Телевидение сверхвысокой чёткости

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 (Ultra High Definition Television (UHDTV) или Ultra HDTV, также Ultra High Definition Video (UHDV)) включает в себя 4K UHDTV (2160p) и 8K UHDTV (4320p) два цифровых формата предложенных NHK Science & Technical Research Laboratories и принятых Международным союзом электросвязи в августе 2012 года как Рекомендация BT.2020. ^[1] Японская телекомпания NHK реализовала на практике систему в формате 7680×4320^[2].

Разрешение

Минимальное разрешение UHDTV — 3840 × 2160 пикселей (8.3 мегапикселя). UHDTV предусматривает до 33 млн элементов изображения с максимальным разрешением до 7680 x 4320. Для сравнения, кадр формата HDTV в максимальном качестве состоит из 2 млн пикселей (1920 x 1080), а классический телевизионный стандарт эквивалентен около 400 тыс. пикселей (720 x 576).

4K UHDTV

Основная статья: 4K (разрешение)

4K UHDTV (2160p) имеет разрешение 3840 × 2160 (8.3 мегапикселя).

8K UHDTV

8K UHDTV (4320p) имеет разрешение 7680 × 4320 (33,2 мегапикселя). Разрешающая способность этого стандарта считается приблизительно равной разрешению кинопленки IMAX и по информационной емкости примерно в 16 раз превосходит стандартное телевидение высокой четкости HDTV.

История

Первая единая мировая рекомендация МСЭ-Р BT.1201 о системах передачи изображений сверхвысокой чёткости была разработана в 1994 году^[3]. В 2007 году Общество инженеров кино и телевидения выпустило Стандарт 2036 для UHDTV. ^[4] Было определено два уровня для UHDTV, которые называются UHDTV1 (3840 × 2160 или 4K UHDTV) и UHDTV2 (7680 × 4320 или 8K UHDTV). ^{[4] [5]} До 2011 года в UHDTV допускалась частота кадров 24, 25, 50 и 60 кадров в секунду.^[6]

Первоначально, исследователи компании NHK должны были строить свой собственный прототип UHDTV с нуля. С помощью системы, продемонстрированной в сентябре 2003 года, где был использован массив из 16 регистраторов HDTV, было захвачено 30-минут тестового видеоматериала. Сама камера была построена из четырех 2,5-дюймовых (64 мм) ПЗС-матриц, каждая с разрешением лишь 3840 × 2048. Было использовано две ПЗС-матрицы для зеленого цвета и по одной для красного и синего, затем использовался метод пространственного смещения пикселей, чтобы довести разрешение до 7680 × 4320. ^[7] Система была продемонстрирована на выставках ЭКСПО-2005, Aichi, Япония, конференциях NAB 2006 и NAB 2007 в Лас-Вегасе, на IBC 2006 и IBC 2008 в Амстердаме^[8], и CES 2009. Окончательная цель состоит в том UHDTV будет доступна в домах потребителей, хотя сроки этого колеблятся от 2015 до 2020 года, но в Японии и Китае это может произойти уже в 2013-2014 годах.^[9]

В ноябре 2005 года NHK продемонстрировала прямую трансляцию программы UHDTV на расстояние 260 км по волоконно-оптической линии связи. с использованием спектрального уплотнения каналов DWDM. Была достигнута скорость передачи данных 24 Гбит/с с применением в общей сложности 16 спектральных каналов.

31 декабря 2006 года NHK продемонстрировала прямую трансляцию на 450 дюймовом (11,4 м) экране в Осаке ежегодного музыкального шоу Kōhaku Uta Gassen из Токио по IP. Был использован кодек, разработанный NHK, для сжатия видеопотока с 24 Гбит/с до 180-600 Мбит/с и сжатия звука с 28 Мбит/с до 7-28 Мбит/с.^[10] Для 20 минут несжатого видео требуется примерно 4 ТБ дискового пространства. В другой закрытой демонстрации NHK сигнал UHDTV был сжат кодером MPEG2 до 250 Мбит/с.

