日本超高清视频系统的进展状况

从模拟高清到数字高清

日本对高清电视（HDTV）的研究始于1964年。公共广播机构NHK当时在东京奥运会上进行了技术检验。到1989年，NHK每天试播1小时的高清节目。日本用户通过Muse系统接收Muse HDTV节目，虽然这始模拟高清电视服务，但日本已有100多万家庭用户体验宽屏高清节目。去年，9月这项服务已经完全停播。

日本首家提供卫星数字直播业务的公司Perfec TV于2000年12月利用发射的BSAT-2A广播卫星，采用日本的ISDB-S标准，开始直播数字电视节目，包括其主要广播公司的所有8个频道，全始按ITU-R BT.709标准制作的。

NHK公司每天24小时播送高清节目，包括通过HDTV频道和格式转换后的NTSC频道播出的新闻节目。一些广播公司白天提供各种标清电视节目，晚上黄金时端提供高清节目，他们把这称作标清/高清格式转换节目。2007年日本通过卫星收看HDTV节目的家庭总计达500多万户。

以HDTV为核心的地面数字电视于2003年12月在东京、大阪和名古屋三大城市开播，50%以上的节目是高清电视节目。2004年这项服务进一步向城郊扩展。东京的8个频道，大阪和名古屋的各7个频道以新的地面数字电视格式运营，着重于HDTV和数字广播功能，同时也提供数字和模拟节目。2007年通过地面数字电视收看HDTV的用户总计达160万户，预计2008年上升到210多万户。

从熟悉高清到数字超高清

1. 日本的超高清视频系统

为了给观众提供更强烈的真实体验，NHK公司的研究人员开发并展示了数字视频系统研究样机，称作超高清视频系统Super Hi-Vision。这以系统获得的图像分辨率比现在采用的最先进的视频广播技术的分辨率高16倍。

据报道，该系统可以从摄像机或硬盘存储器读取视频流，并把它发送到显示屏。这一系统的摄像系统，由一个摄像头和一个连接16个光学高清晰度串行数字接口的控制单元构成。摄像头使用4个1.25英寸的，有800万像素的CMOS图像传感器，它们分别用来捕红光（1个）、蓝光（1个）和绿光（2个）。据NHK公司称，对于视频摄像来说，这种新的图像捕捉系统能每秒60帧的速度处理800万像素的图像。据NHK公司称，开发该系统是为了搜集有关心理效应的量化数据，并使用这些数据开发广播系统，提供超高清视频服务。

据NHK公司称，Super Hi-Vision系统可以用来提供超真实的“沉浸”观看体验，例如体验由电视广播的体育赛事。超高清视频系统显示的图像具有4000水平扫描线，而目前的数字高清电视（HDTV）技术仅提供1080水平扫描线，标清广播电视只有625线。

2. 超高清视频系统的进展状况

作为日本的一个研究项目，超高清视频系统已走出了实验室阶段。为了使这一系统被更广泛的了解，NHK公司于2006年早些时候在日本九州岛国家博物馆中的一个固定展室进行展览。

系统及相关设备在继续开发。已开发出新的基于1.25英寸的CMOS图像传感器的Super Hi-Vision 8K摄像机。这种具有可变焦距镜头的小型摄像机，重88英镑，而原基于2.5英寸CCD传感器的由固定焦距镜头的摄像机重176英镑。据NHK公司的工程师讲，在使Super Hi-Vision系统转变成可使用的系统方面，已经取得很大的进展。预计2025年将开始超高清视频广播。

这种超高清视频系统通过节省费用的网络，向家庭用户传送节目内容，可以用家中的接收机进行录制。NHK公司为Super Hi-Vision系统开发了编码和解码设备。据称，关于传输网络，在21GHz波段使用卫星无线方法是可能的，光纤也可能是一种选择。

Super Hi-Vision系统由可能适用于各种应用，包括大屏幕数字成像机用于未来可折叠电视接收机的超高清视频和音频服务。

去年NHK公司开始公开测试真正的超高清视频系统。这种超高清视频系统的图像分辨率为7680×4320像素,超快速摄像机样机能以4000fps速率捕捉数据；音频组成部分适22.2声道，而不是如今的5.1环绕声。作为在日本东京进行的首次公开测试的组成部分，NHK公司采用ATEME的MPEG-4（H.264）编码技术。在设计和开发超高清标准方面，NHK公司与其科学技术实验室密切合作。超高清摄像机、录像机、编码器和投影机等设备都在开发种。据称，将于2009年推出完全的超高清规范，新的标准使用24Gbps视频数据率和28Mbps音频数据率。NHK公司预期，将在2011年开始卫星传输实验，准备在2020年前对日本家庭进行超高清广播。据最新消息，NHK公司开发了一种编/解码器，能把24Gbps视频压缩成180～600Mbps可把28Mbps音频压缩成7～28Mbps。

现在，这家日本公共广播机构的人员看到了他们的8k×4k数字超高清分辨率广播，他们把这称作下一代消费电视，贴上超高清电视标签（Super Hi-Vision）。他们通过演示系统关键构成部分的工作样机，向实现这种超高清电视前进了一步。

Super Hi-Vision超高清视频系统的分辨率是7680×4320像素，是当今高清电视1920×1080像素的16倍。在过去的两三年种，NHK公司使用对角线为450英寸和600英寸的大型屏幕在一些场所先后进行了演示。

2007年5月，NHK公司的科学实验室在其开放室演示了广播Super Hi-Vision电视节目所需要的核心技术，包括输入（摄像机和图像传感器）、数据处理（H.264编码和解码系统）、传输（模拟21GHz卫星中继传输）和输出（显示技术和投影系统）。

