Телевидение сверхвысокой чёткости

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «UHDTV»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
На схеме показаны разрешения форматов 8K UHDTV, 4K UHDTV, HDTV (1080p) и SDTV
Диаграмма цветового пространства CIE 1931 XYZ, которая показывает цветовое пространство Рекомендации ITU Rec. 2020 (UHDTV) в наружном треугольнике и цветовое пространство Rec. 709 (HDTV) во внутреннем треугольнике. Обе рекомендации Rec. 2020 и Rec. 709 для опорного белого используют цвет CIE D65.

Телевидение сверхвысокой чёткости, ТСВЧ (англ. Ultra High Definition Television, UHDTV) — разновидность телевизионных стандартов разложения, обеспечивающих чёткость изображения, многократно превышающую как телевидение стандартной, так и высокой чёткости, а также большинство современных кинематографических стандартов. Другие названия — Ultra HD и Ultra High Definition Video (UHDV).

Телевидение сверхвысокой чёткости включает в себя два цифровых стандарта — 4K UHDTV (2160p) и 8K UHDTV (4320p), предложенных «NHK Science & Technical Research Laboratories» и принятых Международным союзом электросвязи в августе 2012 года в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р BT.2020[1]. Японская телекомпания NHK первой реализовала на практике систему телевидения с разложением изображения по стандарту 7680×4320 пикселей[2].

История[править | править код]

  • Первая единая мировая рекомендация МСЭ-Р BT.1201 о системах передачи изображений сверхвысокой чёткости была разработана в 1994 году 11-й исследовательской комиссией МККР под председательством российского учёного Марка Кривошеева[3].
  • В сентябре 2003 года телекомпанией NHK была завершена разработка экспериментальной системы UHDTV[4].
  • В ноябре 2005 года NHK впервые продемонстрировала прямую трансляцию программы UHDTV на расстояние 260 км по волоконно-оптической линии связи с использованием спектрального уплотнения каналов DWDM.
  • 31 декабря 2006 года NHK провела прямую трансляцию с показом на 450 дюймовом (11,4 м) экране в Осаке ежегодного музыкального шоу Kōhaku Uta Gassen из Токио по протоколу IP[5].
  • В 2007 году SMPTE утвердило «Стандарт 2036» для UHDTV[6] Было определено два уровня для UHDTV, которые называются UHDTV1 (3840×2160 или 4K UHDTV) и UHDTV2 (7680×4320 или 8K UHDTV)[6][7]. До 2011 года в UHDTV допускались кадровые частоты 24, 25, 50 и 60 кадров в секунду[8].
  • В 2008 году «Aptina Imaging» заявила о выпуске нового КМОП-сенсора, специально разработанного для проекта UHDTV NHK[9]. Во время ежегодной выставки IBC 2008 компании NHK (Япония), RAI (Италия), BSkyB, Sony, Samsung, Panasonic Corporation, корпорация Sharp и Toshiba (с различными партнерами) продемонстрировали первую в истории публичную прямую трансляцию UHDTV из Лондона до места проведения конференции в Амстердаме[10][11].
  • 29 сентября 2010 года NHK записали выступление группы «The Charlatans» в Великобритании в формате UHDTV, и затем провели трансляцию через интернет в Японии[12].
  • Во время летних Олимпийских игр 2012 в Великобритании стандарт был публично продемонстрирован крупнейшей телекомпанией мира BBC[13], которая установила 15-метровые экраны в Лондоне, Глазго и Брадфорде, чтобы позволить зрителям оценить уникальное зрелище игр в сверхвысокой чёткости[14][15][16].
  • 22 августа 2012 года корпорация LG анонсировала первый в мире 3D телевизор с поддержкой системы 4K UHDTV[17].
  • 23 августа 2012 года UHDTV был официально утверждён в качестве стандарта Международным союзом электросвязи[1][18].
  • 18 октября 2012 года Ассоциация производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Association, CEA) объявила, что голосованием Совета лидеров отрасли CEA единогласно принят термин «Ultra High-Definition» или «Ultra HD», который будет использован для мониторов, проекторов и телевизоров с разрешением не менее 8 мегапикселей. Минимальные технические требования для получения логотипа «Ultra HD» включают: разрешение экрана не менее 3840 пикселей по горизонтали и не менее 2160 по вертикали, наличие хотя бы одного цифрового входа с поддержкой видеосигнала с разрешением 3840×2160 пикселей и соотношение сторон экрана 16:9[19][20][21][22].
  • 19 апреля 2013 года спутниковым оператором SES была запущена первая UHDTV трансляция со спутника «Астра» 19,2° в. д.[23][24]
  • 27 июня 2013 года спутниковый оператор «Триколор ТВ» впервые в России осуществил публичную спутниковую телевизионную трансляцию в формате 4K UHDTV[25]. Для прямой спутниковой трансляции контента UHDTV использовался 34 транспондер спутника Eutelsat 36A. Данные в MPEG-4 были переданы со скоростью 40 Мбит/с, при частоте 25 кадров в секунду с разрешением изображения 3840×2160 пикселей, что в 4 раза выше, чем у кадра стандарта FullHD (1920×1080). Для публичной трансляции телеканалом Russian Travel Guide (RTG) был подготовлен специальный 19-минутный ролик об экстремальных видах спорта в России, снятый видеокамерой с разрешением 4К[26]. В качестве средства отображения использован телевизор соответствующего разрешения LG 84LM960V с диагональю 84 дюйма[25].
  • 7 февраля 2014 года телекомпания «НТВ-Плюс» осуществила тестовую UHD-трансляцию церемонии открытия Олимпийских игр в Сочи. С помощью энкодера компании «Elemental Live» и видеодекодера «Broadcom» была разработана технология формирования в реальном времени 4К HEVC-потока. В процессе реализации проекта были задействованы цифровые камеры «Sony PMW-F55 Cine Alta 4K», а демонстрация осуществлялась на 65-дюймовом 4К-телевизоре Panasonic[27].
  • 24 июня 2014 года CEA были расширены характеристики и утверждены маркетинговые термины «Ultra High-Definition», «Ultra HD», или «UHD», которые также могут сочетаться в различных модификациях, например «Ultra High-Definition TV 4K».[28]. Также для доставки видео сверхвысокой чёткости по сети Интернет определён видеокодек HEVC.

