开启超清新视界 驱动广电新升级——超高清视频发展及高新业态研究

开启超清新视界 驱动广电新升级——超高清视频发展及高新业态研究
摘要 ：
本文总结并分析了国内外超高清发展现状，探讨了当前超高清发展中遇到的新难点，以及5G/AI/VR等新技术为超高清带来的高新应用场景、发展机遇，以期对超高清发展起到借鉴作用。

关键词 ：
超高清；4K；5G；视频；高新业态
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1. 国内外超高清发展现状
1.1 国际超高清发展现状
2014年，韩国率先开通了第一个4K 超高清频道，此后多国广播电视运营机构，基于有线、卫星及IPTV 平台都陆续开播了4K 频道，截止到2018年9月，已开通的4K 频道数量达70多个。

在前端设备、播出领域和应用方面，日本超高清发展都占据了全球领先的地位。

截止2018年，日本合计已有16个4K 卫星频道开播。

同年12月,日本NHK 还开播了全球首个8K 超高清电视频道——NHK BS8K。

此外，日本总务省制定的《日本4K 超高清及未来路线图》还将4K 和8K 纳入到了国家经济增长计划之中。

设备方面，目前索尼、佳能、松下等企业的4K/8K 产品占据了大部分国际市场份额。

同时，日本还具备生产高质量4K/8K 感光器件、高端光学镜头和机内光学器件的能力。

4K 电视机方面，日本电子情报技术产业协会(JEITA)统计数据显示：2019年1月至11月，4K 电视出货量为223.1万台，较去年同期增长34.5%。

韩国在超高清领域的优势主要体现在高端面板方面。

其中，面板企业LGD 生产的超高清OLED 电视在技术上和市场上都占据了领先地位。

另外，LGD、三星在大尺寸超高清面板方面更具有技术以及品牌的双重优势。

频道平台建设方面，2017年5月，韩国正式开启了无线电视台运行超高清电视服务，包括KBS、MBC、SBS 在内的韩国三大电视台，计划在2021年前完成超高清节目信号覆盖韩国全境。

相比较日本和韩国，美国超高清视频的发展在内容优势以及国际联盟组织的影响力上更为突出。

2015年，UHD 超高清联盟正式成立。

此后，联盟加速推进了超高清技术创新、标准制定、评测认证及生态体系的建立。

不过发展至今，美国仍未发布超高清电视时间计划表。

但在美国新兴的网络视频运营商的激烈竞争下，美国各个电视台、有线电视还有卫星电视运营商开始相继播出4K 节目。

1.2 国内超高清发展现状
2020年，我国国家层面出台了《超高清视频标准体系建设指南（2020版）》《部（局）省市共同推动超高清视频产业发展工作方案》《4K 超高清电视节目制作技术实施指南（2020版）》《超高清视频标准体系建设指南（2020版）》等系列政策和标准规范，行业、产业发展逐渐规范化。

另外，国家广播电视总局组织总结、凝练广东在超高清领域探索经验，编制的《广东4K 超高清电视发展研究报告》也将于近期发布。

与此同时，北京、上海、广东等省市也陆续出台地方文件，补贴方向集中在超高清节目制作、超高清呈现终端、核心元器件等 环节。

硬件设备方面，目前中国自主设备较少，使用更多的还是日本设备及少数欧美设备。

但随着国内超高清产业的发展和国家层面的支持，越来越多的国内机构已经投身到了自主设备研发制作中。

其中，大疆、铁头、Z CAM 等国产品牌凭借其优质的性能及高性价比，已开始被国外的制作者所使用；
国内主导设计、集成建造的
首台“5G+8K”超高清视频转播车也已投入使用；4K 超高清电视2020年1-9月国内市场共销售2079万台，占国内市场电视销量的近70%。

