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【摘要】随着卫星电视技术的飞速发展，以4K超高清为代表的技术模式逐渐成为卫星直播电视发展的主流。本文首先对4K超高清卫星电视的概念进行了梳理，其次重点探究了超高清视频处理、超高清音频处理、卫星传输等4K超高清卫星电视关键技术的标准、原理及应用，最后对4K超高清卫星电视在全球的推广现状及发展趋势进行了分析，以期为超高清卫星电视技术的研究和推广提供理论借鉴。
【关键词】 4K超高清卫星电视;关键技术;推广发展
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.021
1. 引言
4K超高清卫星电视是继电视数字化、高清化、网络化之后的全新技术革命，对满足人民群众日益增长的电视观赏需求具有积极的作用，也是我国电视产业发展的全新领域。2019年，国家广电总局、中央广播电视总台和工信部联合颁布了《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，首次提出了“4K先行，兼顾8K”的技术发展规划，力争到2022年末使我国4K超高清电视产业体系基本完善，产值超过4万亿元。由此可见，国家层面已经将4K超高清电视的发展提上了日程，在此背景下，积极地发展4K超高清卫星电视产业，为人民群众提供更为丰富多样的超高清电视观赏和资讯获取体验，也将成为我国电视技术领域发展的趋势。
2. 4K超高清卫星电视概述
2.1 基本概念
4K超高清卫星电视是一种全新的高清电视技术标准，具体指图像、视频能够达到4000X2000分辨率的电视节目。现阶段，高清视频（HD）仅有1920x1080分辨率，因此，4K超高清卫星电视相较于（HD）视频，其高清格式分辨率提升了2倍，总码率提升了4倍。此外，4K超高清卫星电视的信道传输载体主要为卫星，能够为用户提供更为广阔的节目传输渠道，电视节目的视频和音频信号受地面传输的干扰影响也将大大降低。
2.2 技术标准
早在2018年8月份，国家广电总局便颁布了《4K超高清电视技术应用实施指南（2018）版》（以下简称指南），可作为4K超高清卫星电视的技术参考标准。《指南》指出：4K超高清电视视频的技术阐述应符合GY/T315-2018及GY/T307-2017标准。具体来说，（1）在视频技术标准上，视频编码应支持基准10位类、8.0.60级以上编码形式，并车采用AVS2标准，支持24帧画面组长度，1路视频编码码率不小于36Mbps，且应支持固定码率模式，同时支持动态范围。（2）在音频技术标准上，4K超高清电视应支持立体声、5.1环绕声编码或三维声编码，其中，立体声和5.1环绕声的压缩码率应不小于256Kbps，三維声压缩码率应不小于384Kbps。（3）在信号传输技术标准上，4K超高清电视视频可采用QPSK调制方式进行卫星分发网络传输，并通过36MHZ转发器传输1路超高清视频信号。整体上看，《指南》中的标准科学规范，为4K超高清卫星电视的发展提供了详尽的技术参照。
3. 4K超高清卫星电视关键技术
3.1 超高清视频处理技术
超高清视频处理技术是4K超高清卫星电视的关键技术。相较于传统的高清视频（HD）而言，4K超高清卫星电视以（3840×2160bit/帧）X×（24bit/pixel）×（30帧/s）作为视频图像的原始数据率，因此，实际的图像信号传输数据量非常大，必须采用更为高效的视频图像处理技术才能完成超高清视频的处理和传输。具体来说，针对超高清视频处理技术的研发起源于2010年，ISO/IEC活动图像专家组和ITU-T视频编码专家组联合开发了“高效视频编码”下一代标准，该标准也被称为“第三代编码压缩标准”，其码率比H.264下降50%以上，压缩率将至20Mb/s以内，可作为4K超高清卫星电视视频处理的关键技术。2016年，我国正式颁布了AVS2超高清电视标准，该标准支持三维视频、多视角及虚拟现实视频编码，比“第三代编码压缩标准”的压缩率提升1倍，之后被广泛应用在4K超高清卫星电视的视频处理中，逐渐成为行业应用的主流技术。
3.2 超高清音频处理技术
