超高清视频国内外先进技术对比及市场规模预测课件.pptx
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1、目 录 1、超高清视频冲破传统收视体验,引领未来高质量生活 41.电视-画面载体的演变历程 42.超高清视频-追求极致画质的体现 63.超高清视频跨时代的技术体系 72、先进国家具先行优势,国内向技术高点发力冲刺 81.国外先进技术引领行业标杆 82.国内技术加速突破,多方位驱动产业链发展 9 2.2.1 5G 为超高清视频产业铺好移动端路基 10 2.2.2 有线宽带高速率化,协同 IPTV 架设固定端高桥 11 2.2.3 央视成为超高清视频发展强力助推器 133.国家政策频出势头强劲,打造超高清视频产业璀璨之星 144.地方政策加速跟进,地方特色各有千秋 163、超高清产业链增速加快,2
2、022 年规模或超 3 万亿 171.超高清视频市场空间巨大,产业链完整细致 172.视频编解码设备向高端领域进阶 213.超高清视频网络传输快步迈向高速化 224.超高清视频终端呈现设备多元化扩张 223 视频编转码技术是超高清视频的核心发动机241.视频压缩即萃取精华过程 242.编转码技术是超高清视频产业运转之关键 253.视频编转码各流程相辅相成 25 4.4 编码标准是实现超高清视频的重要条件 26 4.5 AVS 标准的国产替代将促进普及应用 284.6 视频编转码硬件加速国产替代,技术路线趋向混合算力 285、投资策略 30插图目录图 1 :电视与模拟电视系统的示意图 4 图 2
3、 :电视发展史 5 图 3 :2K、4K、8K 视觉效果对比 6 图 4 :超高清视频的六维技术 7 图 5 :海外超高清视频发展情况 9 图 6 :中国移动和中国电信 5G 用户数 10 图 7 :中国 5G 手机出货量 11 图 8 :光纤接入和 100M 以上用户占比 11 图 9 :2014-2020 年 7 月 IPTV 用户数及增速 12 图 10 :央视 2019 年 4K+5G 春晚 13 图 11 :央视 4K+5G 春晚首秀 13 图 12 :中国超高清视频产业产值 1712图 13 :超高清视频的产业链结构 18图 14 :4K/8K 超高清系统架构图 21 图 15 :
4、1989 年至今中国彩色电视机产量及增速 22 图 16 :国内外 4K 笔记本 23 图 17 :国内外 4K VR 设备 23图 18 :三种主要的视频信息冗余 24 图 19 :视频编转码相关硬件 25 图 20 :视频编码标准的发展阶段 26 图 21 :H.265 和 H.266 码率对比 27 图 22 :AVS2 实时编码器 uAVS2 与 x265、x264 单线程、多线程编码速度的对比 28 图 23 :编解码芯片国内的出货占中国产芯片比例 29 图 24 :当虹科技的主营业务基本情况 31表格目录表 1 :三类数字电视类别对比 5 表 2 :2K、4K、8K 视觉效果对比
5、6 表 3 :部分电视台超高清频道电 14 表 4 :超高清视频产业发展行动计划(2019-2022 年)发展目标 15 表 5 :超高清视频产业国家相关政策 15 表 6 :超高清视频产业国家相关政策 16 表 7 :超高清视频产业链各环节发展状况 19 表 8 :AVS2 vs.HEVC 28 表 9 :三种编转码架构对比 30 表 10 :重点公司盈利预测(截至 2020/10/26)321 1、超超高清视高清视频频冲破冲破传传统收统收视视体验体验,引领未引领未来来高质高质量量生生活活 1.11.1 电视电视-画画面载体面载体的的演变历演变历程程 世界上第一台电视出自英国的约翰洛奇贝尔德
6、之手,这台电视是机械扫描式电视摄 像机和接收机。1939 年,在美国发布了第一台黑白电视机,1954 年诞生了首台彩色电视 机。1958 年,中国试制成功第一台黑白电视机北京牌 820 型 35CM 电子管黑白电视 机,称作“华夏第一屏”。1970 年,在天津诞生了中国的第一台彩色电视机,中国从此 开启国产彩电生产之路。1987 年,中国的电视机产量达到 1934 万台,产量超过日本。中国成为当时电视机产量最高的国家。虽然在电视实现量产后,电视可以逐渐普及到千家万户。但是消费者对于产品的追求是 不会停止的。当一种产品实现量的满足后,消费者就会开始对质产生追求,即从量变转 移为质变。对于电视而言