内容及频道资源方面，2020年，国家广播电视总局又批准开通了杭州市广播电视台“求索纪录4K”、广州广播电视台南国都市4K超高清以及上海广播电视台“欢笑剧场”3个4K城市频道，至此加上之前开通的CCTV-4K、广东台4K超高清频道，我国现在已有5个4K超高清电视频道；中央广播电视总台方面，计划到2021年12月，将4K超高清频道转化为4K综合频道，同时将陆续完成新闻、电视剧、少儿等其他4K超高清频道制播体系建设，具备每天60小时的4K节目制作能力；IPTV 4K专区节目资源也在不断丰富扩充；70周年国庆阅兵庆典、2019男篮世界杯以及2020年全国“两会”都成功开展了8K直播试验。

内容制作补助政策的推出有效带动了相关内容机构制作的积极性。

作为超高清领域的“排头兵”，2019年、2020年广东省共安排8500万财政资金用于内容制作和引进补助，这个政策对于广东4K频道的良性循环发展起了重要作用。

数据显示，广东广播电视台4K 综艺频道播出的4K节目总量2020年上半年已达到1360小时，节目存储量约2000小时。

随着节目储存量的增加，2020年起，广东广播电视台4K综艺频道已经不再采用过去每4小时一层级的轮播方式，而是根据实际情况24小时节目编排播出。

应用创新方面，超高清视频成为现阶段5G网络最重要的应用场景之一，国家广播电视总局已审核批准三个超高清重点实验室，在湖南长沙、山东青岛、四川成都、广东广州四地批准设立了超高清或高新视频产业园区；业内还涌现出5G新媒体平台、虚拟演播室、VR 直播等一批基于5G技术的超高清视频应用典型案例。

从当前发展现状来看，国内超高清发展的确是“朝气蓬勃”。

尤其是本地产业与超高清紧密结合的省份，以及产业、行业上相关的机构、企业、厂商等都在积极交流，寻求更多发展机会，探索新的发展方向，确定新的目标。

1.3国内外超高清发展现状对比
与国际超高清行业相比，在内容制作水平方面，国内相对处于追赶阶段，国际上例如BBC纪录片、欧歌赛等大型赛事的制作仍处于较高水准。

不过近两年国内很多优秀的制作机构都在加快追赶速度。

从国内几大省
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级电视台的跨年晚会就可以看到，大家都在积极汲取国外优秀技术经验、理念及人才，已从最初的模仿转变为学习模式。

但不可否认，除这些处于头部位置的省台外，其他地市级台的发展理念还较为封闭和传统。

未来，随着超高清在全国逐渐普及，专业的、职业的影视人才的培养输出，更多“国产”的新理念、新技术等或将出现。

目前，行业内普遍认为，对于整个产业链而言，超高清与5G是最有利的合作者，5G有效解决了超高清网络传输、信号覆盖等问题，因此超高清与5G这对拍档的结合应用在视听内容、监控、医疗、教育等多个领域，都将带来更多新的生产力和新的创新应用。

另外，4K频道开通、政府政策支持、产业推动，这些基础环境都成为了国内超高清发展所具有的独特优势。

相比较，国外现在还并不具备这样的条件和环境，因此国外超高清领域从短期发展来看并不具备巨大的推动力。

4K花园4K前端技术总工程师于路介绍：“像英国、荷兰等国家的大型制作公司都表示因为信号覆盖受限、升级成本过高，短期内并不考虑推动超高清替代高清。

”
2. 国内超高清应用实践新难点
从全国首个4K试验频道（影视）启动至今，经过近三年的“实战”，过去留存性的、流程工艺上的问题目前已基本得到解决，而随着对超高清的不断深入探索和应用，在制作方面一些新的难点开始涌现。

2.1提高4K HDR制作质量
广东广播电视台电视传输制作部邢卫东副主任介绍，从标清过渡到高清，色域、亮度等都没有改变，要解决的问题主要是画幅的裁切、变形。

而从高清过渡到超高清，节目制播在色域、亮度、曝光控制、观看舒适度等方面都面临新的挑战。

例如超高清带来非常大的亮度空间，但由于人眼对于高亮部位的敏感度极高，使用不当就可能会造成观众视觉疲劳；而由于4K HDR信号量化过程中给高亮信号分配的量化比特数较少，图像主体部分如果处于高亮区域，则造成主体图像层次不足的问题，会大大降低4K HDR观看效果。

