第一情报 ---信息产业

DVB对“4K超高清电视第二阶段”及NGA的标准化现状及展望

供稿人:李远东  供稿时间:2016-6-2   关键字:4K超高清电视  DVB  NGA  

1、引言

 

DVB从诞生至今,对于所有类型的电视广播业务(基于MPEG-2 TS传输流。包括地面电视广播、有线电视广播、卫星电视广播、IP电视)所采取的都是统一的音频编码及视频编码技术规范——最初的版本是DVB1995年发布的第001号蓝皮书,并由ETSI(欧洲电信标准协会)以TS 101 154的形式发布标准。此后,DVB音视频编码标准进行过数次演进,并于2016年再次得到更新以支持两项重要的新功能:UHD-1 Phase 24K超高清电视第二阶段)、NGA(下一代音频),下文介绍DVB对其标准化现状及展望。

 

2“4K超高清电视第二阶段所面临的技术挑战

 

201511月,DVB批准了“4K超高清电视第二阶段UHD-1 Phase 2)的商业需求。UHD-1 Phase 2将是对UHD-1 Phase 14K超高清电视第一阶段)规格参数(DVB2014年最终确定)的延伸扩展。相比于后者,前者主要新增了两大技术功能:HDR(高动态范围)及HFR(高帧率)。通过加入HDR功能,使视频画面呈现更大范围的光照及色域,从而增大观看者的临场感。通过加入HFR功能,提高运动图像的再现效果。HDRHFR这两项技术彼此间相互独立,从而,UHD-1 Phase 2就既可仅采取HDR,又可仅采取HFR,或者同时采取。

 

DVB TM-AVCDVB技术部中负责音视频编码技术的子组)目前正在讨论HDRHFR格式的技术细节,初步观点是:(1)对于UHDTV(超高清电视)应用,采取最新的H.265/HEVC(高效率视频编码)作为其编/解码技术;(2)仅采取逐行扫描方式;(3)仅采取正方形像素分辨率;(4)仅采取10比特采样;(5)仅采取ITU BT.2020作为色域规范;(6)色度子取样格式为4:2:0

 

此外,DVB“4K超高清电视第二阶段商业需求指出,至少需要明确一项后向兼容技术参数。其中,后向兼容指的是,UHD-1 Phase 24K超高清电视信号也可经由UHD-1 Phase 1接收机(由ETSI TS 101 154标准所规范的HEVC超高清电视)解码。

 

根据DVB“4K超高清电视第二阶段商业需求(201511月批准),DVB TM-AVC已经确定了下一版本TS 101 1544个接收机符合点(是互操作性/互通性的基础)。其中,有两个接收机符合点对现有“4K超高清电视第一阶段接收机HDR符合点进行了扩展,有两个接收机符合点则新增了HFR功能。因此,虽然HDRHFR功能彼此独立,但是所有的HFR接收机也可支持HDR功能。 

 

此外,UHDTV接收机进行了不同的定位:一种是仅能支持后向兼容4K超高清电视信号解码的接收机,另一种是仅能支持非后向兼容4K超高清电视信号解码的接收机。实际上,DVB“4K超高清电视第二阶段商业需求面向UHD-1 Phase 2的不同需求确定了两个不同的细分市场——而且均不需接收机具备后向兼容需求,还将有望提高编码效率。

 

目前,ITU-R(国际电信联盟)、SMPTE(电影和电视工程师协会)与MPEG(运动图像专家组)等国际标准组织正在就HDR信号的定义及传输的标准化进行讨论,提出了很多潜在的技术解决方案。由此,DVB TM-AVC已经启动了基于统一框架的潜在HDR解决方案的分析,而且目前仍在进行。

 

如表1所示,DVB TM-AVC将上述HDR技术解决方案分成三大类(单层解决方案<采取现有HEVCMain 10,并采用新的转换功能对内容分级>、双层解决方案<相关解决方案采取可伸缩编码技术>HDR对现有HEVC标准的扩展<MPEGHDR标准化方向>),并对不同的特点进行了总结。表中所列出的规则与DVB TM-AVC将要制定的标准草案相关。也即,相关DVB标准的制定需要需要引用其他国际标准组织的研究成果,以期在规定的时间框架内完成标准制定。其他相关方面包括比特流的规范(比如HEVC的级与类,单层或双层,双层解决方案里增强层的规范等)、HDR信号的信令特征(在视频基本流层面。比如转换功能或元数据的信令)。其中,转换功能的选取及信令被用于对HDR内容进行分级,从而就将可增大可用照明度数值的范围,这是DVB TM-AVC目前在研究的一个主要技术课题。此方面,DVB TM-AVC已经锁定了:(1)由SMPTE所标准化的PQEOTF(感知量化电/光转换功能);(2)由ARIB(日本无线工业及商贸联合会)所标准化的HLGOETF(混合型Log-Gamma/光转换功能)。这两种转换功能在接收机功能后向兼容及视频图像再现质量两个方面均有其优劣势。

