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从未如此之近日本NHK的8K放送实用化之路

日期:2018-12-6(原创文章,禁止转载)

从未如此之近 日本NHK的8K放送实用化之路

从未如此之近 日本NHK的8K放送实用化之路

2016-09-21 09:46:48  来源: ITmedia 天野透   浏览:

尽管4K广播的实用化依然遥遥无期,但日本已经在加紧8K广播放送技术的研究。索尼和松下都预计在2020年左右推出8K电视,并合作开发8K技术。日本放送协会即NHK,也在8K广播放送技术领域取得了一连串的突破。只是在国内这些消息并未收到重视,这也是为什么我们选择编译这篇文章,《麻仓怜士的「数字生死本」:走向8K实用化的技术群——从公开的研究技术看8K广播的实现性。》  前言  题目是以8K为中心的「即将面临的未来」。麻仓怜士先生在NHK开发中心看到了单板全画幅8K照相机以及全息储存器(hologram memory),还有8K地面电视广播和次世代编解码器等。从今年的8K展示会来看,能给我们带来什么样的未来呢。  全新的8K图像传感器  麻仓:这次我们要说不久的将来就能实现的8K话题。之前我们有过一个介绍,NHK之前的研究重点是8K,而今年已经转向以立体化为新的中心,也就是说8K作为研究对象已经有很高的完成度了。8K自去年开始已经完成了影像编辑、传输、播放这一连串流程,已经达到了实用化的程度,所以研究计划已经接近尾声。  ——今后8K的开发主题就是以「把稳定性和高效率,统一化这些东西提高上去」。  麻仓:以这个为前提,NHK研究所今后的8K研究到底要主攻什么方向呢,就在这次的技研里给大家公开。一个是8K的提高。现行高清最低的扫描线是650根,接着就是720然后到1080。而现在的8K还处于720p的阶段。现在离实用化还很远,所以今后就是以“真正的8K”这个方案为主题发展。  要把8K提高上去,首先要说的就是BT.2020。这里说的可不是HDR(高动态光照渲染),这里指的是色域,还有高动态范围并具有8K的解像度,帧数基本在60到120fps。而事实上现在电视的状况是所有的设备都没有达到BT.2020,帧数只是达到了60fps。用3个等级来划分的话也只是最下面的那个等级丹寨县公立儿童癫痫治疗医院。而这次要展示的就是如何达到第一、第二这个等级的要点。而在这里划开分水岭的就是ASTRODESIGN公司生产的8K摄像机。  (图为ASTRODESIGN公司打造的“全幅8K”单板摄像机)  ——ASTRODESIGN公司是为NHK提供最新摄像机技术的研究开发集团吧。  麻仓:一直以来单板摄像机用的是双绿(Dual Green)的方法成像,8K的3300万像素里面的红绿蓝三色的分配都是不平均的,是以减少绿色以外的颜色手法来实现增加像素感。而这次摄像机是1个像素里使用三色平均的方式来保持8K的画质。也就是说这次用的是一个1亿3000万像素的CMOS,各自还配置了同等数量的滤色镜。  ——这次绿色的有6600万个,红与蓝每个有3300万吧,这真的是一个很大的进步啊。  (总像素1亿3000万的新CMOS)  麻仓:CMOS是前年的时候开发出来的,于去年的「NAB show」上面被公布发表出来。这有什么厉害的地方呢,就是能把单板摄像机的RGB 3个板式表现不出来的解像度带出来。而这次测试使用的是,把实时拍摄的迷你风景模型在实时的85英寸8K播放器上面再现。最后出来的映像在色彩的深度、彩度、还有阶调感都有很丰富的表现。