В 2008 году Aptina Imaging заявила о выпуске нового КМОП-сенсора, специально разработанного для проекта UHDTV NHK. ^[11] Во время IBC 2008 NHK (Япония ), RAI (Италия), BSkyB, Sony, Samsung, Panasonic Corporation, корпорация Sharp и Toshiba (с различными партнерами) продемонстрировали первый в истории публичную прямую трансляцию UHDTV из Лондона до места проведения конференции в Амстердаме. ^[12][13]

29 сентября 2010 года NHK записали выступление группы The Charlatans в Великобритании в формате UHDTV, и затем провели трансляцию через интернет в Японии. ^[14]

19 мая 2011 года компания Sharp представила ЖК-дисплей с 85-дюймовой матрицей Super Hi-Vision. Разрешение дисплея равно 7680 x 4320 пикселей (примерно 33 Мегапикселя)^{[15] [16]}.

23 февраля 2012, NHK сообщил, что в университете Shizuoka разработали датчик 8K, который может снимать видео со скоростью 120 кадров в секунду. ^[17][18][19]

В апреле 2012 года, NHK (в сотрудничестве с Panasonic) представила 145 дюймовый (370 см) дисплей (7680 × 4320 при 60 кадрах в секунду), которая имеет разрешение 33,2 миллиона квадратных пикселя размером 0.417 мм. ^[20]

В апреле 2012 года четыре основные Корейских телекомпании наземного вещания (KBS , MBC, SBS, и EBS) объявили, что в будущем начнут тестовые трансляции UHDTV на 66 канале в Сеуле. ^[21][22] На тот момент технические детали UHDTV еще не были определены. ^[21][22] LG Electronics и Samsung будут также участвовать в тестовой трансляций UHDTV. ^[22]

В мае 2012 года, NHK показал первую плечевую камеру сверхвысокой четкости. ^[23]

Также в мае 2012 года, NHK представила систему формирования изображений, разработанную совместно с университетом Shizuoka, который выдает 33,2 мегапиксельной видео с частотой кадров 120 кадров в секунду и с глубиной цвета 12 бит. ^[24][25] С выхода КМОП-матрица поступает около 4 млрд. пикселей в секунду, скорость передачи данных достигает 51,2 Гбит / с, поэтому для обработки данных был разработан быстрый аналого-цифровой преобразователь, а затем высокоскоростные выходные цепи распределяют полученный цифровой сигнал между 96 параллельными каналами. ^[24]

Во время летних Олимпийских играх 2012 в Великобритании, формат был публично продемонстрирован крупнейшей телекомпанией мира BBC ^[26], которая установила 15-метровые экраны в Лондоне, Глазго и Брэдфорде, чтобы позволить зрителям оценить уникальное зрелище игр в сверхвысокой четкости. ^{[27][28] [29]}

31 мая 2012 года Sony выпустила VPL-VW1000ES 4K 3D-проектор ^[30][31] , первый в мире потребительский проектор с поддержкой системы 4K UHDTV и 3D-технологии с затворными очками по цене $ 24,999.99.

22 августа 2012, LG анонсировала первый в мире 3D телевизор с поддержкой системы 4K UHDTV. ^[32]

23 августа 2012 года UHDTV был официально утвержден в качестве стандарта Международным союзом электросвязи (МСЭ), стандартизация разрешений 4K и 8K в Рекомендации МСЭ-R BT.2020 (Rec. 2020). ^[1][33]

15 сентября 2012, Дэвид Вуд, заместитель директора департамента Технологий и Развития Европейского вещательного союза (возглавляет рабочую группу МСЭ, которая создала Rec. 2020), рассказал, что Корея планирует начать испытание трансляции 4K UHDTV в следующем году. ^[34][35][36] Вуд также отметил, что многие вещатели имеют мнение, что переход от HDTV к 8K UHDTV слишком большой прыжок и что было бы лучше начать с 4K UHDTV. ^[34] В той же статье Масакадзу Иваки, старший менеджер NHK Research, сказал, что NHK планирует вещать в 8K UHDTV по экономическим причинам, так как это позволит избежать дополнительного перехода от 4K до 8K UHDTV UHDTV. ^[34]

18 октября 2012 года Ассоциация производителей бытовой электроники (Consumer Electronics Association, CEA) объявила, что голосованием Совета лидеров отрасли СЭА единогласно принят термин «Ultra High-Definition» или «Ultra HD», который будет использован для дисплеев, 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. ^{[37][38][39][40]}

Super Hi-Vision

Камера NHK UHDTV

Компания NHK (Япония) разработала формат вещания Super Hi-Vision с поддержкой разрешения 8K UHDTV и 22.2-канальным звуком.