Технические характеристики[править | править код]

Европейский вещательный союз в 2014 году выпустил предписание для телевидения сверхвысокой чёткости, которое предназначено для стратегического планирования с целью усовершенствования технических параметров, в том числе повышение чёткости, увеличение частоты кадросмен, расширение динамического диапазона и цветового охвата изображения, совершенствование технологий передачи звука[29].

UHDTV UHDTV-1 UHDTV-2
Внедрение 2014—2015 2017—2018 2020 и далее
Разрешение 3840×2160 3840×2160 7680×4320
Кадровая частота 50 и 60 Гц 100 и 120 Гц 100 и 120 Гц
Развёртка Прогрессивная Прогрессивная Прогрессивная
Глубина цвета 8 бит распространение,
10 бит производство
10, 12 бит 10, 12, 14 бит
Цветовое пространство МСЭ-Р BT.709 МСЭ-Р BT.2020 МСЭ-Р BT.2020
Динамический диапазон Стандартный Высокий (HDR) Высокий (HDR)
Дискретизация 4:2:0 (распространение),
4:2:2, 4:4:4 производство
4:2:0 (распространение),
4:2:2, 4:4:4 производство
4:2:0 (распространение),
4:2:2, 4:4:4 производство
Соотношение сторон 16:9 16:9 16:9
Видеокодек HEVC Main 10 (распространение),
XAVC производство
HEVC Main 10 (распространение),
XAVC производство
Будет определён позже
Аудиоформат 5.1 Выше 5.1 22.2

Разрешение[править | править код]

Минимальное разрешение UHDTV — 3840×2160 пикселей (8,3 мегапикселя), что ровно вчетверо больше FullHD (1080p).

