BS衛星での8K SHV生中継実験を初公開

whoiswho · 發表於 2015-5-27 17:12:41

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AV Watch Impress 網站上的新聞,原聯結如下.

'16年試験放送に向け“8Kレディ”。BS衛星での8K SHV生中継実験を初公開
http://av.watch.impress.co.jp/docs/news/20150526_703875.html

這則新聞的內容包含了許多人所關心的日本8K衛星電視廣播發展的最新情報, 小弟不揣淺陋,嘗試將它(片段・陸續地)翻譯成中文,如有不正確之處,還請各位先進多多指教。
目標2016試播,8K衛星電視廣播技術就緒(8K-Ready). BS衛星8K SHV現場直播實驗,NHK首次對外開放參觀。

日本放送協会(NHK)位於東京都世田谷區的NHK放送技術研究所,將於5月28日至5月31日舉辦「技研公開2015」的展示說明,免費入場. 在此之前,於5月26日則先行對媒體開放. 這裡將報導有關8K超高畫質(8K SHV)電視節目從製作,影像編碼,多媒體多工傳輸,到使用衛星傳送接收信號,其中所牽涉到深入的相關技術。另外關於「全規格8K超高畫質投影機」等部分,則會在另外一篇裡再作報導。

根據總務省去年所公佈8K電視廣播的藍圖所揭示,2016年將開始以衛星進行8K試播,2018年進入實用階段,而在2020年東京奧運開幕前達到真正普及的目標時程.NHK也是遵照此一藍圖,朝向實用化目標加速作準備。

此次技術研發成果發表,展示了將台場所拍攝的8K/60p影像,傳送至位在涉谷的NHK廣播中心發射送到衛星,然後在NHK技術研究所(世田谷)將此影像從BS17衛星頻道接收下來現場實況再現.整個過程也是為2016年試播所作的預演,首次對外公開.技術研究所所長黒田徹先生表示:「8K衛星廣播就緒,我們認為已經到了足供大家觀賞評鑑的程度了」。除此之外,對於此次研發成果展示的主題:「終極電視,倒數計時開始」一事,他也作了說明。

$8K攝影機系統與傳輸介面「U-SDI」$

為了8K的試播,NHK技術研究所作了許多攝影機相關研究開發工作。比如小型單機板攝影機的影像感測器像素配置上,採用了斜向每兩個綠色畫素(G)搭配各一個紅色(R)及藍色(B)畫素的「田」字形結構,稱之為雙綠(Dual-Green)交錯式的像素構造,得以拍攝相當於8K高畫質的影像。採用這樣技術的攝影機,已經被用在倫敦奧運與2014年巴西世界杯足球賽的轉播上。

進一步,為了在歌劇公演等燈光暗淡且需保持安靜的場合實現8K超高畫質攝影,高感度且靜音性優秀的攝影機,以及上述以追求小型化為目標的單機板式8K攝影機等,也都正在進行開發當中。

使用這樣的攝影機所拍攝的影像資料量非常龐大,特別是120Hz 全規格8K SHV格式,資料速率將會到了144Gbps,如以既有方式傳送的話,需要用上100條同軸電纜同時並行才能辦到。

為此,還特別開發了一個稱為「U-SDI」的介面,讓攝影機與記錄裝置可以很容易連結。其中使用了多鍵路光纖與信號映射等技術手段,即使是全規格8K的影像信號,也只需要一條光纖傳送就足夠了。此一介面去年(2014)三月已經被日本電波產業會(ARIB)採用,成為日本國內的標準了,而在美國電影電視工程協會(SMPTE)與國際電信聯盟無線電通信部門(ITU-R)這兩個組織內的規格標準化工作則正在進行當中。

「U-SDI」介面彩色取樣支援4:4:4、4:2:2、4:2:0等格式,每一種格式都可以選擇灰階10bit或12bit,此外與4K影像也對應相容。此次實況轉播,廣播局內各項設備的連接都是採用「U-SDI」這個介面。

「U-SDI」光纖介面的接頭,外觀與同軸電纜高畫影像傳輸所用的3G-SDI (SMPTE 424M)接頭相似,這也是考量到從同軸電纜轉移到新介面時,不要有突兀的感覺而作的設計。

再者,還新開發出可於影像信號映射所產生額外空間(補助信號)領域裡面,同時載入22.2聲道音訊的多工(多重化)裝置。在此之前僅傳送影像信號的「U-SDI」介面,現在也能同時處理音訊了。