 

1  DVB TM-AVC目前正在研究的HDR解决方案总结

 

 

单层解决方案

双层解决方案

对现有HEVCHDR扩展

目前正在考虑的相关解决方案个数

至少两个

至少两个

至少5

涉及到的其他标准制定组织

SMPTEARIBMPEG/ITU-T

(均已发布或引用相关技术标准)。

SMPTEMPEG/ITU-T(已发布相关的技术参考);

ETSI(正考虑制定相关标准。其中仅有一种与DVB考虑的解决方案相关)。

MPEG/ITU-T(正考虑制定相关标准)

转换功能

HLG OETFPQ EOTF

一般基于PQ EOTF

目前尚未确定

 

 

 

 

元数据

SEI消息可选。比如:色域显示控制、颜色重映射信息。

目前尚未确定

目前尚未确定

UHD-1 Phase 1接收机的后向兼容性

①若采取HLG OETF,则后向兼容;

②若采取PQ OETF,则不能后向兼容。

后向兼容

正在研究是否要后向兼容

 

HFR所面临的技术挑战相比于HDR的就要小一些。这是因为,DVB在此前制定UHD-1 Phase 14K超高清电视第一阶段)的过程中就已经考虑过了HFR扩展(HFR extension)的技术挑战问题,现有已发布的TS 101 154规范已经涵括了用于HFR信号编码的基本工具。

 

所以,目前,HFR所面临的主要技术挑战仅在于对后向兼容档(采取临时可扩展策略,对不同的MPEG-2 TS PIDs<包标识符>进行低帧率基础层及高帧率增强层的传输)的规范。

 

3NGA(下一代音频)所面临的技术挑战

 

目前,DVB正在研究NGA技术以解决数字电视广播中的音频演进问题。所谓NGA,即对音频的制作与传送进行彻底的变革,增加更多的听音功能,同时简化音频制作流程。NGA系统以场景流(Scene based streams)或对象流(Object based streams)来传送音频信号,并传送与声场相关的描述符。

 

在用户家中,场景(Scene。也被称为“Higher Order Ambisonics”)音频系统与对象(Object)音频系统均与扬声器无关,可将相关渲染适配至本地扬声器、房间的位置及内部实时环境/氛围。场景音频系统的编码器中,声场是以实际声压图(actual sound pressure map)的再现来获取的。而在对象音频系统中,所获取的是一系列的音频对象(audio objects)。例如,对于一首管弦乐,每个音频对象可以是每种乐器的独奏、弦乐部分、打击乐部分、观众的掌声和欢呼声等,而且,每个音频对象在声场中的准确位置也被系统记录下来。

 

这样,就将有望产生一些新兴的应用场景。比如,通过增加基于周遭氛围来提供得到改善的可接入性。也还可在一定范围内(由电视广播商/广播电视台设定)支持提供个性化的音频服务,使得用户的家中获得更广的音场渲染及沉浸式音频体验,并具备更好适配至用户终端设备的可能性。此外,由于用户终端设备是根据其所感知到的家庭音响设置来对接收到的音频进行渲染,从而就可充分利用用户家用的扬声器来形成立体声、环绕声效果,于是,就不需要电视节目制作方在演播室复用混合仅传统的立体声与环绕声。

 

总体上,NGA应具备四大特性:(1)可达性——具介绍性质的音频(比如面向残障人士)、对话增强、多语言;(2)个性化——根据电视观众的个人偏好对声音的再现进行调整;(3)沉浸式——使电视观众拥有身临其境般的听音效果;(4)可适配性——针对每部具体的视听终端进行音频播放的优化。

 

目前,DVB TM-AVCNGA技术纳入TS 101 154标准范畴的相关工作仍处于早期阶段。相关研究工作特别聚焦于一个特定的商业需求——ACPEAudio Codec Performance Evaluation,音频编/解码器性能评估)。这一需求是DVB有史以来第一次对此种评估工作进行明确。

 

4、相关规划

 

DVB TM-AVC当下的目标是完成TS 101 154标准的修订版(主要包括UHD-1 Phase 2NGA这两项新功能),并提交给201610月的DVB技术部会议进行批准,更细的时间框架是:DVB TM-AVC每周召开两次电话会议、每两个月召开一次面对面研讨会来讨论相关的技术细节。

 

 

参考文献

 

[1] Ken McCann, Virginie Drugeon, David Daniels. Audiovisual Updates Latest Additions to the DVB Toolbox.

https://www.dvb.org/resources/public/scene/dvb-scene47.pdf, 2016-03-01.

 


注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)