UHDTV предусматривает до 33 миллионов элементов изображения с максимальным разрешением до 7680×4320.

Для сравнения, кадр телевидения высокой чёткости в максимальном качестве FullHD (1080p) состоит из 2 миллионов пикселей (1920×1080), а классический телевизионный стандарт эквивалентен 400 тысячам пикселей (720×576).

Разрешающая способность телевидения сверхвысокой чёткости превышает в том числе разрешение существующих стандартов цифрового кинематографа: например, большинство цифровых кинопроекторов в кинотеатрах поддерживают разрешение 2К, составляющее 2048×1080 пикселей. Сопоставимым разрешением обладают сравнительно немногочисленные проекторы 4K, устанавливаемые в некоторых цифровых кинотеатрах IMAX[30].

UHDTV1[править | править код]

UHDTV1 (3840×2160 пикселей) — формат изображения, заданный стандартом SMPTE ST 2036-1. Основан на рекомендации МСЭ-Р BT.2020 для описания цветовых параметров кодирования изображения. Иногда сокращается до «UHD-1».[31]

«4К» — маркетинговый термин, используемый для описания изображений с разрешением 4096×2160 пикселей. В 2014 году утверждён CEA применительно к стандарту UHDTV1 с разрешением 3840×2160 пикселей, с возможностью применения в различных модификациях: «4K Ultra High-Definition», «4K UHD», «Ultra High-Definition TV 4K», «4K Ultra HD»[28].

UHDTV2[править | править код]

UHDTV2 (7680×4320 пикселей) — формат изображения, заданный стандартом SMPTE ST 2036-1. Основан на рекомендации МСЭ-Р BT.2020 для описания цветовых параметров кодирования изображения. Иногда сокращается до «UHD-2».[31] Разрешающая способность этого стандарта считается сопоставимой с киноплёнкой формата IMAX 15/70, и по информационной ёмкости примерно в 16 раз превосходит телевидение высокой чёткости HDTV[30].

«8K» — неформальный маркетинговый термин, используемый для описания изображений с разрешением 7680×4320 пикселей.

5K (разрешение)[править | править код]

«5K» — маркетинговый термин для телевизоров с разрешением 5120×2160 пикселей.

Интерфейсы[править | править код]

HDMI[править | править код]

HDMI 1.4[править | править код]

Интерфейс HDMI версии 1.4b был разработан и представлен в 2009 году для передачи стереоизображения 1080p с максимальной пропускной способностью 10,2 Гбит/с. При этом в спецификации указана поддержка разрешений 4K — то есть для вывода изображения с разрешением выше 1080p:

HDMI 2.0[править | править код]

Для передачи сигналов разработан интерфейс HDMI 2.0 с пропускной способностью до 18 Гбит/с . Среди функциональных возможностей интерфейса для передачи видео и аудио имеются следующие характеристики[32]:

  • передача видео с разрешением 4К (2160p) и частотой кадров 50 или 60 кадров в секунду;
  • поддержка Рекомендации МСЭ-Р BT.2020 с глубиной цвета 10 или более бит;
  • видеоформаты, определённые в рекомендации BT.2020 и поддерживаемые в спецификации HDMI 2.0:
    • 2160p, 10/12 бит, 24/25/30 Гц, RGB/4:2:2/4:4:4;
    • 2160p, 10/12 бит, 50/60 Гц, 4:2:0/4:2:2;
  • передача до 32 аудиоканалов;
  • частота дискретизации звука до 1536 кГц;
  • одновременная передача двух видеопотоков для нескольких пользователей на одном экране;
  • одновременная передача многопотокового аудио нескольким пользователям (до 4);
  • поддержка широкоэкранного «кинотеатрального» соотношения сторон видео 21:9;
  • динамическая синхронизация видео и аудио потоков.

HDMI 2.0 не определяет новые кабели или новые разъёмы. Текущие высокоскоростные кабели (2-я категория кабеля) имеют достаточную пропускную способность.