7、,消费者最为直观的消费体验即视觉体验。视觉体验最基本的 特征是画面清晰度。最开始的电视采用模拟信号处理,且只能显示黑白两色,色彩单调、画面不清晰,视觉体验效果较差。为了提高画面颜色丰富度和清晰度,实现更好的视觉 体验,电视产业开启了发展与变革。画质的提升主要体现在两大方面,信号传输处理方 式与包括清晰度、色域、色深等画质技术指标。为提升消费者使用体验,电视产业在过 去出现过两次产业技术变革。第一次技术变革是从模拟电视到数字电视的转变。模拟电视采用模拟信号,即连续波形 信号来传输电视信号。数字电视则采用经过量化、编码、压缩后以 0 和 1 表示的数字信 号来传输数据。模拟信号传输中,需要在信号传
8、输过程中及时对衰减的传输信号进行放 大以提高信噪比,同时,信号在传输过程中叠加的噪声也被放大。传输距离越远,噪声 累积越多,会使传输质量大幅下降。数字信号在传输过程中也会受到噪声干扰,但当信 噪比恶化到一定程度时,能够通过信号再生的方法,生成没有噪声干扰的和原发送端一 样的数字信号,所以可实现长距离高质量的传输。所以,数字电视相比于模拟电视,其 画面清晰度、音频质量、信号传输抗干扰能力、传输效率等方面均有较大提升,还能支 持全新的交互式业务和个性化定制。按照传输方式,数字电视可分为有线数字电视、卫 星数字电视、地面数字电视三类。据国家广电总局,至 2020 年 7 月底,全国有线电视和直播卫星
9、用户分别达到 2.1 亿户和 1.3 亿户,5000 余座发射台、上万部数字电视发射机 覆盖广大城乡地区,通过多渠道传输覆盖系统,观众打开电视就能收看到数字电视节目。图 1:电视与模拟电视系统的示意图 3表 1:三类数字电视类别对比 数字电视类别 覆盖和传输方式 终端接收装置 优点 缺点 有线数字电视 混合光纤同轴网络(HFC)电视机+机顶盒 电视画面清晰度高;节目内容丰富;抗干扰能力强;扩展功能多 资费较高 卫星数字电视 卫星信号 电视机+卫星天线+机 顶盒 信号覆盖面更广;信号不经过电视台,可直接到户;免费传输数字电 视节目 卫星信号受天气影响 较大 地面数字电视 无线微波信号 顶盒 电视
10、机+接收天线+机信号覆盖面广,收视便捷 频道有限,传输信号不稳定 在产业对传输信号从模拟信号转为数字信号后,虽然画质有了一定程度的提升,但是这 并不是终点,因为进入数字电视时代后,从标清到高清,再到全高清,其中最主要的变 化是分辨率的提升,在其他画质技术指标方面没有非常明显迭代升级。所以电视产业开 启了第二次技术变革从全高清到超高清的跨越。从全高清到超高清,不仅是分辨率 的升级,更是技术的多方位大幅改进。图 2:电视发展史 41.21.2 超高清超高清视视频频-追追求求极致画极致画质质的体的体现现 超高清视频(UHD,Ultrahigh Definition)是具有 4K(38402160 像
11、素)或 8K(76804320 像素)分辨率,符合高帧率、高位深、宽色域、高动态范围等技术要求的新一代 视频。从视频分辨率上划分,可以分为标清(Standard Definition)、高清(Humidification)、全高清(Definitions)、超高清(Ultrahigh Definition)四种。超高清是指视频视频画面分辨率在 4K 以上。表 2:2K、4K、8K 视觉效果对比 指标 标清(SD)480P 高清(HD)720P 全高清(FHD)1080P/2K 超高清(UHD)4K 8K 分辨率 640*480 1280*720 1920*1080 3840*2160 7680
12、*4320 像素点数量 30 万 92 万 207 万 829 万 3318 万 超高清在分辨率和像素上相比全高清有了明显的提升,4K 和 8K 的像素点数量分别是全 高清的 4 倍和 16 倍。更高分辨率的最直观的体现就是,视频画面呈现在相同尺寸的电 视屏幕上会更加清晰,画质更加出色,具有更丰富的画面细节。图 3:2K、4K、8K 视觉效果对比 51.31.3 超高清超高清视视频跨频跨时时代的技代的技术术体体系系 虽然分辨率的提高,能提升画面清晰度,但是视觉效果的提升还需要考虑其他技术指标。超高清从分辨率、高帧率、高色深、宽色域、高动态范围、三维声这六个维度提升视听 效果。每一个维度都从特定
13、方向提升画面的观感,六个维度的同步提升能够给观众带来 颠覆式的收视体验,有更美妙的沉浸感和代入感。图 4:超高清视频的六维技术 高高分分辨率提升辨率提升图图像清晰像清晰度度。从标清到超高清,每一次技术的提升,分辨率都显著提高。标清到8K 超高清的各技术阶段,分辨率从 640*480 依次提升到 1280*720、1920*1080、3840*2160、7680*4320,8K 的像素点数量是标清的 113 倍。当屏幕上的画面具有更 多的像素点,即更高分辨率,画面的呈现更加细腻、精致,更有层次感、立体感和 空间感,肉眼能从画面上感受到更丰富的细节,观感更佳。高帧率提高帧率提升升图像图像流流畅畅度