還有,如先前所述,8K影像擷取所用的攝影機,有採用全規格影像感測器與Dual-Green像素配置感測器兩種。這兩種攝影機所產生不同格式的數位影像信號,不需特別處理,可同樣在廣播局內的「U-SDI」光纖上流動。最後透過新開發的去馬賽克(De-mosaic)裝置,再將Dual-Green格式的影像,轉成廣播時需要的全規格解析度的影像信號格式。

所謂去馬賽克化(De-mosaic),是指小型化單機板攝影機彩色畫素情報不足的部分,從周邊像素予以補足的過程,藉由高精度色彩補足的影像處理,可降低偽色發生的機率,達到即時高品質轉換的目標。

＄8K壓縮編碼・解碼裝置$

NHK技研也開發了可維持8K影像與22.2聲道高品質影音的有效率壓縮傳輸技術,依據國際標準規格(日本國內ARIB STD-B32 3.1版)的方式,將影像及聲音壓縮編碼傳送及解碼還原的裝置。

以8K/60p的影像來說,資料量為72Gbps。這樣龐大的原始影像資料,需要以MPEG-H HEVC/H.265的codec壓縮到85Mbps。NHK技研新開發的裝置,可以做到將這樣規格的影像即時壓縮編碼與還原。進一步,還可同時將22.2聲道(約25Mbps)的音訊,以MPEG-4 AAC codec壓縮到大約1.4Mbps。為了能夠把壓縮的影像與聲音信號綁在一起傳送,還開發了依照國際標準MPEG-H MMT(Media Transport)媒體傳送方式的多工、解多工機能。

$次世代CAS技術$

前節所提MMT多工方式集合在一起的影音資料,為適當保護其智慧財產權,必須有管制取得資料內容權限的機制,NHK技研所正在研發下一世代的CAS(Conditional Access System)授權保護系統。現在已開發出可即時處理8K影音資料,對應MMT傳送方式的雜亂加密(Scramble)裝置。

此一加密裝置,以128bit的資料區塊為單元使用密碼加密。至於加密演算法,將來到底是要採用AES-128、Camellia 兩種方式其中哪一種,或是兩者同時採用,目前正在檢討當中,預計之後會在次世代電視推進論壇(NexTV-F)中商議決定。如果兩種加密演算法同時都採用的話,好處是即使有一方的密碼被破解,另一方還可以切換成別種加密演算法,達到保護內容的目的,不過其影響就是會增加對應此機制機器的成本。

另外,究竟是要像現在的B-CAS那樣將解碼的鑰匙及合約資訊登錄記載在卡片上,或是由接收機的晶片直接下載的形式,則尚未做最後的決定。

$衛星/有線電視/地上波8K播放系統$

按照MPEG-H MMT 標準規格所集結經過加密的影像及音訊資料,可經由衛星/有線電視/地上波等途徑播送到一般家庭收視。前面說過,本次會場使用12GHz頻道的BS廣播衛星來做現場直播的公開展示:於台場所拍攝的8K/60p影像,先透過光纖傳送到涉谷NHK的廣播中心,從那裏將信號發射到衛星,經由衛星轉播後,再從位於世田谷的NHK技術研究所接收衛星廣播的信號,將影像還原再生出來。

其中,地面中心向衛星傳送信號,及衛星向地面發射轉播信號,這部分是透過持有實驗廣播頻道許可(BS 17)的廣播衛星系統(B-SAT)的協助幫忙達成。所使用的調變方式「16APSK」,比目前在用的「TC8PSK」,能傳送更多的資訊,達到100Mbps的容量。另外,錯誤更正編碼則採用了LDPC編碼方式,糾錯能力得到進一步提升。

為了也能夠在有線電視網路上傳送同樣節目,這次展示是將8K信號,以現有有線電視廣播標準的複數個頻道(例如256QAMx2加上64QAMx1)來傳送,這樣就可以在不更動既存網路的前提下,達到8K信號配信的目的。此一技術和先前提過的MMT多工傳送方式,或是使用IP 封包的「TLV」高效率傳送方式,都可以對應。

至於地上波方面,雖然先前NHK已經在九州熊本縣人吉市做過8K電視地上波廣播的實驗,不過為了進一步掌握電波在都會區的傳播特性,現在也開始進行新的實驗。這次展示會,NHK廣播中心所收到的8K影像信號,透過地上波轉播,在距離8公里外的技術研究所也可以即時看得到。

不過,為了要以地上波傳送8K影像信號,除了現行地上波數位廣播用到的水平偏波之外,還要再加上垂直偏波才行。也就是說,以現有的數位地上波收視天線是無法收信的,必須換成可同時接收水平與垂直偏波的天線,並經由兩種偏波共用的強波器(booster)放大之後,再以一條導線接到屋內的方式來接收。