Видеоформаты, поддерживаемые в спецификации HDMI 2.0
Формат\Глубина цвета 8 бит 10 бит 12 бит 16 бит
4K@24 RGB
4:4:4
RGB
4:4:4
RGB
4:4:4
4:2:2
RGB
4:4:4
4K@25
4K@30
4K@50 RGB
4:4:4
4:2:0
4:2:0 4:2:2
4:2:0
4:2:0
4K@60

Display Port[править | править код]

Порт DisplayPort версии 1.2a имеет пропускную способностью 21,6 Гбит/с, что позволяет подключать монитор с разрешением до 3840×2400 или 3D-монитор с кадровой частотой 120 Гц и разрешением 2560×1600 пикселей.

Стандарт DisplayPort версии 1.3 опубликован 15 сентября 2014 года[33]. Он поддерживает передачу данных с полосой пропускания до 32,4 Гбит/с, что позволяет передать:

  • изображение для мониторов в формате 5K (5120×2880 пикселей) в цветовом пространстве RGB;
  • видео 8K с разрешением 7680×4320 пикселей (16:9, 33,18 мегапикселей) или 8192×4320 пикселей (~17:9, 35,39 мегапикселей) с цветовой субдискретизацией 4:2:0;
  • изображение для двух мониторов 4K (3840×2160 px) с кадровой частотой 60 Гц в цветовом пространстве RGB 24 бита;
  • 4K для стереодисплеев (3D);
  • комбинацию 4K и высокоскоростного интерфейса USB 3.0.

Стандарт имеет режим совместимости с 2.0 HDMI с защитой контента HDCP 2.2[34].

MHL 3.0[править | править код]

20 августа 2013 года была представлена спецификация 3.0 интерфейса MHL для подключения мобильных устройств к дисплеям и передачи аудио и видео с высоким разрешением[35]. Особенности спецификации MHL 3.0:

  • 4K (Ultra HD): Поддержка форматов 4К до 3840×2160 при кадровой частоте 30 Гц.;
  • технология защиты контента HDCP 2.2;
  • 7.1-канальный объёмный звук с Dolby TrueHD и DTS-HD;
  • поддержка одновременно нескольких дисплеев.

SDI 6G, 12G и 24G[править | править код]

Для профессионального применения используется интерфейс SDI, который будет расширен новыми стандартами SMPTE 2081 для передачи данных со скоростью 6 Гбит/с, 12 Гбит/с и 24 Гбит/с.[36] Для передачи могут использоваться коаксиальный кабели с одним, двумя или четырьмя физическими соединениями или волоконно-оптический кабель.

Super Hi-Vision[править | править код]

Камера NHK UHDTV

Компания NHK разработала формат вещания «Super Hi-Vision» с поддержкой разрешения 8K и многоканальным звуком стандарта 22.2[37]. Основные спецификации формата Super Hi-Vision:

  • разрешение: 7680×4320 пикселей;
  • глубина цвета: 10/12 бит на канал;
  • цветовое пространство Rec. 2020;
  • частота кадров: 60/120 кадров/с. (прогрессивная развёртка);
  • звук: 22.2-канальный;
  • полоса пропускания: 21 ГГц, 500—6600 Мбит/с.

При кадровой частоте 60 кадров в секунду час несжатого видео в формате UHDTV занимает около 25 ТБ, однако, используя алгоритмы сжатия, можно уменьшить размер до 300 ГБ. Предполагается, что UHDTV-изображение будет проецироваться на экран с диагональю до 11 м. Главными трудностями при разработке станут камера для записи и оборудование, способное передать несжатый поток данных на скорости 24 Гбит/с.

Основным разработчиком нового видеоформата является японская государственная телекомпания NHK. Определяющей целью работы над стандартом является достижение эффекта полного «погружения» в происходящее на экране. Технология UHDTV уже сегодня позволяет достичь угла обзора в 100° за счёт использования больших экранов, рассматриваемых с близкого расстояния.

Японское правительство намерено, совместно с частными компаниями, разработать стандарт видео сверхвысокой чёткости, передаёт AFP со ссылкой на местные СМИ. Власти планируют сделать стандарт международным и использовать его для вещания в 2015 году[38].