而且摄像头用的还是4K同样的设备,从今以后这个相机应该会在很多地方发挥作用吧。这个小东西有着很大的优势,在8K的视频制作中给了很大的助力。  这个摄像机不只是在颜色的全幅解像度上很给力,也对应HDR摄影。虽然8K的HDR映像在2015年的「CEATEC JAPAN」上以Hybrid Log Gamma(索尼给出来的标准,由NHK注册以下简称HLG)第一次被展现过,但是这次技研公开里面作为8K的新趋势,在HLG下以动态范围扩张做展示。在前所未有的色彩延伸度和解像度以及加上HDR的情况下,更加强了8K的鲜活感和现实感。这些8K HDR影像是在单板摄像头下很好地拍出来的。  ——这正是8K时代所追求的摄像机啊,这摄像机以后活跃的地方将会更多吧。  麻仓:只是帧数还是停留在60fps。今后要迈向120fps并且保持8K的水准。看到这你就知道「8K提高」是什么回事河南省小儿羊羔疯治疗最好的医院了。  (展示新CMOS优越性的解说板。并列配置上用了4个亚像素来实现全色彩表现,如图中的右上方所示一直以来的单板方式的像素配置下,事实上用全色表现的话只有4K量的数据)  麻仓:而次世代CMOS图像传感器的登场也是给人留下了很大的印象。刚刚的是ASTRODESIGN的单板式摄像机,而这部的是背面照射型的3CCD(3板)式的8K传感器,能够毫不漏网地把光线捕抓到。  (与静冈大学共同开发的超小型背面反射型8K图像传感器以及解说板。因为只有10日元的大小所以与3CCD配合也小了很多)  ——所谓的背光反射就是感应层在回路层上面吧,光线和感应之间没有障碍物的芯片吧。索尼的「Exmor R」等都有听过,而这次这个有什么厉害之处呢。  全息存储技术  麻仓:实现了能够快速拍摄的高解像度影像后,下一步就是解决储存问题了。而与之对应的就是新的光盘储存,全息储存技术了。  ——全息储存是去年公布后展示的东西吧。去年的时候在一个3cm的四方透明物体里面居然创下了能够储存75G大容量记录而备受瞩目了。好像那时候麻仓先生说过「这是一个“新酒换新瓶”的新时代媒介」。  麻仓:和去年一出场就备受瞩目的东西相比较,可以看到今年有几个不同点。去年是技研中心自己独立开发的,而今年是和日立制作所还有日立LG数据保管合作的。而展示的正是和这2家公司合作开发的光盘。外形变成了圆盘形,镭射的波长从去年的绿色532nm变成了今年的蓝色405nm。和DVD、BD的进步一样,多亏了波长变短把容量提升了。  因为法律规定,广播类视频有义务必须要永久保存,所以必须要把资料放到储存媒体里面去,而作为一般的理想大容量存储器HDD,如果长期不通电保存的话资料就会消失不见了。这是以前遗留下来的技术挑战,就算把BD多层化容量也多不了哪里去,而决定性的东西也还没有消息。  所以鉴于以上的问题,次世代储存媒介的真命天子果然还是全息光盘了。这次展示的光盘直径为13cm,而拥有着2TB的容量。这是3层BD(100G)的20倍。和现行的光盘一样,HDD的弱点是寿命只有50年。而且依照今后开发的特点是小型化,这应该是今后8K储存媒介的决定性版本了。  (新的全息光盘成了我们司空见惯的圆盘形。直径为13cm,因为还是研究阶段的试验品,所以外观并没有什么意义)  (把箭头部分扩大后,因为是全息光盘,根据光照的角度不同所以能隐约看见读取点)  次世代地面播放系统  ——我个人比较在意的是8K的广播。而且看来NHK是打算把地面数字广播做成8K化了。  麻仓:那好吧,我们接下来就介绍一下「次世代地面播放系统」吧。地面广播作为次世代的广播会有什么样的动作呢,到现在为止还没有比较官方的讨论。但是考虑到今后会开展实行BS和UHD(4K,8K)的行动,地面数字广播应该不会低于1440P的。  