这就对制作者提出了新的、完全不同于标清和高清节目的制作 要求。

很多制作人员凭过去经验制作的节目会过亮、过
曝，对于图像亮度分布把握不到位。

制作人员在如何控
制曝光、高效制作出高质量HDR节目方面有一个学习
和观念转变的过程。

2.2超高清与高清的高质量兼容制作
邢卫东介绍，目前大部分4K节目也同期制作高清
版本，且采用以高清为主、兼容4K的制作模式。

比较
成熟的方式是统一拍摄、分别制作。

专题节目制作多采
用前期4K HDR拍摄和记录，后期分别进行4K和高
清版本制作。

现场录制节目多采用高清SDR调像，利
用摄像机增益调整获取具有高动态的4K图像，对4K
超高清信号和高清信号进行分别处理和记录，以利于后
期分别进行4K和高清版本的多通道制作。

上述制作模
式在实践中具有积极意义，但也存在如下问题：
首先是效率和成本问题。

无论是多版记录还是4K
和高清版本分别制作，都大大增加了设备和人力投入，
使得节目投入成本高企、节目制作效率不高，不利于
4K超高清的可持续发展。

其次存在4K动态表现不足等问题。

现场制作节目
采用高清SDR调像、利用摄像机增益调整获取4K图
像往往动态不足，大大影响了4K HDR节目的表现力。

与此同时，舞台灯光在如何更好地表现HDR上也难以
取得实战经验。

此外，部分节目制作者为避免虚焦，可
能在一定光照条件下提高增益、减小光圈，从而达到加
大景深的目的。

在高清监看条件下，这些技术手段的运
用看不出有什么问题，高清节目的技术质量也能够得到
保证。

但同时输出的4K节目信号就可能噪声特别大，
完成质量不高。

广东台近来一直在积极推动超高清与高清的高效
兼容制作，即4K HDR单版录制、单版制作，通过高
质量下变换来实现4K超高清/高清分版输出的制作模
式，从而提高4K超高清/高清兼容制作效率、降低兼
容制作投入，推动4K超高清更为良性的发展。

这项工
作已经初有成效，随着技术问题的解决（相关厂家的
4K HDR/HD SDR下变换设备质量不断改进、提高，
较好地满足了相关要求），广东台正在制定台内规范，
针对不同情形，采用高质量静态或动态下变换，实现高
效兼容制作。

广东台《国乐大典》第三季就将采用全程
超高清录制及一版制作多版输出的制作方式。

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在2020世界超高清视频（4K/8K）产业发展大会
上，中央广播电视总台编务会议成员姜文波介绍了超
高清与高清高质量兼容制作的另一种思路。

为加快提升
4K/8K超高清电视节目产能，解决原创超高清电视节
目稀缺的瓶颈问题，总台提出了4K伴随HD的超高清
电视制播模式，首创智能虚拟切换技术，只需新建4K
摄像机、4K多通道收录系统及智能虚拟切换系统，就
能实现在高清电视制播平台同步制作4K超高清电视节
目。

采用4K伴随HD制作，只需投资约1000万元，
是建设一个4K超高清演播室的1/6。

2.3超高清视频产业生态链的规范化发展
目前4K节目内容比初期明显丰富，但4K超高清
产业的发展，内容制作一直都不是唯一的“绊脚石”。

华
为公司董事长梁华在2020世界超高清视频（4K/8K）
产业发展大会上表示：“当前，超高清视频产业面临着
标准不统一、发展节奏不协调的挑战。

推进从内容制作
到传输传送、终端显示端到端产业链的统一标准，形成
可行的技术标准体系，其实已经刻不容缓。

”邢卫东也反
复强调，需要重点关注的是整个生态链的规范化发展，
只节目制播环节做好是远远不够的，还需要网络传输、
终端显示等各环节的完善与联动。

“整个超高清链条不
规范、不统一、不协调，会阻碍超高清节目真正地、高
质量地落地。

”
例如，电视用户可能因为有线前端、传输设备、机
顶盒或电视终端某一个环节的问题，导致接收到4K超
高清信号与电视机的色域、动态范围不匹配，就会出现
偏色、灰亮/灰暗等观看体验，反而加深电视用户对于
4K超高清节目的负面印象。