目前，针对4K超高清卫星电视音频信号的处理以超高清22声道技术为主，该技术的特点为：围绕电视屏幕构建了22个声道输出点，其中，顶层分布9个，中间层分布10个，底层分布3个，上、中、下分布3个环绕声场，形成封闭完整的立体声空间音频输出场景，能够为4K超高清卫星电视观赏用户提供完美的声音体验。近年来，22.2环绕音频处理技术的理念被提出，相关技术在4K超高清卫星电视音频处理中也得到了一些研发和应用，它在22声道的下层又增加了2个低音声道，实现了音频信号的三维化处理，能够提供更真实、更具沉浸感和现场感的环绕声鉴赏体验。值得一提的是，22.2环绕声道的音频数据率非常大，以每声道48kb/S，24bit采样为例，需采样处理的数据流超过28Mb/s，因此，如何做好22.2环绕声道的音频数据处理，为4K超高清卫星电视提供更为稳定的音频输出信号仍有待技术攻关。
3.3 卫星传输技术
基于卫星载体传输视频和音频信号是4K超高清卫星电视的核心通讯技术。与常规的地面信号传输技术相比，卫星传输技术具有高速率、宽覆盖、大带宽、抗干扰能力强等显而易见的优点，被越来越多的电视运营商选用，逐步应用在超高清卫星电视信号的传输载体搭建上。目前，相关的技术标准不断涌现，以2014年3月，我国航天数字传媒发布的“基于卫星传输的4K整体技术解决方案”具有代表性，该方案的技术框架包括运营中心、传输网络、接收终端、家庭用户四个部分，其中，运营中心是电视信号传输的“大脑”，由呼叫中心、合作门户、TV门户、PC门户组成;传输网络由卫星网组成;接收终端为4K媒体中心;借助卫星通讯技术实现4K超高清电视节目的点对点网络化传输。 4. 4K超高清卫星电视在全球的推广发展
4.1 亚太地区
亚太地区是4K超高清卫星电视推广应用的“新生代主力军”。2014年，日本电视运营商Sky Perfect JSAT便推出了亚洲地区首个4K超高清卫星电视频道---Channel 4K UHD，目前，该频道有活跃用户507万人。2017年，韩国KT Skylife频道通过卫星转播了4K UHD电视节目，截至2020年底，共建设了Sky UHD1和Sky UHD2两个4K超高清卫星电视频道，服务于韩国300余万家庭用户。近年来，4K超高清卫星电视在我国也得到了逐步推广，2018年10月份，中央广播电视总台4K超高清频道---CCTV 4K正式开播，为国内包括北京、广东、上海等13个省市区有线电视网用户提供服务，标志我国向4K超高清卫星电视发展领域迈入了关键性的一步。
4.2 欧洲地区
欧洲是全球4K超高清卫星电视发展最早，且现有频道最多的地区之一。目前，整个欧洲地区通过10余颗商用卫星Ku波段传输20余个4K超高清卫星电视节目频道。此外，欧洲地区的大型卫星直播电视运营商也在不断增加4K超高清卫星电视的频道数量，例如：SES拟在现有基础上增加23个4K超高清卫星电视频道，预计在2021年末，面向全世界提供4K超高清卫星电视服务;SKY通过过Astra 2E卫星Ku波段向英国地区超过1200万用户提供4K超高清卫星电视服务。在未来的发展中，欧洲地区将运用成熟的卫星电视运营技术和4K超高清传输技术为更多的用户提供超高清卫星电视服务。
4.3 美洲地区
美洲是目前4K超高清卫星电视发展最为活跃的地区之一。自2014年開始，美国两大直播卫星电视公司DirecTV和Dish Network便开始在全美地区布局4K超高清卫星电视发展体系，截至2019年底，两大公司在全美通过8颗卫星传输15个4K超高清卫星电视评到，为北美和南美地区数千万用户提供PTV家庭电视服务。此外，美洲地区国际卫星运营商SES通过四颗卫星C波段建设了11个4K UHD电视频道，SPI公司在美国地区开通了免费的4K UHD电视频道FunBOX，提供了艺术电影、纪录片展示、时尚购物、游戏直播等多样化的超高清卫星电视服务，给予美洲地区电视用户丰富的超高清电视观赏体验。
5. 结语
总而言之，随着卫星通讯技术和超高清电视技术的不断发展，4K超高清卫星电视的技术体系、发展标准、推广途径、运营方式将越来越成熟，整个行业的发展也将进入“快车道”，全世界电视用户的观赏体验也将得到不断提升。4K超高清卫星电视也将引领我国电视产业实现又好又快的发展。
参考文献：
[1]工业和信息化部，国家广播电视总局，中央广播电视总台.超高清视频产业发展行动计划（2019—2022），2019.
[2]国家广播电视总局科技司.4K超高清电视技术应用实施指南（2018版）[S]，2018.
[3]曾彦.超高清电视4K技术在电视台的应用[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（12）：21-22.