为了给观众提供“极限”的真实体验，Super Hi-Vision系统设计成有100度视角。

原24Gbps超高清电视信号在编码器中的并联单元中被分成16个流，并传送给16个编码单元中的每一个。该信号被实时压缩成1/200，即压缩成128Mbps；而后才能在广播系统中进行处理。

在实际的广播中，该信号被发射道卫星，并发回道家庭中的解码系统。在演示中，该信号被发送到模拟卫星系统，并发送给样机解码系统，该系统有一个备有16个处理单元的发射镜结构。最后，在16个处理单元中解码的这16个流被恢复成一个Super Hi-Vision信号。

包括NHK和BBC公司在内的一些广播机构预定在2008年9月的阿姆斯特丹IBC贸易展览会上演示这下一代高清电视，即Super Hi-Vision超高清电视。意大利广播机构RAI公司也希望参加这次演示。

NHK公司的研究工程师Dr Masaru Kanazawa说：“从2002年起，我们一直从事一个从当前的1080水平扫描线提升到4000扫描线的项目。不过，这一技术距实现商业化应用还需要许多年。”

现在，仍然还没有能显示8k×4k分辨率的家庭用显示器,即使是实验性的也还没有.为了在100英寸的显示屏上获得那样高的分辨率,一个像素应该是0.3mm×0.3mm那么小,也就是如今的50英寸HD平板中一个像素大小的一半。目前，最小的是在具有144×81像素的6.5英寸等离子平板显示器中的像素，每个像素的尺寸为0.3mm×0.3mm，是由NHK、Pioneer、Noritake和NBC公司开发的。

Victor Co. of Japan ltd公司在与NHK公司合作开发具有高清动态范围的Super Hi-Vision正面投影机。投影机样机由产生Super Hi-Vision分辨率的两个系统构成。下一个目标是用一个系统显示8k×4ages。

NHK公司希望将Super Hi-Vision技术委托国际电信联盟和美国电影电视工程师学会进行标准化。Kanazawa说：“第一个标准刚刚诞生，即将完成。我们需要再等一等，以便从其他广播机构获得选择方案。我们计划在2025年开始运营广播业务，距现在还有不到20年的时间。我们需要使Super Hi-Vision标准化，也需要做一个广播试验。”

就广播价值而言，为了满足Super Hi-Vision系统的要求，已开发出摄像机和显示器，但产业需要建立能传送Super Hi-Vision的传输系统。Kanazawa讲，压缩技术方面的迅速变化使我们难以估计发送Super Hi-Vision需要多少容量。对于Super Hi-Vision的节目创作来说，当前的问题是，还没有一套编程工具，因而录制系统不能适应这项技术所需要的高比特率。

媒体对日本Super Hi-Vision的反映

2007年上半年，包括英国BBC公司、意大利RAI公司和德国IRT公司在内的一些欧洲研究机构的主任，在欧广联技术部门德领导下，访问了NHK公司德科学技术实验室（STRL），其间参观了STRL的一些研究项目，包括超高清视频系统。去年下半年，美国电影电视工程师协会（SMPTE）也对NHK公司开发超高清视频系统这个项目表示感兴趣。

开发超高清视频系统的目的是通过将视角扩大到100度，并提供22.2声道，来进一步增强观众的观看体验。目的也许是崇高的，但公众的需求在哪里呢？这需要用“超高清的晶体眼球”预测未来的消费倾向。当前，许多国家的消费者对移动电视有更大的兴趣，这是与高清走向不同的一类电视。移动电视的关键驱动力是它的方便性，消费者可以在任何想收看的时间和地点收看电视节目。

现在设计的高清电视接收机是用于固定地点安装的，虽然没理由说手持装置就不能有高清显示屏。美国《工程技术》杂志的编辑David Austerberry说：“据我推算，对角线为8英寸的显示屏具有需要的视角，则需要胳膊那么长的手持装置，因此小型膝上型电脑或台式PC有可能提供移动高清电视。据悉，Advanced Micro Devices公司已推出在台式PC和笔记本PC上能观看高清电视的解决方案。显然，手持超高清电视装置是不切实际的。不过，头上安装的显示器有可能提供必须的视角。”

20年前，公众对高清电视还缺少兴趣，只是在近几年平面屏幕显示器价格下降，才使高清接收机成为有生机的消费产品。对许多人来说，现在购买高清接收机还不是很迫切的，高清电视的广泛普及尚需若干年。

超高清电视的开发路线图将延伸道2020年之后，最初的消费产品可能在2018年前后出现，在随后的四五年可能开始广播传输。这使一个必须长时期的投资项目。那些投资也可能由娱乐服务以外的其他领域分期偿还，例如医学远程成像和保健产业可能是重要领域。

超高清电视是电视的延伸还是新式体验呢？传统的表情电视该用摄像机大范围移动，摇摄和变焦距的办法，在不同的拍摄角度之间进行大量图像编辑，每几秒进行一次剪切。特写镜头用来显示在全景镜头（wide shot）中看不清的细节。在视角区域宽的情况下，这样的制作方法仍然式必要的吗？观众的眼球能漫游场景四周。Austerberry认为，超高清电视将不是电视的延伸，而是新媒体。它将与实况剧院、实况事件和电影院平起平坐，它也是面向家庭影剧院的。

对巨型显示屏和如此之多的扬声器的需要，可能使超高清电视市场处于不利的位置。但是，它可能成为数字电影院的一种取代选择，可能突破由35mm胶片投影定义的传统标准。由超逼真的成像系统显示远程事件，将开启更多放映实况事件的电影院的使用。随着数字电影院聚焦在最新的复活的3-D和新的分销方式上，对于那些期待着如今高清电视所提供的范围以外的内容的消费者来说，Super Hi-Vision系统将是令人感兴趣的未来。■