终端显示对HDR转换曲
线的支持好坏、对4K效果的还原能力，取决于整个超
高清链条的协同推进。

广东台近两年也在不断呼吁这种
协同发展，我们欣喜地看到这也成为2020世界超高清
视频（4K/8K）产业发展大会的主题之一。

那么，到底该如何判定衡量产业链上的环节是否
“达标”呢？《4K超高清电视技术应用实施指南(2018
版)》对4K超高清电视节目制播、编码、传输、解
码、显示等各个环节的技术参数选择和应用提出了指导
意见。

邢卫东重点强调了《指南》中提到的一个关键
点——电视机跟机顶盒之间的“握手”。

“握手”是在电
视机和机顶盒之间的建立一套协议，可以让机顶盒自动
识别电视机的性能配置，比如是高清电视机还是4K电
视机，支持BT.709色域还是BT.2020色域等。

机顶盒
可根据电视机显示能力做出HDR转SDR、BT.2020
色域转BT.709色域，量化精度10比特转8比特等相
应的信号处理，
并将相应的信号推送到电视机。

如果同 图1 采用智能虚拟切换技术实现4K/HD同步制作及直播
时电视终端更加智能化，能够甄别不同分辨率、帧率、动态范围、转换曲线等信号格式，自动匹配参数设置，就能免去用户大量专业参数调整的难题，帮助用户更好地享受超高清电视节目给观众带来的新体验。

此前广东台已向中国超高清产业联盟提出建议，推动该机制尽快落地。

3. 5G环境下超高清的应用场景
5G商用以来，“5G+4K”逐渐成为了“固定搭档”。

包括电视台、产业联盟、国内一线超高清投资公司、运营商及各大厂商等在内，近几年做的主要的事情之一就是寻找落实5G环境下超高清的应用方向。

3.1基于5G的超高清远程制作
广电行业近些年积极推进系统、设备、性能IP化。

过去广电采用的是基于SDI线缆连接系统，但随着后期制作环节的无线化，前期仍基于固有基带传输，这就会导致前后期之间的衔接需要额外的介质介入。

而基于互联网的特性，IP化保证了系统从前期到后期的衔接更紧密。

在制作域上，业内希望通过5G+IP化，将远程制作这一更高效的理念引入进来，实现远距离的无线传输。

基于5G网络还可以实现超高清视频低延时稳定的
传输。

邢卫东介绍，广东台节目制作中，大量地采用了5G技术手段进行节目回传，包括采用5G进行4K超高清节目的回传，在带宽、延迟等方面的表现都符合 预期。

3.2“5G+超高清”直播
随着5G商用加速落地，对于超高清而言，重要的一点是解决了带宽问题，让观众能切实看到高质量的超高清节目内容。

当前，“5G+超高清”技术已经广泛应用于体育赛事、新闻活动、演唱会等诸多场景。

尤其是“5G+超高清”直播早已不再是新鲜词，已在各个不同领域进行了应用尝试，为给广大用户带来了更加沉浸式的视听体验。

伴随5G建设，未来各种大型演艺场所、院线等都具备5G覆盖条件后，直播的链路将天然形成。

任何一场精彩的演出活动都可通过“5G+超高清”直播的形式分发到全国甚至全球范围。

去年4K花园联手华为完成了国家大剧院原创民族舞剧《天路》“4K+5G”演出直播活动，直播从拍摄到传输再到呈现均采用4K超高清技术，同时在首都电影院和手机端、电视大屏端等多渠道同步呈现，为现场观众带来了创新融合的全新直播体验。