[4]桂笑冬.4K/8K超高清电视：现状、发展与趋向——基于日本4K/8K超高清卫星电视播出的观察[J].中国新闻传播研究，2018（02）：42-59.
[5]姜文波.央视4K超高清电视技术体系总体规划[J].现代电视技术，2018（08）：26-30.
【关键词】 4K超高清卫星电视;关键技术;推广发展
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.021
1. 引言
4K超高清卫星电视是继电视数字化、高清化、网络化之后的全新技术革命，对满足人民群众日益增长的电视观赏需求具有积极的作用，也是我国电视产业发展的全新领域。2019年，国家广电总局、中央广播电视总台和工信部联合颁布了《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，首次提出了“4K先行，兼顾8K”的技术发展规划，力争到2022年末使我国4K超高清电视产业体系基本完善，产值超过4万亿元。由此可见，国家层面已经将4K超高清电视的发展提上了日程，在此背景下，积极地发展4K超高清卫星电视产业，为人民群众提供更为丰富多样的超高清电视观赏和资讯获取体验，也将成为我国电视技术领域发展的趋势。
2. 4K超高清卫星电视概述
2.1 基本概念
4K超高清卫星电视是一种全新的高清电视技术标准，具体指图像、视频能够达到4000X2000分辨率的电视节目。现阶段，高清视频（HD）仅有1920x1080分辨率，因此，4K超高清卫星电视相较于（HD）视频，其高清格式分辨率提升了2倍，总码率提升了4倍。此外，4K超高清卫星电视的信道传输载体主要为卫星，能够为用户提供更为广阔的节目传输渠道，电视节目的视频和音频信号受地面传输的干扰影响也将大大降低。
2.2 技术标准
早在2018年8月份，国家广电总局便颁布了《4K超高清电视技术应用实施指南（2018）版》（以下简称指南），可作为4K超高清卫星电视的技术参考标准。《指南》指出：4K超高清电视视频的技术阐述应符合GY/T315-2018及GY/T307-2017标准。具体来说，（1）在视频技术标准上，视频编码应支持基准10位类、8.0.60级以上编码形式，并车采用AVS2标准，支持24帧画面组长度，1路视频编码码率不小于36Mbps，且应支持固定码率模式，同时支持动态范围。（2）在音频技术标准上，4K超高清电视应支持立体声、5.1环绕声编码或三维声编码，其中，立体声和5.1环绕声的压缩码率应不小于256Kbps，三維声压缩码率应不小于384Kbps。（3）在信号传输技术标准上，4K超高清电视视频可采用QPSK调制方式进行卫星分发网络传输，并通过36MHZ转发器传输1路超高清视频信号。整体上看，《指南》中的标准科学规范，为4K超高清卫星电视的发展提供了详尽的技术参照。
3. 4K超高清卫星电视关键技术
3.1 超高清视频处理技术
超高清视频处理技术是4K超高清卫星电视的关键技术。相较于传统的高清视频（HD）而言，4K超高清卫星电视以（3840×2160bit/帧）X×（24bit/pixel）×（30帧/s）作为视频图像的原始数据率，因此，实际的图像信号传输数据量非常大，必须采用更为高效的视频图像处理技术才能完成超高清视频的处理和传输。具体来说，针对超高清视频处理技术的研发起源于2010年，ISO/IEC活动图像专家组和ITU-T视频编码专家组联合开发了“高效视频编码”下一代标准，该标准也被称为“第三代编码压缩标准”，其码率比H.264下降50%以上，压缩率将至20Mb/s以内，可作为4K超高清卫星电视视频处理的关键技术。2016年，我国正式颁布了AVS2超高清电视标准，该标准支持三维视频、多视角及虚拟现实视频编码，比“第三代编码压缩标准”的压缩率提升1倍，之后被广泛应用在4K超高清卫星电视的视频处理中，逐渐成为行业应用的主流技术。
3.2 超高清音频处理技术
目前，针对4K超高清卫星电视音频信号的处理以超高清22声道技术为主，该技术的特点为：围绕电视屏幕构建了22个声道输出点，其中，顶层分布9个，中间层分布10个，底层分布3个，上、中、下分布3个环绕声场，形成封闭完整的立体声空间音频输出场景，能够为4K超高清卫星电视观赏用户提供完美的声音体验。近年来，22.2环绕音频处理技术的理念被提出，相关技术在4K超高清卫星电视音频处理中也得到了一些研发和应用，它在22声道的下层又增加了2个低音声道，实现了音频信号的三维化处理，能够提供更真实、更具沉浸感和现场感的环绕声鉴赏体验。值得一提的是，22.2环绕声道的音频数据率非常大，以每声道48kb/S，24bit采样为例，需采样处理的数据流超过28Mb/s，因此，如何做好22.2环绕声道的音频数据处理，为4K超高清卫星电视提供更为稳定的音频输出信号仍有待技术攻关。
