國家廣播電視總局：4K超高清電視技術應用實施指南2023版（11頁）.pdf

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1、 4K 超高清電視技術應用實施指南（2023 版）國家廣播電視總局 2023 年 7 月 I 前 言 為促進和規范4K超高清電視發展，國家廣播電視總局科技司于2018年設立了“4K超高清電視技術應用實施指南”項目，成立了實施指南起草小組。起草小組基于當時我國4K超高清電視技術、標準、應用等發展實際，對4K超高清電視節目制播、編碼、傳輸、解碼、顯示/還放等各個環節的技術參數選擇和技術應用提出了指導意見，形成了 4K超高清電視技術應用實施指南（2018版）。該指南有效指導了電視臺和有線電視、衛星電視、交互式網絡電視（IPTV）、互聯網電視等機構規范開展4K超高清電視直播和點播業務，為保障4K超高清

2、電視制播、傳輸、接收及顯示的質量發揮了重要作用。近年來，高動態范圍、三維聲等超高清電視技術進一步發展，超高清產業持續提質升級，技術標準體系不斷完善，總局先后組織研究和發布了具有我國自主知識產權的高動態范圍、三維聲以及視頻編解碼等超高清電視技術行業標準，進一步補齊了我國超高清領域的關鍵技術短板。為加快推進我國超高清電視領域的新技術、新標準及時應用于廣播電視和網絡視聽行業，進一步引導和促進超高清電視技術發展，更好滿足人民群眾對美好生活新需求新期待，起草小組在4K超高清電視技術應用實施指南（2018版）的基礎上，對相關技術實施要求進行更新，形成本實施指南。指導單位：國家廣播電視總局科技司 起草單位：

3、國家廣播電視總局廣播電視科學研究院、廣東省廣播電視局、廣東廣播電視臺、廣東省廣播電視網絡股份有限公司、廣東南方新媒體股份有限公司、中央廣播電視總臺、國家廣播電視總局廣播電視規劃院 起 草 人：郭曉強、范創奇、莊偉、周蕓、邢衛東、李建華、馬正先、龔勇、王兵、陳志業、林毅、葛濤、潘曉菲、李巖、關朝洋、寧金輝、董文輝、李小雨、胡瀟、黎政 II 目 錄 1 范圍.1 2 規范性引用文件.1 3 4K 超高清電視系統組成.1 4 4K 超高清電視制作和播出.1 4.1 視頻關鍵技術參數.1 4.2 音頻技術要求.2 4.3 系統接口要求.3 4.4 節目錄制要求.3 4.5 文件格式要求.3 5 4K

4、超高清電視信源編碼.3 5.1 視頻編碼.3 5.2 音頻編碼.4 6 4K 超高清電視網絡傳輸.4 6.1 采用 AVS2 標準傳輸.4 6.2 采用 AVS3 標準傳輸.4 7 4K 超高清電視接收解碼.4 7.1 電視機主要類型.4 7.2 機頂盒適配處理.5 7.3 其它適配處理.7 8 4K 超高清電視圖像顯示/聲音還放.7 參 考 文 獻.8 1 1 范圍 本實施指南適用于38402160分辨率、50幀/秒幀率、10比特量化精度、BT.2020色域、高動態范圍（HDR）的4K超高清電視節目制作、播出、編碼、傳輸系統與終端的適配。2 規范性引用文件 GB/T 418092022 超高

5、清晰度電視系統節目制作和交換參數值 GB/T 418082022 高動態范圍電視節目制作和交換圖像參數值 GY/T 299.12016 高效音視頻編碼 第1部分：視頻（本文稱：AVS2標準）GY/T 3582022 高動態范圍電視系統顯示適配元數據技術要求（本文稱：HDR Vivid標準）GY/T 3632023 三維聲編解碼及渲染（本文稱：Audio Vivid標準）GY/T 3642023 4K超高清晰度電視節目錄制規范 GY/T 3652023 4K超高清晰度電視節目文件格式規范 GY/T 3682023 先進高效視頻編碼（本文稱：AVS3標準）ITU-R BT.1122-3 用于標清電