Не менее важным параметром нового UHDTV-стандарта является динамический диапазон изображения, то есть, контрастное соотношение. Человеческий глаз способен чувствовать контраст между самым ярким белым и самым тёмным цветами в отношении приблизительно 100 000:1. Кроме того, при разработке UHDTV учёные компании NHK сосредоточились и на достижении высокого качества звукового сопровождения. Новый стандарт звука получил обозначение 22.2. Десять динамиков должны находиться на уровне ушей, девять — уровнем выше и три — уровнем ниже. Два динамика отвечают за воспроизведение низкочастотных эффектов, и ещё один располагается на потолке[37]. Подобная звуковая система находится далеко за рамками современных систем многоканального звука 5.1 и 7.1.

Области применения UHDTV, по словам ученых NHK, различны: цифровой кинематограф, медицина, образование, искусство. Реальные тестовые показы возможностей UHDTV уже были проведены несколько раз. Самыми яркими стали показ UHDTV на выставке в Японии в 2005 году, когда технологию в действии увидели 1,5 млн посетителей, и представление демонстрационной UHDTV-системы на Международном конгрессе по вопросам телевещания (IBC) в Амстердаме (Голландия) в сентябре 2006 года.

Развитие ТСВЧ в СНГ[править | править код]

Россия[править | править код]

Первая публичная трансляция UHDTV в России была проведена 27 июня 2013 года спутниковым оператором «Триколор ТВ» в партнерстве с LG Electronics, Eutelsat, Ericsson и телеканалом Russian Travel Guide (RTG), входящим в холдинг Bridge Media[25]. 28 июня 2013 года представитель Eutelsat Ольга Попова в интервью «Интерфаксу» предположила, что телеканалы сверхвысокой чёткости (UHDTV) могут появиться в России в течение нескольких лет. Эту точку зрения поддержал вице-президент холдинга Bridge Media Фёдор Стрижков, который заявил, что холдинг готов запустить в производство 3—4 UHD-канала[39].

28 ноября 2013 года председатель Оргкомитета «Сочи 2014» Дмитрий Чернышенко рассказал, что на зимних олимпийских играх в Сочи в 2014 году впервые в истории олимпийских телетрансляций съёмка будет осуществляться в формате Super Hi-Vision.[40]

В октябре 2014 года в некоторых российских онлайн-кинотеатрах начнётся трансляция фильмов в формате Ultra HD 4K. О такой возможности заявили, в частности, представители «Аййо»[41] и Okko[42].

22 октября 2014 года «Триколор ТВ» запустил первый в России телеканал в формате Ultra HD 4K[43].

В начале августа 2016 года началось тестовое Ultra HD-вещание в формате DVB-T2 (кодек H.265) с Останкинской телебашни (Москва) на 58-м телевизионном канале[источник не указан 758 дней].

С 14 июня по 15 июля 2018 года Первый канал во время Чемпионата мира по футболу демонстрирует цифровое эфирное вещание в формате Ultra HD со спутника, по кабелю, через интернет и в тестовом режиме с Останкинской башни.

