帧率，理论上这样会造成码率上升10-20%，但以目前HEVC编码优化以及技术演进的速度来说，每年的编码效率提升可以抵消码率的提升。
目前在内容上，中国电信上海研究院正与百视通、华数、优朋普乐等公司合作为试点专区提供优质的i4K节目内容，在终端上，四川、广东、上海也分别招标了100万、30万以及20万的4K/HEVC机顶盒，相信在不久的将来，全国范围内的4K机顶盒招标也将陆续开展。
帧率优化方案，提升流畅度以避免高分辨率放大收视疲劳感
罗传飞博士介绍，其实从IPTV高清开始，由于没有对24帧的电影节目进行制转优化，仔细观看就会发现画面有不为明显的卡顿感，用户在长时间观看后就会出现的视觉疲惫感。在1080高清时代，机顶盒的输出和电视的显示会进一步变换成50帧，这样在某种程度上减轻了帧率转换的缺陷。但是在目前的4K超高清电影节目上，由于4K的像素更多，画面更大，4K还处在初步，芯片、电视最高只能支持到30帧，人眼对帧率的变动更为敏感，这就更需要对4K片源进行帧率优化，解决24帧制转25帧处理不当导致收视疲劳的问题
在提出的端到端帧率优化解决方案中：
目前终端要进行相应的调整：HDMI自适应终端电视的分辨率能力，用户家里如果是4K电视机，则需要统一设定为4K@25fps，用户如果使用1080P电视，则统一设定为1080P@50fps。
由于HDMI根据内容进行输出的自适配，会导致不同的电视终端出现不同时长的黑屏过程，因此罗博士并不建议进行内容的自适配。
在内容侧：由于在国内采用PAL制式，直播内容源为50i，点播内容以电影24为主，因此在内容侧建议点播电影内容统一制转成25P。同时，24P制转25P之后建议采用加快播放的方式，插帧和重复帧都将可能造成流畅度的影响。
质量优化方案，以超分辨技术实现蓝光到4K解决4K内容短缺
在节目数量和质量上，4K片源的短缺依然是重要的阻碍，即使有4K演示视频，也难以支撑4K专区的持续发展；即使采用了原生4K的节目，经过制作、编码、传输、解码、输出、显示后，稍有处理不当的环节，节目质量的优势即消失。
目前Sony 100多部4K电影大片，采用的方案是4K源1080P（内容）4K（机顶盒输出），也即是在后期制作上采用4K原片，再压制成30G~50G的1080P蓝光，同时配以xvYCC广色域，色彩更为逼真，这些经过4K技术优化的Sony碟片码率可以达到35~50Mbps。
对此，罗传飞博士也提出了端到端的质量优化解决方案：
首先可以采用从“4K/蓝光源”---4K内容---机顶盒自适应输出的模式。“蓝光”通过超分辨率技术提升到i4K是目前可行的方法（经过帧率优化、分辨率超分辨、色彩饱和处理、亮度、对比度提升）。可以提供目前除了电影放映厅以外，所能获取到的最高视听质量体验。
经过i4K超分辨的蓝光内容即使在色调上也会比4K源内容鲜明
最终效果在4K电视和1080电视上体验，拥有较高的画面干净度、流畅度、色彩饱和度、细节清晰度，对比1080P蓝光有明显的差异性提升。更为令人振奋的是，最后蓝光超分辨4K的节目内容，即使在1080P电视上也能明显的体现出4K的质量优势。配合高质量的环绕声能为尚未采购4K电视的用户提供4K质量优化的超蓝光视听体验。
运营商4K优势明显，定价策略不可简单粗暴
从市场的角度上来，目前2014年全球UHD国版出货量达到1700万片，其中中国出货量达到1300万片，占全球出货量的76%，预计到2017年，UHD在50英寸以上的彩电渗透率将超过70%。罗传飞博士认为，超高清是一个较为长期发展的产业，并且在今年由于运营商推出超越传统广播级质量的4K专区业务变得意义重大。
罗传飞博士认为，运营商4K专区优势明显，是一个值得整个产业一起付出努力的方向。因为这将会促成一个多方共赢的局面，原因如下：
1、用户可以获得更高质量的音视频服务，并且也让用户升级换代的4K电视机和高宽带网络得以充分利用起来。
2、运营商推出了4K高宽带应用以后，促进了用户的宽带需求，同时也促进了CDN的市场需求，增加了CDN的市场活力。
3、CP可以进一步促进1080内容的消费量，但是需要高要求的分辨制作来支撑，从而提升了超分辨4K的整体服务质量。
4、新的服务促进了芯片和机顶盒厂家进行更新换代，也有助于终端厂家建立低价跑量的商业模式
罗传飞博士也表示，目前4K视频市场依然要以培育为主，价格上不能简单粗暴地将4K内容统一定价，应当根据内容的时效和质量进行区别对待，不然很容易就将其扼杀在摇篮之中，同时罗博士也表示，由于CDN成本太大，OTT 4K可能在短期内也难以形成大规模的免费模式，难以冲击运营商的4K优势。
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