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 (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. Японская телекомпания NHK первой реализовала на практике систему телевидения с разложением изображения по стандарту 7680×4320 пикселей.

История

• 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 советского и российского учёного Марка Кривошеева.
• В сентябре 2003 года телекомпанией NHK была завершена разработка экспериментальной системы UHDTV.
• 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.
• В 2007 году SMPTE утвердило «Стандарт 2036» для UHDTV Было определено два уровня для UHDTV, которые называются UHDTV1 (3840×2160 или 4K UHDTV) и UHDTV2 (7680×4320 или 8K UHDTV). До 2011 года в UHDTV допускались кадровые частоты 24, 25, 50 и 60 кадров в секунду.
• В 2008 году Aptina Imagin (англ.) заявила о выпуске нового КМОП-сенсора, специально разработанного для проекта UHDTV NHK. 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.
• 29 сентября 2010 года NHK записали выступление группы «The Charlatans» в Великобритании в формате UHDTV, и затем провели трансляцию через интернет в Японии.
• Во время летних Олимпийских игр 2012 в Великобритании стандарт был публично продемонстрирован крупнейшей телекомпанией мира BBC, которая установила 15-метровые экраны в Лондоне, Глазго и Брадфорде, чтобы позволить зрителям оценить уникальное зрелище игр в сверхвысокой чёткости.
• 22 августа 2012 года корпорация LG Group анонсировала первый в мире 3D телевизор с поддержкой системы 4K UHDTV.
• 23 августа 2012 года UHDTV был официально утверждён в качестве стандарта Международным союзом электросвязи.
• 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 апреля 2013 года спутниковым оператором SES была запущена первая UHDTV трансляция со спутника «Астра» 19,2° в. д.
• 27 июня 2013 года спутниковый оператор «Триколор ТВ» впервые в России осуществил публичную спутниковую телевизионную трансляцию в формате 4K UHDTV. 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 четыре 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. В качестве средства отображения использован телевизор соответствующего разрешения LG 84LM960V с диагональю 84 дюйма.
• 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.
• 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».. Также для доставки видео сверхвысокой чёткости по сети Интернет определён видеокодек HEVC.
• 2020 — по данным Mitsubishi Institute, к этому году 4K ТВ будут у 50 % японских семей.

Технические характеристики

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.

	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

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 поддерживает разрешение 2К, составляющее 2048×1080 пикселей. Сопоставимым разрешением обладают сравнительно немногочисленные проекторы 4K, устанавливаемые в некоторых цифровых кинотеатрах IMAX.

UHDTV1

Основная статья: 4K (разрешение)

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».

«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».

5K (разрешение)

Основная статья: 5K (разрешение)

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

6K (разрешение)

Основная статья: 6K (разрешение)

«6K» — маркетинговый термин для телевизоров и компьютерных мониторов с разрешением 6016×3384 пикселей.

UHDTV2

Основная статья: 8K (разрешение)

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». 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.

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

Интерфейсы

HDMI

HDMI 1.4

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:

• 3840×2160 точек при кадровой частоте 24Гц/25Гц/30Гц
• 4096×2160 точек при кадровой частоте 24 Гц.

HDMI 2.0

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:

• 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

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. 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.

MHL 3.0

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. 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

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. Для передачи могут использоваться коаксиальный кабели с одним, двумя или четырьмя физическими соединениями или волоконно-оптический кабель.

Super Hi-Vision

Камера NHK UHDTV

Компания NHK разработала формат вещания «Super Hi-Vision» с поддержкой разрешения 8K и многоканальным звуком стандарта 22.2. 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.

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. 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 в СНГ

Россия

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. 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.

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.

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» и Okko.

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

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.

С 14 июня по 15 июля 2018 года Первый канал во время Чемпионата мира по футболу демонстрировал цифровое эфирное вещание в формате Ultra HD со спутника, по кабелю, через интернет и в тестовом режиме с Останкинской башни, также демонстрировал и «Матч ТВ», запустив телеканал «Матч Ultra HD».