关于地面数字广播进化的要点,首先就是4K和8K的问题,那个问题的话果然还是要说N果洛藏族自治州久治县哪里能看母猪疯HK(长期对8K投入)。这里面的问题就是地面传输的传出容量会有限制。比起BS和CS这些卫星传输的容量更是一个很严重的问题,把这些问题解决的过程是一个看点。  ——地面数字电视还没有实现全HD化的原因是现在电波的带宽都被用满了吧。而要再把质量提高上去,只能靠物理上把带宽加宽或者是把数据给有效的利用吧。  麻仓:虽然在去年的时候已经有技术上的提议了,把现行的只有横向的偏波方向以纵横形式往3次元方向扩张。也就是物理上增加宽带的做法了。而其实今年的时候已经尝试过和现在的做法一样以平面波的形式传输。虽然没有说是不是要利用纵横方式,不过基本还是和现行的方式一样。  问题果然还是传输量上面了。去年的时候虽然能够确保带宽在80Mbps,但是今年却降低到35Mbps了。现在只能依靠HEVC的次世代解偏码器来弥补这个问题的同时,还要让信号强化来解决。在信号波上面从去年的64QAM大幅细分到今年的4096QAM,总之就是打算多发送数量,然后从中得到特性好的这个方针。  还有一个就是各个频道的分割也向着次世代的方向细分化。现行的地面数字段数为13,而次世代为35。这样的话不只是画质变得更好,而且还能提供多面性的服务,极端一点的说法就是能让35个段数都全部用上。BS的8K广播是从2016年开始做实验,预料可能会在2018年开始正式的进行广播,果然地上广播还是能够在预料中的某个时期实现8K化的。  (次世代地面数字广播的梗概。眼下的课题是把传送的数据量进行有效率的压缩。NHK正认真地实行4K或者8K的地面数字高清广播)  (将会成为信号传送高效化的关键,4096QAM化。去年的64QAM是8阶段与8阶段的组合,而今年这是64与64组合成4096QAM)  (现行的地面数字电视带宽(橙色)与研究中的扩张带宽(黄色)比较。看图片感觉扩张的幅度很少,但是这些细小的峰点每一个都有着4096QAM的情报量。把传送的量大大的增加)  麻仓:这里展示了,为了实现次世代广播而开发的次世代解编码器。现在的Ultra HD Blu-ray等用的是非官方标准的HEVC方式,而现在目标是到2020年以后,要开发出超越这个的高效率解编码器JVET。  ——在电视台有很多还用着旧世代的MPEG-2吧。与HEVC比较的话压缩效率还有画质的差距也很明显。  麻仓:MPEG-2是在92年,MPEG-4是在94年,而HEVC是在2012年被开发出来的,解编码器的开发周期一般为10年左右。所以基于这个准则,次世代的解编码器才把2022年为广西治疗癫痫病正规医院目标吧。一直以来每一次解编码器的时代更替都是以倍速在加强,为了达到某一个标准所以这次就先达到增加30%的这个程度为目标。  这次新的解编码器貌似要活用互联网。像VOD这种通过网络提供服务的,能够把繁重的操作在最开始的时候处理好,从而实现数据传送的轻量化。这么看来利用这个技术在2020年代实现地面数字广播,然后在2030年代的时候估计能实现立体(视频)广播了。而我最后能做的就是看着这个技术的发展  (现在各种研究方向正向着8K靠近,把4K尝试着进行超高解像化然后变成8K的研究也在进行着。照片是麻仓先生正在听取有关8K超高解像的研究)  麻仓:新的CMOS的重点在于传感器的体积很小。大小为三分之二英寸,点距为1.1μm,能充分地对应帧率为240Hz。影像因为解像度变高也会对晃动敏感。尤其是8K的状态下轻微的晃动都会把高解像度给浪费掉,所以帧率是很重要的。