14、度。帧率(Frame rate)是指每秒钟刷新的帧数,每一个定格画面 是 1 帧,视频的播放其实是多帧画面的连续切换,每一帧的画面差异很小。因为人眼在 观察事物时,具有视觉残留效应,光信号在视网膜上会有约 1/24 秒的视觉残留,所以当 画面每秒刷新的帧数越大,视频的流畅度就越高,越不容易出现“卡顿”的感觉。大部67分的电影帧率都是 24 帧,李安执导的电影双子杀手以 60 帧和 120 帧的帧率登上各 大银幕时,观众能感觉到电影画面的呈现非常流畅,人眼感受更加舒适。高色深提高色深提升升颜色颜色渐渐变平变平滑滑度度。色深是指色彩深度,单位用比特数 bit 表示。色深越高,影响能表现出的色彩就越
15、多,即不同种类的颜色间有更多过滤色,灰阶划分更加精细,颜色的渐变越平滑。bit 代表色彩的数目,1 bit 代表单个颜色通道能表现 21=2 种颜 色,即黑和白。8 bits 代表 28=256,即 RGB 三个颜色通道总共能表现出 2563=1677 万 种颜色。所以高色深能提升色彩表现能力,画面更加真实自然。宽色域提宽色域提升升颜色颜色丰丰富度富度。色域是指显示系统能表现的颜色范围。自然界中的可见光具有 最大的色域空间,但是受技术瓶颈所限,市面上的显示设备不能完全覆盖所有可见光色 的范围,所以色域的宽度就成为衡量显示设备质量的标准之一。色域越宽,越能显示出 丰富的颜色,画面也更贴近自然色。
16、高动态范高动态范围围提升提升明明暗对暗对比比度度。在电视领域,高动态范围显示技术是指市面上常见的 HRD(High-Dynamic-Range),HDR 能够把光亮和黑暗处的细节更好的呈现出来,作用原理 是把不同曝光时间的图像进行合成,从而提供更真实的视觉效果。HDR 相比传统的 SDR(标准动态范围)能表现出更大的亮度范围,但是要实现 HDR,需要亮度、色深和色域 空间分别提高到 1000 nit、10 bit 和 Rec.2020 的水平。三维声提三维声提升升声音声音立立体临体临场场感感。当音频设备需要营造出自然界的立体声,需要通过三维声 的编解码技术和前后处理技术加以实现。具有立体感的三
17、维声能让听众更确切的感受到 声音的空间位置,带来一种如临其境的真实感和沉浸感。2 2、先先进国进国家家具先行具先行优优势,势,国国内内向向技术高技术高点点发力发力冲冲刺刺 2.12.1 国外先国外先进进技术技术引引领行业领行业标标杆杆 目前日本、韩国、美国、欧洲的超高清视频技术水平处于国际领先地位。日本在 4K/8K 感光器件、高端光学镜头和机内光学器件、专业编解码器等核心器件、电 影摄影机、电视直播摄像机、专业视频监视器、高端视频制作系统等超高清视频核心元 器件及前端设备方面处于全球领先地位。日本在 2014 年和 2016 年就已经分别成功试播4K 和 8K 超高清节目。2018 年 12
18、 月,日本启用卫星播送 4K、8K 电视信号,并于 2019 年为次年东京奥运会 8K 直播做积极准备。在终端方面,如夏普、索尼、松下等日本企业 都在加快研发,并推出了多款4K、8K 超高清电视。根据日本电子情报技术产业协会(JEITA)数据,截至 2018 年 3 月,日本 4K 电视的出货量约为 408 万台,占所有电视出货量的 35.3%左右。韩国在超高清显示面板、电视和网络建设等方面占优势。韩国在超高清赛道上起步较早,于 2012 年就领先全球进行了 UHDTV 传输试验和试验广播,并于 2014 年 4 月开播了全球 第一个 4K 频道 UMAX。从 2017 年年中起,韩国三大电视
19、台 KBS、MBC、SBS 就开启了 UHD 电视服务,向首尔及首都圈部分地区传输 UHD 节目信号。除了频道建设方面,韩国的面板企业三星和 LGD 在高端面板的技术、市场上均有明显的优势地位,如 LGD 的超高清OLED 电视和三星的 HDR MU 系列电视,均在高端电视市场上有突出竞争优势。美国在核心技术研究、软件开发、超高清视频内容方面优势明显。美国拥有多个超高清 视频领域行业组织,包括超高清联盟(UHD Alliance)、超高清论坛(UHD Forum)、蓝 光光盘协会(BDA)等,在技术创新、标准制定、评测认证及生态体系建立等方面有较高 主导权。蓝光光盘协会在 2015 年发布了