6、視、高清電視、超高清電視和高動態范圍電視發射和二次分配系統的編解碼器技術要求（User requirements for codecs for emission and secondary distribution systems for SDTV,HDTV,UHDTV and HDR-TV）3 4K 超高清電視系統組成 4K超高清電視系統包括節目制作和播出、信源編碼、網絡傳輸、接收解碼、圖像顯示/聲音還放等部分，系統組成見圖1。圖1 4K 超高清電視系統組成 4 4K 超高清電視制作和播出 4.1 視頻關鍵技術參數 視頻關鍵技術參數應符合GB/T 418092022和GB/T 4180820

7、22，具體參數見表1。元數據節目制作和播出4K超高清電視音視頻信號信源編碼編碼碼流傳輸網絡傳輸碼流接收解碼圖像顯示/聲音還放2 表1 視頻關鍵技術參數 參數 數值 分辨率 38402160 幀率 50 幀/秒 掃描模式 逐行 量化精度 10 比特 色域 參見 GB/T 418092022 表 3（BT.2020）轉換曲線 參見 GB/T 418082022 表 4（感知量化（PQ）、表 5（混合對數伽馬（HLG）顯示峰值亮度 1000cd/m2 4K超高清電視節目制作和播出系統應支持HDR，可選的HDR視頻類型有HDR-PQ和HDR-HLG兩種，具體參數見表2。表2 HDR 視頻參數 視頻 類

8、型 分辨率 幀率 量化 精度 色域 轉換 曲線 元數據 顯示 峰值亮度 HDR-PQ 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 PQ 包含靜態元數據和動態元數據 1000cd/m2 HDR-HLG 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 HLG 可包含靜態元數據和動態元數據 1000cd/m2 HDR-PQ視頻類型包含靜態元數據1和動態元數據2，以支持終端顯示兼容3和顯示適配4。靜態元數據和動態元數據宜符合HDR Vivid標準的規定。HDR-HLG視頻類型可包含靜態元數據和動態元數據?，F有4K超高清電視頻道播出的HDR-HLG視頻不包含靜態元數據和動態元

9、數據，可正常運行。HDR-HLG視頻也可采用HDR Vivid標準附錄B的方法，將HDR-HLG視頻轉換為HDR-PQ視頻后，提取對應的靜態元數據和動態元數據，然后將HDR-HLG視頻和元數據進行傳輸。注1：靜態元數據是與圖像序列相關聯的元數據，該元數據在圖像序列內保持不變。注2：動態元數據是與每幀圖像相關聯的元數據，該元數據隨畫面不同而改變。注3：顯示兼容是指制作傳輸的HDR超高清電視節目內容可在標準動態范圍（SDR）電視機上正常顯示。注4：顯示適配是指制作傳輸的HDR超高清電視節目內容可在不同顯示能力的HDR電視機上最佳還原顯示。4.2 音頻技術要求 4K 超高清電視節目播出應支持立體聲或

10、 5.1 環繞聲，有條件的可支持三維聲。立體聲和 5.1 環繞聲音頻制作播出格式應與標清電視和高清電視音頻制作播出格式一3 致。三維聲音頻制作播出格式推薦采用 5.1.4 的三維聲格式，三維聲節目聲道分配符合 GY/T 364-2023 附錄 A 的規定。4.3 系統接口要求 4K 超高清電視節目制作和播出系統接口采用 43Gbps、12Gbps 的串行數字接口（SDI）或 SMPTE ST 2022、SMPTE ST 2110 規定的 IP 接口，應在凈荷標識、會話描述協議等字段設置信號的色域、量化精度、轉換曲線、幀率等技術參數。系統接口應支持靜態元數據和動態元數據的傳輸。4.4 節目錄制要