可是因为解像度和帧速率会直接反映在数据量上面,所以要实现高速读写就变得越来越难了,现在要把8K达到240fps的实用化,基本上是还没有可能。但是因为有划时代的新传感器,才把小型化和高速化同时实现了。  因为这个CMOS是和静冈大学共同研究开发的,所以这里面有着某种历史的故事。静冈大学工学系的前身是旧滨松高等工业学校,它是世界的电视发祥地。日本的电视之父高柳健次郎先生在1926年的时候第一次以电视播放的形式向世界送出了片假名里面的「イ」(发音yi),于是世界的电视大门被打开了。所以创建了电视新时代的NHK,才会与电视广播的发祥地静冈大学合作研究。  (在静冈大学设立的NHK研究所受到IEEE标准的承认,这里不只是技术,还有历史的浪漫性在里面  柔性屏幕的未来  ——关于8K的放映设备,从去年开始就展示了有300英寸的特大银幕,今年也有很多有意思的东西吧。  麻仓:今年比较吸引人眼球的东西放在了1楼,而我比较有兴趣的是超薄型8K显示器。这是由NHK,ASTRODESIGN,LG三家公司开发,而驱动则是由NHK和ASTRODESIGN负责。OLED比液晶更加柔软,不只是单纯的薄,将来还能卷起来。  (在1楼展示的是巨大的轻薄型显示器。把4个4K OLED显示器拼起来然后演示8K。旁边放在镜子用展示其薄的程度)  麻仓:底下更加有意思。展示的是能够卷起来的OLED,这里重点是并不是玻璃的基板,而是在胶片上做的基板。以前把IGZO构造的氧化物TFT在高温真空的环境下让溶剂蒸发,但是新的技术下已经可以在常温的空气环境中往屏幕以及胶片上涂抹,而且能用加热板再让其蒸发然后取下来。  (在胶片上做的IGZO电路板。原理就像喷墨打印机一样,把CAD数据像在纸上印刷一样地布置电路)  (利用新的技术涂抹溶剂。就像做煎饼一样地在加热板上垫着溶剂,然后轻轻地以旋转的方式让溶剂散开。无需一直以来的真空蒸镀锅)  麻仓:而问题就是怎么样去掉杂质。要实现商品化的境界线是电子迁移率为10[cm2/Vs]这个数字,但是IGZO还没有除掉杂质也只有1.8的程度,还没有达到2成,而现在展示的新技术同样的还没有处理杂质也提升到了5的程度了。而且OLED还有会因为氧气和水变得老化的问题。一直以来是黏贴在玻璃板上面以防止氧气的进入,而在新技术之下直接在OLED上面涂抹隔绝空气的材料,所以能够飞跃性地延长显示器的生命。所以才能把这大画面8K OLED变成荧幕化的。就如一些人说的,非常巨大的显示器在不使用的时候只会成为碍眼的东西。要实现室内性(日本很多时候房子很小)和画面性这些问题,果然有必要把大画面能够像银幕一样卷起来的,而为了实现这个问题OLED和IGZO、TFT等基础技术是有必要的。  (能够卷起来的OLED屏幕不使用玻璃保护层。为此研究了更加不容易老化的OLED,这次为重新构思,还有把OLED层构造反过来用的提案)  (一般构造的OLED与相反构造的相比较,两边都没有处理杂质。一般的在21天的时候已经完全老化,而相反构造的即使经过了57天依然还是保持着良好的状态)  (未处理杂质的新型OLED显示器的耐久测试。虽然能看见亮点和线但是比以往的要好很多)  ——那么今后在黑暗环境中不用安装投影仪,直接使用OLED就能看到大画面的生活还是很有机会普及化吧。  麻仓:8K不只是一种媒体的延长。假如OLED荧幕真的实现的话,电影以及旅游节目就可以以大型曲屏的方式去观看,媒体生活将会有多彩的变化。考虑到这些问题,曲屏显示器也是很受人瞩目的。 【 延伸阅读 】 

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