但从内容角度来看，目前直播领域的市场还未真正开放，很多内容播出还受限。

如有更多政策支持，直播内容将更多样化、专业化，市场也将快速打开。

紧跟“直播带货”热点，超高清结合5G在网络直播带货上也进行了初步探索。

在首届直播节（中国·广州）上，国内首次将“5G+4K”技术应用于直播电商领域。

观众通过4K花园TV App观看4K超高清直播，直击商品细节，带来更贴近现场购物的体验。

于路介绍，目前“5G+4K”直播电商在技术上已经比较成熟，更多的“不确定”在于直播带货的展现形式——电视购物还是传统意义上的手机直播带货。

对于观众而言两种形式都可行，甚至可以结合运用，进一步提升小屏大屏的联动性和交互性，央视频公益直播助销就是在类似电视购物方式的基础上添加了手机竖屏直播的形式。

形式之外，更关键的在于4K大屏受众群体的定位、需求及内容，如日本10多个4K频道中只有2个购物频道是24小时不间断更新的。

于路进一步指出，高质量、电影级的画面质量也可以起到吸引观众的效果。

未来基于5G
高带宽的网络环
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境，结合VR/AR等技术后，交互性及沉浸感都将不断
加强，也将在超高清技术应用场景、大小屏联动及多元
化商业模式上进行更深度的探索。

对于“5G+超高清”直播常态化，邢卫东认为：
“这将是趋势。

”但目前“5G+4K”直播更多在新媒体
端，受编解码、播出码率等因素限制，直播质量还有较
大提升空间。

在传输方面，随着5G铺开，越来越多用
户以及物联网设备开始接入，基于5G网络大量传输分
发超高清视频的需求会大大增加，届时5G网络的承载
力能否满足其安全稳定地传输需求、5G网络的成本是
否会上升等是业内较为关注的问题。

3.3超高清视频在5G移动端的应用
除了在制作层面带来的新机遇，5G对超高清而言
更大的功用还体现在终端承载方面。

随着5G的普及，
从用户体验而言，移动终端下载速度将得到明显提升，
用户能更快、更流畅地接收并观看高质量、高分辨率、
高层次的超高清视频。

那么，在5G手机端只进行简单
的社交通讯、刷短视频显然就远远不能满足需求、体现
优势了。

于路表示：“只有与4G手机相比带来的不同
的、更强大的创新体验，观众才会为之买单，形成一个
正向循环。

”其实，业内已经开始探索超高清视频基于
5G移动端的应用和“5G手机+4K内容”的新应用、
新发展方向。

4K花园董事长吴
懿在2020世界超高
清视频（4K/ 8K）产
业发展大会上谈到了
4K花园的发明——实
时缩放功能，也就是
在5G手机上可以实
现4K视频像图片一样
任意放大，用户可以
查看每一个视频中的
细节。

目前这个技术
已经成功应用，并受到
了用户好评。

于路还透
露，4K花园还开展了
5G手机APP的研发
设计，将实现在5G移
动端上超高清视频
的
图2 《天路》
演出直播4K HDR制作流程图
图3 首届直播节“5G+4K”直播现场
图4 超高清视频彩铃示意图
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更多样化、更深层次的交互体验，并提升移动用户对超高清视频的需求，笔者也非常期待此类APP 早日与用户见面。

另一个业务增长点是视频彩铃。

运营商预测数据显示，超高清视频彩铃服务市场规模将达到3000亿元。

当前很多超高清彩铃画质还较差、内容较为单一，未来，超高清彩铃或将具有信息、欣赏及服务的综合属性。

据介绍，4K 花园目前正与运营商共同开发基于超高清的个性化定制彩铃业务，并计划建立全国最大的超高清视频彩铃基地。

3.4 多视角互动
5G 的高带宽特性可以满足大容量、多视角视频内容的传输需求，用户可以在演唱会、体育赛事等直播中接收多路信号，自己做自己的导演，根据兴趣及需求从多路视频中进行个性化的选择及观看。