11、求 4K 超高清電視節目錄制應符合 GY/T 3642023 的規定。4.5 文件格式要求 4K 超高清電視節目文件封裝采用 GY/T 3652023 規定的素材交換格式（MXF）。5 4K 超高清電視信源編碼 5.1 視頻編碼 視頻編碼采用 AVS2 標準，支持基準 10 位類、8.0.60 級及以上的編碼方式，1 路視頻壓縮碼率不低于 36Mbps。視頻編碼可采用 AVS3 標準，支持加強 10 位類、8.0.60 級及以上的編碼方式，1 路視頻壓縮碼率不低于 18Mbps。AVS2 和 AVS3 編碼的視頻質量應符合 ITU-R BT.1122-3。對于 4.1 中 HDR-PQ 和 H

12、DR-HLG 兩種視頻類型，應在視頻碼流中設置色域colour_primaries、轉 換 曲 線transfer_characteristics、彩 色 信 號 轉 換 矩 陣matrix_coefficients 等語法字段。具體設置如下：（1）HDR-PQ 視頻類型。AVS2 和 AVS3 碼流序列頭中，colour_primaries 字段設置為 9，表示 BT.2020 色域。transfer_characteristics 字段設置為 12，表示 PQ 曲線。matrix_coefficients 設置為 8，表示 GB/T 41809-2022 表 4 規定的非恒定亮度系統采用的

13、彩 色 信 號 轉 換 矩 陣。在 視 頻 碼 流 序 列 頭extension_id為“1010”的mastering_display_and_content_metadata_extension()中傳輸靜態元數據，在圖像頭extension_id 為“0101”的 hdr_dynamic_metadata_extension()中傳輸動態元數據。（2）HDR-HLG 視頻類型。AVS2 和 AVS3 碼流序列頭中，colour_primaries 字段設置為9，表示 BT.2020 色域。transfer_characteristics 字段設置為 14，表示 HLG 曲線。matrix

14、_coefficients 設置為 8，表示 GB/T 41809-2022 表 4 規定的非恒定亮度系統采用的彩色信號轉換矩陣。如果 HDR-HLG 視頻節目包含 HDR 靜態和動態元數據，還需在視頻碼流序列頭 extension_id 為“1010”的 mastering_display_and_content_metadata_extension()4 中傳輸靜態元數據，在圖像頭extension_id為“0101”的hdr_dynamic_metadata_extension()中傳輸動態元數據。5.2 音頻編碼 音頻編碼應支持立體聲或 5.1 環繞聲編碼，有條件的可支持三維聲編碼。三

15、維聲編碼采用 Audio Vivid 標準，立體聲和環繞聲也可采用 Audio Vivid 標準。立體聲和 5.1 環繞聲壓縮碼率不低于 256Kbps，三維聲壓縮碼率不低于 384Kbps。6 4K 超高清電視網絡傳輸 6.1 采用 AVS2 標準傳輸 如果 4K 超高清視頻編碼采用 AVS2 標準，可采用以下網絡傳輸方式：衛星分發網絡傳輸可采用 QPSK 調制方式，通過 36MHz 轉發器傳輸 1 路 4K 超高清電視；可采用 8PSK 調制方式，通過 18MHz 傳輸帶寬傳輸 1 路 4K 超高清電視；衛星直播電視可采用 QPSK 調制方式，通過 36MHz 轉發器傳輸 1 路 4K 超

16、高清電視；有線電視網絡傳輸可采用 DVB-C 64QAM 或 256QAM 調制方式，在 1 個頻點 8MHz 內至少能滿足 1 路 4K 超高清電視傳輸帶寬；IPTV 網絡傳輸采用專門的視頻網絡通道傳輸 4K 超高清電視節目流，1 路視頻的壓縮碼率應不低于 36Mbps；互聯網電視通過公共互聯網傳輸 4K 超高清電視節目流，應確保視頻質量符合 ITU-R BT.1122-3。6.2 采用 AVS3 標準傳輸 如果 4K 超高清視頻編碼采用 AVS3 標準，可采用以下網絡傳輸方式：衛星分發網絡傳輸可采用 QPSK 調制方式，通過 36MHz 轉發器傳輸 2 路 4K 超高清電視；可采用 8PS