由於更換天線會增加使用者負擔的緣故,所以地上波展示的部分,應視為將來以地上波廣播8K信號可能方式其中一種,而繼續探討研究。其他的議題尚有:以固定收視為主的8K SHV和移動收視導向的數位HiVision (HV),兩者是否可並存;以及在送信網路建構的考量下,次世代地上數位廣播的傳送方式應該是怎樣的,這些NHK技術研究所也都正在研究檢討之中。

$8K對應的複合播送(hybrid-cast)$

此外在對應8K SHV的複合播送方面,NHK技研也正在進行相關的研究工作。這次會場展示了包括利用HTML5語法,將廣播的8K影像,和網際網路上取得的資訊,自由地編排整合後呈現的功能,以及使用平板電腦的人機介面等項目。

平板電腦不只是當作像電視遙控器那樣使用而已。比如播放中遇到喜歡的畫面,可以隨時作靜態截圖。以多台攝影機拍攝的多視角場景,可以從平板選擇想要的角度來觀賞發送的影像。或者是偶像團體的表演秀, 可選擇只拍攝你最喜愛團員的攝影機,在平板上自己觀賞。諸如此類種種的發想點子,在這次的展示會場都有介紹。

其他還有,透過平板的相機鏡頭拍攝8K SHV電視的畫面時,利用類似智慧型手機拍照常見的增補實境(AR)特效技術,可以在各位偶像藝人的頭上添加趣味對白等等機能。這些發想是考量到8K SHV大畫面,經常以聚集多人觀賞為主,在這種場合如何達到獨樂樂與眾樂樂共存,而作的嘗試。不過,對應8K SHV的複合播送,可能趕不上明年開始的試播了。

再者,MMT多媒體傳輸方式對網路先天具有高度的親合性。若接上網路,接收機可對照收視者的登錄資料,決定要呈現給收視者的,究竟從廣播接收到的內容,或者是經由網路取得的動畫視訊,像這樣可根據收視者的特性需求來動態變更收視內容。比方說,假設以年輕人為對象的產品,只想對年輕觀眾群作廣告的話,那麼電視機會選擇播放從網路上配信的針對性廣告,而不是從廣播接收到的一般性廣告,這在技術上已經可以辦得到。

$全規格8K SHV 要如何儲存?$

為實現全規格8K SHV的節目製作,NHK技術研究所也試作了一款可以將8K影像壓縮保存的記憶儲存裝置。所採用的記錄媒介是以8TB SATA SSD 元件為基礎的記憶套組(Memory Pack)。對原始8K影像的每一幀畫框作JPEG壓縮,在儘量減少畫質劣化的同時,將資料量壓縮到原來的1/6。以8K/60p 72Gbps 的資料速率為例, 就可以壓到 12Gbps。若將奇數與偶數的圖框作並行影像信號處理,同樣的儲存裝置也能夠即時壓縮儲存 8K/120p 影像,只是對記憶套組並行寫入的影像處理單元數量,要增加為原先的兩倍。

再者,8K/120p 的影像若彩色信號採4:2:0格式(每間隔一條掃描線取樣色度信號Cb,Cr),8TB的記憶套組可以儲存到90分鐘。如果要長時間儲存更高畫質的影像,則記憶元件還需要進化到更高速更大容量才行。

至於影像長期保存技術,則是在進行高密度全像光學(hologram)方面的研究。簡單來說,就是從單一的雷射光源將光束一分為二,各自經過不同的途徑後再重合,產生了光加強與減弱的干涉條紋,利用這樣的干涉條紋來作資料記錄與再生的技術。

更具體地說,你可以把數位整體資料看成是按照0與1分別塗成黑與白兩色的圖像。用雷射光來照射這個資料圖像,使它反射在記錄全像的媒介上。同時將另一束分歧自同一雷射光源的光束用鏡子反射後,當成參考光束,照射在同一記錄媒介上,產生干涉條紋而完成資料的記錄。再生時則只需要用參考光束來照射記錄媒介,所生成的影像(再生像)就是當初記錄的資料圖像。再以相機拍攝此一圖像,解讀還原為原先可以讀取的數位資料型態。

過去全像光學的研究裡,所謂「多重」記錄方式,係指改變光束對記錄媒介的入射角,達到在同一媒介上記錄多重資料的目的,也就是「角度多重」。這次NHK技研所開發的「二次元角度多重」技術,則是在記錄媒介自身就加上了多重軸的配置,因此它的多重數量是傳統「角度多重」方式的4倍,可達到更高密度的資料記錄。

這次展示會也實際演示了將8K壓縮的影像資料收錄在全像記憶媒介後再生還原的整個過程。據稱由於平行信號處理的手段與機構精度的改善,得以達成穩定的再生。