此过程中，观众的参与度、自主选择性和互动体验感大大增强，一场直播或一部剧可能会反复观看，有效加强了用户粘性。

此外，不同信号、不同画面内容还可做不同的植入，进而形成一个新的商业模式。

当前在5G 移动端，基于超高清已可实现同时输出多个不同类型画面和多画面展示功能。

例如在2020年CBA 全明星5G 超高清直播中就应用了“自由视角”，球迷们用手指在手机屏幕上滑动，现场画面即可围绕赛场进行自由转动。

另外，现场特别设置了两路超高清独立机位，以明星视角全程锁定，用户通过多屏同看，在观看现场激烈赛况的同时也可以全程零距离见证两位球星赛场内外的每一个细节。

图5 通过“自由视角”观看2020年CBA全明星 图6 基于AI视频增强技术研发的超高清视频智能生产系统
然而，带给观众的信息量成倍增加是多屏呈现的目的之一。

但事实上，观众自己切换镜头与专业导播的水平相比存在较大差距。

那么，如何才能让内容更有价值？这就对节目制作和流程精细化的设计提出了更高要求，并且从制作及观看体验上还将发生结构上的根本变化。

4. 超高清视频与AI/AR/VR的融合
创新
超高清与5G 的结合其实可以看作一个载体，利用这个载体可以通过大带宽突破专线约束，实现高效的无线传输方式，用极高的采样能力将现场的信息以视频动态的方式捕捉下来。

基于此，结合AI、AR/VR 等新技术能做出更多的融合创新应用，推动超高清视频产业衍生更多新业态。

超高清结合AI 技术，目前在AI 语音技术、AI 修复、AI 视频增强技术以及智能管理平台方面都已有了成功应用。

在超高清节目内容制作方面，为加快运用AI 创新超高清电视生产流程，丰富视音频的表现形式，提升节目的制播效率，中央广播电视总台开发了智能语音转写平台。

可实现语音转写文稿和唱词，实时语音文字转写、多语种翻译，并应用于智能主播。

总台还与上海交大合作，运用AI 视频增强技术，研发了超高清视频智能生产系统，可利用现存的大量标清和高清素材制作超高清电视节目。

此外，利用超高清+AI 技术，大量老旧影视作品完成了4K 修复。

例如广东粤剧粤曲《红线女独唱会》中，大量旧资料就是经过AI
修复技术才
24最终达到4K播出标准。

在融媒体生产的基础上，广东台搭建完成了基于
5G+AI技术的智能管理平台。

利用5G相关技术，可以
实现超高清以及高清节目信号的直播和文件回传功能。

另外，结合AI技术，还能实时识别并处理视音频中的
内容，大大提升了内容生产的效率。

VR技术的应用面临着显示设备、分辨率、传输等
多个方面的瓶颈，而“5G+超高清”恰巧解决了以上难
题。

业内近两年也在不断推动超高清结合VR技术的应
用，但从当前实际应用现状和运营模式看，新媒体反应
相对更快更灵活。

如受疫情影响，“别来无恙”线上播
演唱会在5G、4K、VR、多视角等关键技术的加持下，
采用了“云现场”直播的录制方式，将高品质、超高清
文娱直播视频内容推向了用户。

演唱会特别设置的三路
8K VR摄像机现场直播，两台8K摄像机现场录制，为
VR端观众提供了8K分辨率VR视频特有的沉浸感。

5. 结语
伴随5G商用快速普及，超高清视频加快进入到了
应用落地的阶段。

结合大数据、AI、AR/VR等新技术
的广泛应用，超高清视频驱动着广电新升级，为广电提
供了更大的发展空间。

同时，各个技术间的深度融合，
催生了大量新场景、新应用、新模式。

随着超高清在更多垂直行业或领域的普及应用，视
频化是可以预见的趋势。

更重要的是，在视频化的过
程中，超高清视频的数据会呈现几何级数的增加，结合
AI、大数据等技术，可以提供更真实、全面的数据。

超
高清时代大幕已经拉开，超高清前景未来可期。

图7 基于5G+AI技术的智能管理平台。