17、K 調制方式，通過 18MHz 傳輸帶寬傳輸 2 路 4K 超高清電視；衛星直播電視可采用 QPSK 調制方式，通過 36MHz 轉發器傳輸 2 路 4K 超高清電視；有線電視網絡傳輸可采用 DVB-C 64QAM 或 256QAM 調制方式，在 1 個頻點 8MHz 內至少能滿足 2 路 4K 超高清電視傳輸帶寬；IPTV 網絡傳輸采用專門的視頻網絡通道傳輸 4K 超高清電視節目流，視頻質量應符合ITU-R BT.1122-3，1 路視頻的壓縮碼率應不低于 18Mbps；互聯網電視通過公共互聯網傳輸 4K 超高清電視節目流，應確保視頻質量符合 ITU-R BT.1122-3。7 4K 超高清

18、電視接收解碼 7.1 電視機主要類型 5 當前 4K 超高清電視機有 5 種主要類型，見表 3。表3 4K 超高清電視機主要類型 電視機類型 分辨率 幀率 量化精度 色域 轉換曲線 類型 1 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.709 電視伽馬 類型 2 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 電視伽馬 類型 3 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 PQ 類型 4 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 PQ 和 HLG 類型 5 38402160 50 幀/秒 10 比特 BT.2020 PQ和HLG，并支持HDR

19、 Vivid 標準。7.2 機頂盒適配處理 4K 超高清電視機頂盒應支持 AVS2 標準和 HDR Vivid 標準，可支持 AVS3 標準，支持38402160 分辨率、50 幀/秒幀率、10 比特量化精度、BT.2020 色域、顯示峰值亮度 1000cd/m2的 HDR 視頻解碼。支持立體聲或 5.1 環繞聲解碼輸出，有條件的可支持三維聲解碼輸出，三維聲解碼應支持 Audio Vivid 標準，立體聲或 5.1 環繞聲解碼可支持 Audio Vivid 標準，支持音頻碼流透傳。支持 HDMI 2.0 及以上接口并考慮相關內容保護機制。機頂盒應能解析 4K超高清視頻碼流中的視頻技術參數，獲取

20、 HDR 視頻類型，并通過 HDMI 2.0 及以上接口獲取電視機顯示能力，進行適配處理后，輸出相關信號至電視機。（1）機頂盒接收 HDR-PQ 視頻類型時，對應不同類型的電視機，機頂盒輸出信號具體參數見表 4。表4 接收 HDR-PQ 視頻類型時機頂盒輸出信號參數 輸出信號參數 類型 1 類型 2 類型 3 類型 4 類型 5 分辨率 38402160 38402160 38402160 38402160 38402160 幀率 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 量化精度 10 比特 10 比特 10 比特 10 比特 10 比特 色域 BT.709 BT

21、.2020 BT.2020 BT.2020 BT.2020 轉換曲線 電視伽馬 電視伽馬 PQ PQ PQ 當電視機為類型 1 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：按照 HDR Vivid 標準將HDR-PQ 轉 SDR，BT.2020 色域轉 BT.709 色域；當電視機為類型 2 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：按照 HDR Vivid 標準將HDR-PQ 轉 SDR；當電視機為類型 3 或類型 4 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：通過 HDMI 2.0及以上接口獲得電視機顯示能力后，按照 HDR Vivid 標準進行顯示適配；當電視機為類型 5 時，機頂盒將靜態元數據

22、和動態元數據通過 HDMI 2.0 及以上接口傳電視機類型 6 送至電視機，電視機按照 HDR Vivid 標準進行顯示適配。（2）機頂盒接收 HDR-HLG 視頻類型時：如果視頻編碼碼流中不包含靜態元數據和動態元數據，對應不同類型的電視機，機頂盒輸出信號具體參數見表 5。表5 接收 HDR-HLG 視頻類型時機頂盒輸出信號參數（不包含元數據）輸出信號參數 類型 1 類型 2 類型 3 類型 4 類型 5 分辨率 38402160 38402160 38402160 38402160 38402160 幀率 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 量化精度 10