Основные спецификации формата Super Hi-Vision:

• Разрешение: 7680 × 4320 пикселей (16:9) (около 33 мегапикселей)
• Глубина цвета: 10/12 бит на канал
• Цветовое пространство Rec. 2020
• Частота кадров: 60/120 кадров/с. (Прогрессивная развертка)
• Звук: 22.2 канальный
  • 9 — на уровне выше ушей (верхний уровень)
  • 10 — на уровне ушей (средний уровень)
  • 3 — на уровне ниже ушей (нижний уровень)
  • 2 — НЧ эффекты
• Полоса пропускания: 21 ГГц диапазон частот
  • 600 Мгц, 500~6600 Мбит/с полоса пропускания

При кадровой частоте 60 кадров в секунду, час несжатого видео в формате UHDTV занимает около 25 терабайт, однако, используя алгоритмы сжатия, можно уменьшить размер до 300 гигабайт. Предполагается, что UHDTV-изображение будет проецироваться на экран с диагональю до 11,4 м. Главными трудностями при разработке станут камера для записи и оборудование, способное передать несжатый поток данных на скорости 24 гигабита в секунду.

Основным разработчиком нового видеоформата является японская государственная телекомпания NHK. Определяющей целью работы над стандартом является достижение полного сенсорного погружения в происходящее на экране. По крайней мере, именно этого стремятся достигнуть в итоге разработчики.

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 ^[41].

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 приблизительно 100000 к 1. Технология UHDTV уже сегодня позволяет достигнуть 100 градусов угла обзора. Кроме того, при разработке UHDTV учёные компании NHK сосредоточились и на достижении качественного звукового представления. Новый стандарт звука был назван 22.2. Десять динамиков должны находиться на уровне ушей, девять уровнем выше и три уровнем ниже. Также два динамика будут отвечать за воспроизведение низкочастотных эффектов. Подобная звуковая система находится далеко за рамками современных 5.1 и 7.1 систем многоканального звука.

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 г., когда технологию в действии увидели 1,5 миллиона посетителей, и представление демонстрационной UHDTV-системы на Международном конгрессе по вопросам телевещания (IBC) в Амстердаме (Голландия) в сентябре 2006 г. Однако, пока UHDTV пригодна только для использования в кинотеатрах ^[42].