1 сентября 2018 года в Узбекистане был запущен первый на территории Средней Азии и всего постсоветского пространства круглосуточный телеканал сверхвысокой чёткости 4K — Lux.TV.

Список 4K-телеканалов

Список 4K-телеканалов

Мир

• Fashion 4K
• Festival 4K
• High 4K TV

Европа

• 4K UltraHD FunBox
• beIN Sports 4K (Испания)
• BT Sport 4K UHD
• Canal+
• Digi 4K
• Digiturk UHD
• Discovery Channel (Великобритания и Ирландия)
• Fashion TV 4K
• Insight UHD
• Movistar Fórmula 1 UHD
• Movistar Partidazo UHD
• National Geographic
• Pearl TV
• QVC Deutschland
• RAI 4K
• RTL UHD
• RTVS UltraHD
• SES Ultra HD Demo Channel
• SFR Sport 4K
• Sky 1
• Sky Atlantic
• Sky Sports
• Sport TV 4K UHD
• Travelxp
• Tricolor Ultra HD
• TRT 4K
• UHD-1
• Viasat Ultra HD
• Sportklub 4K

США

• NASA TV UHD
• Sportsnet 4K и Sportsnet One 4K (Канада)
• TSN 4K и TSN 2 4K (Канада)
• Hispasat TV 4K (Латинская Америка)
• Fashion One 4K
• DirecTV 4K и DirecTV Cinema 4K
• 4KUniverse
• Insight UHD
• The Country Netwok

Россия

• C4K360
• Russian Extreme Ultra HD
• КИНО UHD
• СЕРИАЛ UHD
• Наша Сибирь 4K
• Ultra 4K Extreme
• Ultra 4K Kino
• HOME 4K
• Eurosport 4K

Азия

• Cable 4K
• KBS1 UHD
• MBC UHD
• SBS UHD
• KNN UHD
• KBC UHD
• TBC UHD
• TJB UHD
• UBC UHD
• G1 UHD
• AsiaUHD
• Insight UHD
• SBS Plus UHD
• Sky UHD
• UMAX
• UXN
• UHD Dream TV
• 4K-Sat
• Tata Sky 4K (Индия)
• Now 4K World Cup (Гонконг)
• Bol Network Пакистан
• Hum News Пакистан
• Kan11 4K (Израиль)
• NHK BS 4K (Япония)
• NHK BS 8K (Япония)
• BS Asahi 4K
• BS TV Tokyo 4K
• BS-TBS 4K
• BS Fuji 4K
• SHOP CHANNEL 4K (Япония)
• 4K QVC (Япония)
• THE CINEMA 4K (Япония)
• J Sports (Япония)
• Star Channel 4K (Япония)
• Sukachan 4K (Япония)
• Japanese movie + Jidaigeki 4K

См. также

• Телевидение высокой чёткости (HDTV)
• MPEG
• 16K

Литература

• М. Житомирский, Н. Лысова. Раздвигая горизонты — первая в России UHDTV-трансляция // «MediaVision» : журнал. — 2013. — № 6/36. — С. 5, 6.
• М. И. Кривошеев. На старте широкого внедрения цифрового телевизионного вещания в России // «625» : журнал. — 2008. — № 1. — С. 23—35. — ISSN 0869-7914. Архивировано 16 октября 2012 года.
• А. Луганский. UHD — от технологий к воплощению // «MediaVision» : журнал. — 2015. — № 6/56. — С. 60.
• С. Уразова. Телевидение ультравысокой чёткости — уже реальность // «625» : журнал. — 2009. — № 5. — ISSN 0869-7914. Архивировано 16 октября 2012 года.
• Д. Г. Чекалин. О многоканальном звуковоспроизведении // «Мир техники кино» : журнал. — 2008. — № 8. — С. 14—19.
• С. Н. Ярышев. Цифровые методы записи и воспроизведения видеоинформации / Н. Ф. Гусарова. — СПб.,: НИУ ИТМО, 2012. — С. 11. — 86 с.

Ссылки

• NHK Super Hi-Vision (англ.)
• «What is 4K Ultra HD?» (англ.)