1 сентября 2018 года в Узбекистане был запущен первый на территории Центральной Азии и всего постсоветского пространства круглосуточный телеканал сверхвысокой четкости 4K — Lux.TV[источник?].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 BT.2020 : Parameter values for ultra high-definition television systems for production and international programme exchange, ITU (23 августа 2012). Проверено 24 августа 2012.
  2. Цифровые методы записи и воспроизведения видеоинформации, 2012, с. 30.
  3. Кривошеев, 2008, с. 31.
  4. M. Kanazawa, et al. (2003). «Ultrahigh-Definition Video System with 4000 Scanning Lines» (PDF) (NHK). Проверено 2008-03-12.
  5. Super Hi-Vision live relay over IP. NHK (3 апреля 2007). Проверено 15 января 2008. Архивировано 20 ноября 2012 года.
  6. 1 2 Beyond HD, Broadcast Engineering (1 ноября 2010). Проверено 11 мая 2012.
  7. Dr. Hans Hoffmann. More pixels More immersive television experience, EBU Technical (1 марта 2011), стр. 8—9. Проверено 11 мая 2012.
  8. David Wood. Beyond HDTV AT ITU-R, EBU Technical (1 декабря 2011), стр. 14. Проверено 11 мая 2012.
  9. «Aptina Imaging introduces new high performance cmos sensor for high definition broadcasting video camera».
  10. IBC Plans Two HD Firsts. AVS Forums (18 сентября 2008). Проверено 3 октября 2008. Архивировано 20 ноября 2012 года.
  11. Live super-HD TV to debut at IBC. Broadcast Now (27 мая 2008). Проверено 3 октября 2008. Архивировано 20 ноября 2012 года.
  12. 'Historic' broadcast of super HD from UK to Japan, BBC News (29 сентября 2010).
  13. BBC: World’s largest broadcaster & Most trusted media brand
  14. Sweney, Mark. BBC plans to use 3D and 'super hi-vision' for London Olympics, The Guardian (28 августа 2011).
  15. London's digital Olympics. The Telegraph. Проверено 23 августа 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
  16. Технологии будущего. Чем удивляет гостей Олимпиада-2012?. it.tut.by. Проверено 23 октября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
  17. LG launches world's first 84-inch UD 3D TV with unparallel picture quality, LG Newsroom (22 августа 2012). Проверено 24 августа 2012.
  18. Jay Alabaster. TV with 16 times resolution of HDTV passed by UN standards body, Techworld (23 августа 2012). Проверено 24 августа 2012.
  19. Consumer Electronics Industry Announces Ultra High-Definition
  20. Consumer Electronics Industry Announces Ultra High-Definition, CEA (18 октября 2012). Проверено 20 октября 2012.
  21. George Winslow. CEA Votes for Ultra High-Definition, Broadcasting & Cable (18 октября 2012). Проверено 20 октября 2012.
  22. Chris Tribbey. Consumer Electronics Association Gives 4K a Name, homemediamagazine.com (18 октября 2012). Проверено 22 октября 2012.
  23. News // SES.com, 19.04.2013
  24. Ultra HD (4K) большие надежды как на новинку // Aspekti
  25. 1 2 3 Первая в России UHDTV-трансляция, 2013, с. 5.
  26. «Триколор ТВ» покажет ULTRA HD
  27. Андрей Федосеев. «НТВ-Плюс» показал сверхчёткую Олимпиаду (рус.). Новости. Comnews (17 февраля 2014). Проверено 17 февраля 2014.
  28. 1 2 CEA Updates Characteristics for Ultra High-Definition Displays (англ.)
  29. EBU policy statement on Ultra High Definition Television (англ.)
  30. 1 2 В. Г. Комар. Сравнение цифровых и киноплёночных систем кинематографа // «Мир техники кино» : журнал. — 2006. — № 2. — С. 8. — ISSN 1991-3400.
  31. 1 2 UHDTV Ecosystem Study Group Report, 28 March 2014 (англ.)
  32. HDMI Specification (англ.)
  33. http://www.vesa.org/uncategorized/vesa-releases-displayport-1-3-standard/
  34. Display Stream Compression. VESA (24 января 2013).
  35. MHL Consortium (англ.)
  36. UHDTV Ecosystem Study Group Report (англ.)
  37. 1 2 О многоканальном звуковоспроизведении, 2008, с. 18.
  38. Японцы к 2015 году разработают видео сверхвысокой чёткости
  39. Роспечать — официальный сайт: Телеканалы сверхвысокой чёткости могут появиться в России в течение 2 лет
  40. ТАСС-Телеком | На Играх в Сочи впервые в истории Олимпиад телесъёмка будет проведена в формате Super Hi-Vision
  41. Даниил Сидоров, Андрей Федосеев. "Аййо" обскакал конкурентов. ComNews (24.09.2014).
  42. Андрей Федосеев. Okko навело резкость на ТВ. ComNews (26.09.2014).
  43. Игорь Королев. В России появился первый телеканал Ultra HD. CNews (23 октября 2014 года).

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]