23、比特 10 比特 10 比特 10 比特 10 比特 色域 BT.709 BT.2020 BT.2020 BT.2020 BT.2020 轉換曲線 電視伽馬 HLG HLG HLG HLG 當電視機為類型 1 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：HDR-HLG 轉 SDR，BT.2020色域轉 BT.709 色域；當電視機為類型 2、類型 3、類型 4 或類型 5 時，機頂盒直接輸出 HDR-HLG 視頻。如果視頻編碼碼流中包含靜態元數據和動態元數據，對應不同類型的電視機，機頂盒輸出信號具體參數見表 6。表6 接收 HDR-HLG 視頻類型時機頂盒輸出信號參數（包含元數據）輸出信號參數 類

24、型 1 類型 2 類型 3 類型 4 類型 5 分辨率 38402160 38402160 38402160 38402160 38402160 幀率 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 50 幀/秒 量化精度 10 比特 10 比特 10 比特 10 比特 10 比特 色域 BT.709 BT.2020 BT.2020 BT.2020 BT.2020 轉換曲線 電視伽馬 電視伽馬 PQ PQ HLG 當電視機為類型 1 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：HDR-HLG 轉 HDR-PQ，再按照 HDR Vivid 標準將 HDR-PQ 轉 SDR，BT.2020 色

25、域轉 BT.709 色域；當電視機為類型 2 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：HDR-HLG 轉 HDR-PQ，再按照 HDR Vivid 標準將 HDR-PQ 轉 SDR；當電視機為類型 3 或類型 4 時，機頂盒根據電視機顯示能力做信號處理：HDR-HLG 轉HDR-PQ，并通過 HDMI 2.0 及以上接口獲得電視機顯示能力后，按照 HDR Vivid 標準進行顯示適配；當電視機為類型 5 時，機頂盒將靜態元數據和動態元數據通過 HDMI 2.0 及以上接口傳送至電視機，電視機按照 HDR Vivid 標準進行顯示適配。電視機類型 電視機類型 7 7.3 其它適配處理 對于 38

26、402160 分辨率、25 幀/秒幀率、8 比特量化精度、BT.709 色域和電視伽馬轉換曲線的電視機，需要接收顯示 4K 超高清電視信號的情況，機頂盒可根據電視機顯示能力做相應信號處理：HDR 轉 SDR、BT.2020 色域轉 BT.709 色域，幀率 50 幀/秒轉 25 幀/秒，量化精度 10 比特轉 8 比特。當機頂盒不能通過 HDMI 2.0 及以上接口自動識別電視機類型時，機頂盒應支持手動調整功能。8 4K 超高清電視圖像顯示/聲音還放 4K 超高清電視機應支持 HDMI 2.0 及以上接口并考慮相關內容保護機制，支持通過擴展顯示標識數據（EDID）將電視機顯示能力相關信息回傳至

27、 4K 超高清電視機頂盒，并將接收到的 4K 超高清電視節目分辨率、幀率、色域、轉換曲線等信息在電視機上顯示，支持 HDR的電視機應具有 HDR Vivid 標準的顯示適配功能。音頻應通過電視機聲音還放，也可設立獨立外置設備聲音還放。8 參 考 文 獻 1 ITU-R BT.709 高清電視節目制作和國際交換用參數值（Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange）2 ITU-R BT.2020 超高清電視系統節目制作和國際交換用參數值（Parameter v

28、alues for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange）3 SMPTE ST 2022 運動串行接口（(ASI&SDI)）到IP接口（Moving Serial Interfaces(ASI&SDI)to IP）4 SMPTE ST 2110 在受控IP網絡中的專業媒體（Professional Media Over Managed IP Networks）5 HDMI 2.0 高清晰度多媒體接口規范2.0版本（High-Definition Multimedia Interface Specification Version 2.0）