См. также

• Телевидение высокой чёткости (HDTV)
• Цифровое кино
• MPEG
• NHK

Примечания

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. ↑ ^{1 2} Beyond HD, Broadcast Engineering (1 ноября 2010). Проверено 11 мая 2012.
5. ↑ Dr. Hans Hoffmann. More pixels More immersive television experience, EBU Technical (1 марта 2011), стр. 8–9. Проверено 11 мая 2012.
6. ↑ David Wood. Beyond HDTV AT ITU-R, EBU Technical (1 декабря 2011), стр. 14. Проверено 11 мая 2012.
7. ↑ M. Kanazawa, et al. (2003). «Ultrahigh-Definition Video System with 4000 Scanning Lines» (PDF) (NHK). Проверено 2008-03-12.
8. ↑ Sangani, Kris (2008-10-11). «A game of leapfrog». Engineering & Technology 3 (17): 8. DOI:10.1049/et:20081720. ISSN 1750-9637. Проверено 2008-10-31.
9. ↑ http://www.satmagazine.com/cgi-bin/display_article.cgi?number=243539090
10. ↑ Super Hi-Vision live relay over IP. NHK (3 апреля 2007). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 15 января 2008.
11. ↑ «Aptina Imaging introduces new high performance cmos sensor for high definition broadcasting video camera».
12. ↑ IBC Plans Two HD Firsts. AVS Forums (18 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 3 октября 2008.
13. ↑ Live super-HD TV to debut at IBC. Broadcast Now (27 мая 2008). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 3 октября 2008.
14. ↑ 'Historic' broadcast of super HD from UK to Japan, BBC News (29 сентября 2010).
15. ↑ Компания Sharp показала первый в мире дисплей Super Hi-Vision разрешением в 16 раз больше, чем Full HD
16. ↑ Sharp представила 85-дюймовый ЖК-телевизор с разрешением Super Hi-Vision
17. ↑ Andrew Websteron. NHK developing 8K ultra HD image sensor that shoots at 120 fps, The Verge (23 февраля 2012). Проверено 11 мая 2012.
18. ↑ NHK develops 8K camera sensor with 120FPS video, electronista (25 февраля 2012). Проверено 11 мая 2012.
19. ↑ NHK Information, NHK (23 февраля 2012). Проверено 11 мая 2012.
20. ↑ 145-inch Ultra High Definition plasma display, DIGINFO TV (28 апреля 2012). Проверено 1 августа 2012.
21. ↑ ^{1 2} Progression of 3DTV and Ultra High Definition Television, Technical Review (1 июня 2012), стр. 27. Проверено 22 сентября 2012.
22. ↑ ^{1 2 3} Jun Ji-youn. UHDTV Broadcasting Tested by Terrestrial Stations, etnews.com (24 июля 2012). Проверено 22 сентября 2012.
23. ↑ World's first Ultra High Definition shoulder-mount camera, DIGINFO TV (23 мая 2012). Проверено 1 августа 2012.
24. ↑ ^{1 2} NHK 33 Megapixel 120fps Ultra High Definition imaging system, DIGINFO TV (25 мая 2012). Проверено 1 августа 2012.
25. ↑ 120 Hz Super Hi-Vision Image Sensor, NHK. Проверено 5 октября 2012.
26. ↑ BBC: World's largest broadcaster & Most trusted media brand
27. ↑ Sweney, Mark. BBC plans to use 3D and 'super hi-vision' for London Olympics, The Guardian (28 августа 2011).
28. ↑ London's digital Olympics. The Telegraph. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 23 августа 2012.
29. ↑ Технологии будущего. Чем удивляет гостей Олимпиада-2012?. it.tut.by. Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 23 октября 2012.
30. ↑ Sony releases world's first 4K home theater projector, gizmag.com (31 мая 2012). Проверено 29 августа 2012.
31. ↑ Sony 4K home theater projector, sony.com (19 декабря 2011). Проверено 29 августа 2012.
32. ↑ LG launches world's first 84-inch UD 3D TV with unparallel picture quality, LG Newsroom (22 августа 2012). Проверено 24 августа 2012.
33. ↑ Jay Alabaster. TV with 16 times resolution of HDTV passed by UN standards body, Techworld (23 августа 2012). Проверено 24 августа 2012.
34. ↑ ^{1 2 3} Carolyn Giardina. Forget HDTV, Because Ultra-HDTV Is On the Horizon, The Hollywood Reporter (15 сентября 2012). Проверено 16 сентября 2012.
35. ↑ David Wood, Contributor to 8K TV System Recommendation, to Receive SMPTE Progress Medal, The Hollywood Reporter (3 сентября 2012). Проверено 16 сентября 2012.
36. ↑ Awards: EBU department deputy head recognised as technology leader, EBU (12 сентября 2011). Проверено 16 сентября 2012.
37. ↑ Consumer Electronics Industry Announces Ultra High-Definition
38. ↑ Consumer Electronics Industry Announces Ultra High-Definition, CEA (18 октября 2012). Проверено 20 октября 2012.
39. ↑ George Winslow. CEA Votes for Ultra High-Definition, Broadcasting & Cable (18 октября 2012). Проверено 20 октября 2012.
40. ↑ Chris Tribbey. Consumer Electronics Association Gives 4K a Name, homemediamagazine.com (18 октября 2012). Проверено 22 октября 2012.
41. ↑ Японцы к 2015 году разработают видео сверхвысокой чёткости www.lenta.ru 15 января 2008 г.
42. ↑ Компания «ЛИТЕР» сообщает: японские учёные разрабатывают технологию нового видеоформата UHDTV leater.com 17 октября 2006 г.

Литература

• С. Н. Ярышев Цифровые методы записи и воспроизведения видеоинформации / Н. Ф. Гусарова. — СПб.,: НИУ ИТМО, 2012. — С. 11. — 86 с.

• Марк Кривошеев На старте широкого внедрения цифрового телевизионного вещания в России (рус.) // «625» : журнал. — 2008. — № 1. — С. 23—35. — ISSN 0869-7914.

Ссылки

• NHK Super Hi-Vision (англ.)