中国工程院丁文华：4K/UHD产业中的HDR、3D Audio技术及标准

中国工程院院士丁文华 

12月6日，2016 NAB Show Shanghai开幕式在中国上海浦东嘉里大酒店隆重举行。本次活动由国家对外文化贸易基地（上海）国际高科技文化装备产业基地（TCDIC）与美国国家广播电视业协会（NAB）联合主办，旨在为跨媒体行业奉上一场接轨国际智慧与创新的“盛宴”。会上，中国工程院院士丁文华发表了题为《4K/UHD产业中的HDR、3D Audio技术及标准》的演讲。

丁院士指出，4K或UHD是广电领域下一步重要的发展方向。在技术的末端，整个超高清产业已经发生了非常大的变化。在今年的电视出厂数据中，4K的渗透率达到24%，而且通过各方面预测都能够证明一个事实，就是到2020年，4K以上的大屏渗透率会超过50%。

谈到中国工程院下一步计划，丁文化院士透露他们还会往更高的帧率发展。现在的电影是24帧，未来将从4K分辨率开始进入到50P，往后还会达到100P的帧率，给受众提供更多沉浸式的体验。进入HDR时代，将打通整个端到端，全部支持十的五次方量级，高动态范围会通过一个光到电、电到光的变化，重新设计变换曲线并提高传输比特数，把大量原始内容传递到最终的电视机前。

丁院士表示，现在的国际标准（ITUBT2100）在2016年7月已经确定下来，其中确定了两条曲线，一条来自美国公司提出的PQ，一条来自BBC和HK提出了HLG。其他标准，日本ARIB也在2015年发布STD-B67标准定义到HLG曲线，包括ATSC3.0，也制定了相关HDR的标准草案，正在进行最后的阶段。另外，DVB在十月刚刚通过发布A157的蓝皮书，把端到端系统层的方案做了确定。MPEG也已经做了HDR相关传输的建议和标准。

在ITUBT2100标准中，定义了PQ实现的场景，通过前端的OETF，实际上有两条曲线进行兑现，一个是OOTF，还有EOTF的曲线兑现前端的OETF，末端的时候通过EOTF进行转换。

2015年年底，工信部和已经成立了HDR，以及3DAudio标准专项组，专门制定中国HDR的下一步的技术标准，基本工作组工作了一年。目前在中国，HDR标准的需求通常被概述为以下四点：1、适用于UHD广播电视信号面向大尺寸家庭显示终端的应用，不包括手机、平板等小尺寸移动显示终端；2、需求涉及采集、制作、播出、分发、接收、显示等广播电视信号制作传输和处理的各个环节；3、应用领域包括有线电视、直播卫星、地面广播、IPTV和OTT等范围；4、目前不考虑蓝光介质存储应用。’

丁院士提出，在UHD/4K制作场景方面，既要考虑信号的电视直播，同时也要考虑后期的制作，在输出格式上，还要保证输出可能还会包括关键的内容。在分发模式上，基于多种分发，他们的编码格式按照国家的规定将采用AVS2，这个性能经过测试达到现在HEVC的编码效率。

HDR目前有两个阶段的部署方式，阶段一，市场上的主流4K显示设备仅支持SDR内容显示，少量新推出的4K显示设备可支持HDR内容显示，此阶段适用传输SDR + Metadata方式，保障市场上占大多数的4K SDR用户收视便利；阶段二，市场上主流4K显示设备支持HDR内容显示，尚存少量4K显示设备仅可支持SDR内容显示，此阶段适用传输HDR + Metadata方式，保障市场上占大多数的4K HDR用户收视便利。
 

从国内情况来说，HEVC从2014年、2015年推向市场，如果HDR的标准到今年年底或者明年才出来的话，在市场上至少有三年的市场期，大量的4K电视机只支持SDR。但对于中国来说，因为现在4K并没有播出，，必须采用AVS2，明年才开始有终端芯片提供，这个时间点4K和HDR推进的市场是同步的，未必非要有第一阶段的过程。

对于中国而言，实际的国情是，AVS2目前已经发布了行业标准，国标正在报批，终端解码芯片预计于2017年2季度上市，与HDR标准完成时间契合；终端市场上，目前市场上部分SDR终端可达到300至500nits亮度水平，如果采用阶段一，SDR信号可能无法完全发挥显示终端能力。其他在传输码率上，也有所限制，国内有线普遍采用DVB-C承载能力为每通道38Mbps，4K SDR码率建议为30、36或者42Mbps,HDR会在这个基础上上升20%，所以对于国内而言，需要在视频质量保障下确定适合码率。
 

谈到相关的标准，丁院士表示部分工作目前已进入到方案的征集及评估阶段，希望能在明年第一季度拿出标准的草案。在3DAudio的发展历程中，丁院士讲到，3DAudio是从2000年开始被国际上的部分厂家提出的，目前相关国内厂家已经都在相关领域做了不少的技术尝试，不管是欧洲、美国还是日本，相关ITO的标准在制作端都已经形成。

最后，丁院士总结到，相关的标准也已经同步起动了，这部分的工作征集方案已经全部过了，从一月份进行方案的评估，不晚于明年二季度提交方案的草案。实际上HDR和3DAudio是UHD非常重要的内容，不单单把清晰度提高，更多的是增加了更亮的亮度细节和暗部细节，产生了沉浸式临场的感觉，这样的发展实际上会大大的带动末端消费电子整个行业的发展。第二个是，标准AVS2会按照明年上半年的条件做，，这个标准的发布将会大大促进中国的UHD的发展。第三个是，尽管UHD已经来了，实际上对中国的现状来说，不是像高清式来了以后替代了原来的标清，UHD和现在的高清是一个长期五年十年并存的阶段，广电界会利用这个机遇，整体的促进UHD业务的发展。