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 ( ) заявила о выпуске нового КМОП-сенсора , специально разработанного для проекта UHDTV NHK . Во время ежегодной выставки компании NHK (Япония), RAI (Италия), , 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 , 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

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)

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

6K (разрешение)

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

UHDTV2

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

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 ;
• частота кадров: 60/120 кадров/с. (прогрессивная развёртка);
• звук: ;
• 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 ^{[ источник не указан 2686 дней ]} .

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

См. также

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

Примечания

Литература

• М. Житомирский, Н. Лысова. // «MediaVision» : журнал. — 2013. — № 6/36 . — С. 5, 6 .
• М. И. Кривошеев . // «625» : журнал. — 2008. — № 1 . — С. 23—35 . — ISSN . 16 октября 2012 года.
• А. Луганский. // «MediaVision» : журнал. — 2015. — № 6/56 . — С. 60 .
• С. Уразова. // «625» : журнал. — 2009. — № 5 . — ISSN . 16 октября 2012 года.
• Д. Г. Чекалин. // «Мир техники кино» : журнал. — 2008. — № 8 . — С. 14—19 .
• С. Н. Ярышев. / Н. Ф. Гусарова. — СПб.,: НИУ ИТМО, 2012. — С. 11. — 86 с.

Ссылки

• (англ.)
• (англ.)