超高清视频产业发展现状与机遇
一、概念内涵
超高清视频作为高清视频的下一个发展阶段，泛指分辨率在4K以上的视频。超高清视频助力提升多个维度的用户体验，主要体现在分辨率从1080p（1920×1080）提升到4K（3840×2160）、8K（7680×4320）及以上，画面精细程度提升4倍、16倍甚至更高，帧率将从30帧/秒逐步提升至50~120帧/秒，对高速运动物体的表现能力加强，画面更加流畅，色域从BT.709提升至BT.2020，可表现的颜色范围大幅度提升，色深从8位提升至10-12位，颜色之间的过渡更加平滑和自然，并提供高动态范围（HDR）能力，使得画面对同时高亮部分和低照度部分的表现能力增强。因此，超高清视频不仅在分辨率大幅提升，在帧率、色域、色深、动态范围甚至声音等多方面实现进步，为用户在视频体验上提供更强临场感和更具感染力的视觉冲击。当前，视频已经成为各行各业的数据采集、传输、处理和呈现的主要形式。据预测，未来大众网络流量80%以上和行业应用数据70%以上都将是视频数据，超高清视频的发展对于提升大众的消费升级、带动行业的转型发展具有重大的意义，在国家政策引导和产业界大力推动下将迎来巨大发展机遇。
二、国内外产业发展动态
日本、韩国和美国成为全球超高清视频产业发展的领先力量。日本方面，NHK在2016年里约奥运会时开展了8K试播，2018年平昌冬奥会实现8K转播，2020年东京奥运会时全面推广4K、8K并普及8K电视节目，日本总务省预计在2025年家庭电视将全面实现超高清。韩国方面，2012年和2013年成功进行了两个阶段的户外超高清4K信号地面传输实现，2014年率先开通全球首个4K超高清频道，2017年全球首次在无线电视台运营超高清电视服务，2019年起，韩国三大电视台每年将提高5%的超高清节目制作比例。美国方面，2015年好莱坞推出多部电影的4K蓝光碟片，2016年Facebook Live 360全景流媒体视频直播服务开始支持4K直播，2017年欧洲卫星公司SES在美国正式开通4K超高清电视频道，同年美国亚马逊利用4K直播NASA宇航员的太空生活。
中国2022年超高清视频产业总体规模有望超过4万亿元。2019年2月，工信部、广电总局、央视总台联合印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，提出按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用，并对产业规模、用户数、频道数量和应用示范提出明确目标。广东、北京、上海、安徽、湖南、重庆、四川以及青岛等地也积极推动超高清视频行动计划，相继印发产业发展政策。具体在应用方面，2018年10月央视推出首个4K试验频道，2019年春晚实现了5G+4K节目回传，10月1日的建国70周年国庆阅兵也实现4K直播，2022年冬奥会将采用4K/8K直播。
三、我国产业发展现状与机遇
超高清视频产业主要包括超高清视频的采集、编辑、传输、呈现的主要环节，具有产业链条长、辐射范围广、带动效应强等特点。
在采集摄录方面，高分辨率、高动态范围、三维立体、快速变焦等成为重要发展机遇。4K/8K分辨率、50/60/120帧、HDR高动态以及高色深成为视频采集摄像机技术的需求，目前我国广电级高端摄像机主要依赖国外，如索尼、松下等日本品牌，而我国卓曜、华创科技、尊正、扳手科技等企业已初步具备超高清专业摄像机自主设计和制造能力，并推出4K影视节目摄像机、4K电影摄像机等产业化产品，演播室系统已初步具备竞争力，但国内缺乏视觉特效与合成、图像处理等基础底层核心算法，并且在CMOS芯片、光学镜头、DRAM、Flash存储等方面仍落后日韩企业。
在编辑处理方面，端云协同、人工智能、视频处理等基础算法成为未来机遇。非线性编辑、后期渲染、特效等是视频后期的主要环节，在特效电影、CG动画等对图像渲染的要求越来越高的情况下，云媒体制作成为重要手段之一，如《流浪地球》即使用云服务进行渲染工作。目前，超高清视频后期制作成本高、产出小，尽管很多影视采用4K拍摄，但只制作输出高清版本，因此在当前4K内容不足的情况下，利用人工智能算法实现空间上超分辨率、时间上插帧成为重要解决方式。目前国内可生产超高清视频制作设备的企业主要有大洋、尊正、索贝、新奥特、捷成世纪等企业，但能够快速稳定处理8K视频的后期制作设备较少，现有设备仍有很多功能缺陷。
在传播输出方面，编解码方式和5G、千兆固网宽带等网络传输方式成为关注焦点。编解码方面，H.265、AVS 2成为超高清视频编解码的主要选择，H.265（HEVC）可以在维持画质基本不变的前提下，让数据传输宽带减少至H.264的一半，支持最高为7680*4320的分辨率，H.265还具有可变量的尺寸转换（从4x4到32x32）、四叉树结构的预测区域（从64x64到4x4）、多种帧内预测模式、精准的运动补偿滤波器等特性，AVS 2由我国数字音频解码技术标准工作组制定，性能与HEVC相当，成为我国自主的编解码标准；网络传输方面，有线电视、IPTV、卫星广播、地面广播是网络传输的主要方式，使用H.265或与之相当的编码方式，在保证超高清视频体验的前提下，4K码流大概为30~50Mbps，8K码流大概为100~150Mbps。在我国，IPTV和有线电视成为主要网络传输方式，我国光纤宽带和蜂窝网络覆盖全球领先，广电获得5G牌照，未来5G有望成为超高清视频网络传输的新选择。
在终端呈现方面，高分辨率、HDR、智能用户交互成为发展趋势。目前4K电视已经成为主流，中国市场60%以上已是4K分辨率，而8K电视仍以展示为主。显示面板方面，高对比度、高色深、高色域、高刷新率成为关键性指标。良好的HDR体验要将面板的对比度提升至10000:1及以上，LCD面板达到1000尼特峰值亮度，但我国市面上大部分电视仅仅能够达到400尼特左右。主控芯片方面，更高的编解码能力和人工智能成为未来的发展方向。CPU、GPU、编解码芯片、数据接口将均集成于电视机、机顶盒SoC芯片内，基于未来语音、图像的智能交互，神经网络等人工智能算法将从芯片层面给予支持。专用图像处理芯片方面，由于对画面的处理能力要求更高，色彩控制、锐度处理等图像处理功能将更多采用独立的图像处理芯片，如索尼、三星等，我国电视的画质处理更多以软件方式实现。目前我国4K电视产量全球占比42%，国内销量占比60%，远超国际平均水平，国产机顶盒SoC芯片国内市场占有率超7成，电视机SoC占比20%，
作者简介
宫政，毕业于北京航空航天大学，博士学位，现就职于中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所，主要研究领域为超高清视频、车联网、虚拟/增强现实、5G。
联系方式：gongzheng@caict.ac.cn
李浩然，毕业于波士顿大学，硕士学位，现就职于中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所，主要研究领域为超高清视频。
联系方式：lihaoran@caict.ac.cn
校 审 | 陈 力、 珊 珊
编 辑 | 凌 霄
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