4K超清光传输生态系统概况

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认知数字像素分辨率：

首先从分辨率(数字像素)角度来讲，从标清时代走到高清，从720x576到现在的1920x1080，宽高比从4:3到16:9，这个是大家比较熟悉的，4K实际上是建立在高清基础之上的，大家称之为“超高清”UltraHD，从720x576的40万像素，到高清1920x1080的两千万左右像素。到了4K来讲，大家的分辨率在高清基础上上升了4倍，从1920x1080（1080p60）变成了3840x2160（2160p60）（请参考图1），也就是水平是1920x2，垂直是1080x2，分辨率整整上升了4倍，什么没有变呢，就是宽高比没有变，还是16比9，为什么叫QFHD，Q是QUAD，它指的是4倍，F就是FULL，就是全4倍的全高清。

目前市场上主流的4K超高清基带信号有两种：面向影片工业的6G/12G-SDI数字串行超高清基带信号，例如面向广播级市场，应用场景多在电视台，演播室等； 面向消费类终端的并行HDMI1.4/2.0 超高清基带信号, 例如消费级别摄像机，游戏机，高清数字机顶盒等数字视频输出，以下分别简单先容。

数字视频SDI 接口：

SDI接口是数字分量串行接口(serial digital interface)的首字母缩写，是由SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)组织制定的一种数字视频接口标准。SMPTE是一个专门负责编制SDI标准的国际组织，目前所有的SDI标准都是由它制定的。

。 该串行接口是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理, 它属于数字基带信号。SMPTE组织在2015年正式发布了串行数据接口的6G-SDI和12G-SDI（请参考图2）。6G-SDI面向2160p30的应用，对应每秒30帧画面的刷新。 而12G-SDI面向2160p60（俗称真4K）的应用，对应着每秒60帧画面的刷新。

标准	名称	发布时间	工作速率	数字视频格式
SMPTE 424M	3G-SDI	2006	2.97 Gbit/s	1080p60
SMPTE ST-2081	6G-SDI	2015	6 Gbit/s	2160p30
SMPTE ST-2082	12G-SDI	2015	12 Gbit/s	2160p60（真4K）

                                                        

数字视频HDMI接口:

HDMI 1.4标准是09年发布了，目前支撑的设备有很多，主要是面向最高支撑4K × 2K (3840×2160p@30帧 或 4096×2160p@24帧)的应用， 数字数据每通道340mbps, 所以汇聚的总带宽为 = 10.2Gbps; HDMI 2.0标准是13年9月发布，面向每秒60帧的4K超清画幅（2160p）的应用， 数字数据每通道600mbps, 所以汇聚的总带宽为  = 18Gbps

标准	发布时间	工作速率	数字视频格式
HDMI1.4	2009	10.2Gbit/s	2160p30
HDMI2.0	2013	18 Gbit/s	2160p60（真4K）

4K超高清电视生态系统包括:

4K 超高清基带信号的应用场景，片源制作过程：

影片工业和广播电台等场景进行4K节目录制的时候，多数采用专业的4K高清摄像和编制系统，目前市面上的高清4K专业摄像机多数采用4路BNC同时传送12G SDI高清信号，属于4x 3G-SDI并行模式，如SONYPMW-F55 4K摄像机目前均采用这样的数字视频接口。目前是4K高清视频，在转播中试过60米优质电缆还是能满足传送，一路的3G SDI信号拉到60米就接近极限，否则影像质量会有问题。

千兆、百兆光纤入户，满足4K时代的宽带业务发展:
4K运营直播一般采取30Mbps码流，CBR方式带宽保证；点播一般采取25Mbps码流，采取VBR方式，随画面内容的变化，带宽有变化，正常观看时的带宽需要码流的1.5倍，即37.5Mbps。为了更好的满足4K操作响应，如直播频道切换时间小于500ms，则需要56Mbps带宽，又如4K点播小于1s加载以及快进快退，则需要100Mbps带宽。互联网业务正逐步普及100Mbps业务，为了提供最佳体验，1路4K需要100M以上带宽，综合考虑，4K时代需要百兆、千兆光纤入户。中国联通全面响应国家宽带提速战略要求，2014年启动网络光纤化改造，目前已经建成7个全光网络省、118个全光网络市。北方2016年上半年完成一期光改建设，2016年底前将全面完成二期光改建设。南方在2016年底前，将基本完成光改一期建设，除个别省外2017年基本完成光改二期建设。接入网光纤化改造工作，从网络层面保证了联通TV业务的顺利发展。

4K超高清压缩编码方式：

4K电视基带信号的码率很高，传输和存储之前均需对其进行压缩，常用的压缩编码算法为HEVC/H.265。在测试编码环节时，应关注编码数据格式的合规性，通过主、客观图像质量评价手段评估编码过程产生的图像质量损伤。2012年8月，爱立信企业推出了首款H.265编解码器，而在仅仅六个月之后，国际电联(ITU)就正式批准通过了HEVC/H.265标准，标准全称为高效视频编码(High Efficiency Video Coding)，相较于之前的H.264标准有了相当大的改善，中国HUAWEI企业拥有最多的核心专利，是该标准的主导者。H.265旨在在有限带宽下传输更高质量的网络视频，仅需原先的一半带宽即可播放相同质量的视频。这也意味着。H.265标准也同时支撑4K(4096×2160)和8K(8192×4320)超高清视频。可以说，H.265标准让网络视频跟上了显示屏“高分辨率化”的脚步。可能在几个月内，你就能看到支撑H.265解码的设备上市了(如智能手机、显卡等)。H.264统治了过去的五年，而未来的五年甚至十年，H.265很可能将会成为主流。

4K超高清流媒体：

流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如：音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。流媒体实现的关键技术就是流式传输。流式传输定义很广泛，主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。其特定含义为通过Internet 将影视节目传送到PC机。实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Real time streaming）和顺序流式传输（progressive streaming）顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，在传输期间不根据用户连接的速度对下载顺序做调整。实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。实时流式传输根据网络情况调整输出音视频的质量从而实现媒体的持续的实时传送，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。

一般说来，如视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法依赖你的需求。当然，流式文件也支撑在播放前完全下载到硬盘。

4K视频产业链发展：

4K意味着更高的分辨率、更高的帧率、更丰富的色域和更平滑的色深，在发展过程中必然会对联通乃至全产业链提出更高的要求。视频分辨率需求将从当前的标清内容为主，转向高品质、全高清内容。4K视频的高清晰、高码率并不是通过牺牲流畅性为代价的，用户期待的仍然是零等待的高清内容服务。这意味着在片源质量、终端支撑、传送带宽、编码技术等方面需要全面提升，产业链协同发展才能满足新市场的发展要求。2014年，4K电视的出货量超过640万台，而中国4K市场占全球的60%以上。无论是外资品牌还是国产品牌，4K都是电视圈一个火热的话题，4K之所以引起讨论的原因不仅仅是逐渐开始流行，更多的是人们对4K资源的质疑，很多用户担心花更多的钱购买了4K电视，却没有4K级别的内容可看，从某种程度上算是一种浪费，大家一直期许4K的前途是光明的，但终究没人能给出一个更确切的时间。然而，如今光纤的快速普及，以及存储介质价格的下跌，H.265编码的普及，使得网络传输和存储介质等问题逐渐得到了解决。在这样一个日益发达的网络时代，未来4K影片的在线发行指日可待。