3.3 卫星传输技术
基于卫星载体传输视频和音频信号是4K超高清卫星电视的核心通讯技术。与常规的地面信号传输技术相比，卫星传输技术具有高速率、宽覆盖、大带宽、抗干扰能力强等显而易见的优点，被越来越多的电视运营商选用，逐步应用在超高清卫星电视信号的传输载体搭建上。目前，相关的技术标准不断涌现，以2014年3月，我国航天数字传媒发布的“基于卫星传输的4K整体技术解决方案”具有代表性，该方案的技术框架包括运营中心、传输网络、接收终端、家庭用户四个部分，其中，运营中心是电视信号传输的“大脑”，由呼叫中心、合作门户、TV门户、PC门户组成;传输网络由卫星网组成;接收终端为4K媒体中心;借助卫星通讯技术实现4K超高清电视节目的点对点网络化传输。 4. 4K超高清卫星电视在全球的推广发展
4.1 亚太地区
亚太地区是4K超高清卫星电视推广应用的“新生代主力军”。2014年，日本电视运营商Sky Perfect JSAT便推出了亚洲地区首个4K超高清卫星电视频道---Channel 4K UHD，目前，该频道有活跃用户507万人。2017年，韩国KT Skylife频道通过卫星转播了4K UHD电视节目，截至2020年底，共建设了Sky UHD1和Sky UHD2两个4K超高清卫星电视频道，服务于韩国300余万家庭用户。近年来，4K超高清卫星电视在我国也得到了逐步推广，2018年10月份，中央广播电视总台4K超高清频道---CCTV 4K正式开播，为国内包括北京、广东、上海等13个省市区有线电视网用户提供服务，标志我国向4K超高清卫星电视发展领域迈入了关键性的一步。
4.2 欧洲地区
欧洲是全球4K超高清卫星电视发展最早，且现有频道最多的地区之一。目前，整个欧洲地区通过10余颗商用卫星Ku波段传输20余个4K超高清卫星电视节目频道。此外，欧洲地区的大型卫星直播电视运营商也在不断增加4K超高清卫星电视的频道数量，例如：SES拟在现有基础上增加23个4K超高清卫星电视频道，预计在2021年末，面向全世界提供4K超高清卫星电视服务;SKY通过过Astra 2E卫星Ku波段向英国地区超过1200万用户提供4K超高清卫星电视服务。在未来的发展中，欧洲地区将运用成熟的卫星电视运营技术和4K超高清传输技术为更多的用户提供超高清卫星电视服务。
4.3 美洲地区
美洲是目前4K超高清卫星电视发展最为活跃的地区之一。自2014年開始，美国两大直播卫星电视公司DirecTV和Dish Network便开始在全美地区布局4K超高清卫星电视发展体系，截至2019年底，两大公司在全美通过8颗卫星传输15个4K超高清卫星电视评到，为北美和南美地区数千万用户提供PTV家庭电视服务。此外，美洲地区国际卫星运营商SES通过四颗卫星C波段建设了11个4K UHD电视频道，SPI公司在美国地区开通了免费的4K UHD电视频道FunBOX，提供了艺术电影、纪录片展示、时尚购物、游戏直播等多样化的超高清卫星电视服务，给予美洲地区电视用户丰富的超高清电视观赏体验。
5. 结语
总而言之，随着卫星通讯技术和超高清电视技术的不断发展，4K超高清卫星电视的技术体系、发展标准、推广途径、运营方式将越来越成熟，整个行业的发展也将进入“快车道”，全世界电视用户的观赏体验也将得到不断提升。4K超高清卫星电视也将引领我国电视产业实现又好又快的发展。
参考文献：
[1]工业和信息化部，国家广播电视总局，中央广播电视总台.超高清视频产业发展行动计划（2019—2022），2019.
[2]国家广播电视总局科技司.4K超高清电视技术应用实施指南（2018版）[S]，2018.
[3]曾彦.超高清电视4K技术在电视台的应用[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（12）：21-22.
[4]桂笑冬.4K/8K超高清电视：现状、发展与趋向——基于日本4K/8K超高清卫星电视播出的观察[J].中国新闻传播研究，2018（02）：42-59.
[5]姜文波.央视4K超高清电视技术体系总体规划[J].现代电视技术，2018（08）：26-30.