20、4K 蓝光视频格式,后来出现了多部好莱坞 4K 蓝 光影碟,丰富了超高清视频内容。在 4K 电视频道方面,推出了一系列点播、推送和直播 等电视业务。欧洲卫星公司 SES 的 4K 频道,以及亚马逊的 4K 直播均带动了超高清视频 内容的发展。美国消费者技术协会在 2019 年宣布了 8K 超高清电视的行业认定标准和官 方认定标识,并从 2020 年型号产品启用。好莱坞等影视基地在 2019 年提供了超 30 部 超高清作品,提升了内容丰富度。欧洲注重从超高清视频内容端发力。因为欧盟地区各国国情和网络建设水平差异较大,所以以依靠行业组织从内容部分推动超高清产业为主。根据 IHS,2021 年,欧
21、洲将有 22 个 4K 超高清频道,相当于北美的 16 个与日本的 6 个之和,频道数量优势明显。图 5:海外超高清视频发展情况 2016 年 NHK 试播 8K 电视节目2017 年韩国 KBS 开播超高清电视节目 2015 年 SES 在北美推出 4K 演示频道2013 年欧洲诞生全球首家 4K 电视频道 2.22.2 国内技国内技术术加速加速突突破,多破,多方方位位驱驱动产业动产业链链发发展展 国内企业目前能自主推出 4K/8K 摄像机、8K 采编播系统和非线性编辑系统等,并主导设 计、集成建造了全球首台“5G8K”超高清视频全业务转播车,内容制作工具也在不断8丰富,为超高清视频内容供给
22、提供了充分的软硬件条件。随着 4K 电影及 4K/8K 点播频 道陆续增多、超高清影院和“超高清”小镇的建设、4K/8K 直播活动的开展等,消费者 能接触到更多超高清视频内容,对超高清的如临其境般的体验更深刻,也对超高清也有 了更多认知。但整体而言,由于超高清视频产业链各环节还需要进一步磨合,探索更多 商业模式,提升技术水平,降低各环节的生产制作成本,才能促进超高清内容进一步丰富,从而带动超高清视频产业进一步提速发展。未来随着优质 4K/8K 超高清内容继续丰 富,将有更多消费者有机会获得极致的视觉体验,带动消费者对超高清视频内容的需求 再度攀升,超高清视频产业供给端有望进一步发力,整个超高清
23、视频产业链有望形成良 性循环。2.2.12.2.1 5G5G 为为超超高清视高清视频频产业铺产业铺好好移动端移动端路路基基 2019 年 6 月 6 日,工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电四家电信运营商 颁发了 5G 营业执照。2019 年 10 月 31 日 5G 正式投入商用,中国的 5G 大规模商用开始 逐步推进。图 6:中国移动和中国电信 5G 用户数 2020 年是 5G 大规模发展的元年,中国 5G 用户数正加速累积,至 2020 年 6 月底,中国 移动的 5G 用户数为 7020 万户,中国电信 5G 用户数为 3784 万户,从正式商用到 2020年 6 月短短的
24、 8 个月内,中国的 5G 用户数就已破亿户,增长速度尤为惊人(由于中国 联通没有公布其 5G 用户数数据,所以仅以中国移动和中国电信公布数据统计)。据工信部,至 2020 年 8 月底,中国 4G 用户数达 15.98 亿户。理论上来说,4G 用户是 5G 的潜在用户,随着 5G 手机出货量保持快速提升,4G 用户到 5G 用户的转化率将不断提升,预 计 5G 用户在未来 1-2 年内将继续保持高速增长。截至 2020 年 9 月底,全国 5G 基站累 计建成并开通超过 50 万个,逐渐覆盖全国主要城市,并向有条件的重点县镇延伸,为5G 大规模商业化奠定了基础。9近年来,超高清视频直播不断快
25、速发展,各类体育比赛、演唱会、大型活动等都逐步采 用 4K 直播,其对网络传输速率的要求也快速上升。每个用户在移动端收看 4K 超高清直 播时,网络传输速率要达到 30-80Mbps,8K 超高清视频在帧率为 50 帧时,网络传输速 率要达到 100-200Mbps 甚至更高。8K 超高清视频在帧在 100 帧以上时,视觉效果更佳,但是速率要提高到 200-400Mbps,当前的 4G 网络满足不了其网络流量、存储空间和回传 时延等技术指标要求。卫星直播、无线地面广播等无线广播领域在当前的技术水平阶段 难以大规模传播 8K 视频。随着 5G 逐步走向大规模商用,其良好的网络承载力能够改善4K
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