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4K影像傳輸大學問

104/09/01 13178

黃煒盛｜第一科技技術股份有限公司

由於網路與智慧型手機的普及，影像串流服務也越來越受歡迎，而隨著顯示器與電視的畫質越來越高，高畫質影片的需求也逐漸產生，目前來說，商業上也可顯示4K解析度畫質的影像了。

什麼是4K解析度的畫質影像呢？在目前來說，4K解析度是對數位電影電視及電腦螢幕的超高解析度標準；而數值越大，代表著影像解析速度要越快，而螢幕的顯示速度也要隨著更快，整體的硬體需求會提高許多。一般來說，4K解析度有兩種規格：每英吋有3840×2160畫素，或是4096×2160畫素。

而由於有如此高的硬體規格需求，所產生的串流影像傳輸技術也需要跟著提升，否則的話，網路超高畫質（UHD）電視的表現就會失常。一般的網路高畫質電視所說的HD（High Definition）通常指的是720P，而所謂的Full HD （Full High Definition）指的是1080P；而4K解析度也被稱為UHD （Ultra High Definition），約為Full HD的4倍，也就是在同樣的時間內，必須傳輸4倍的影像資訊。因此，除了無線傳輸速度的基本需求外，串流解析傳輸技術也需要隨著提升。

現有的4K影像傳輸，必須要求觀看用戶的網路頻寬必須有25 Mbps以上的頻寬才能順利收看4K影片。而英國一家業者，所推出的超高畫質影片傳輸技術Perseus（以下譯稱柏修斯），只需現有頻寬的1/3，也就是8 Mbps就可以達成相同的內容傳輸。這樣的傳輸頻寬需求，可以使得4K解析度影像得以在3G與4G的智慧型手機內觀看。

柏修斯被設計來利用大量平行處理來進行分層的（hierarchical）及可擴展性的（scalarable）視訊編碼，同時避開了大量且複雜的分塊數據壓縮演算法（block-based compression algorithm）。同時，這個服務可利用軟體面來達成，而無須改到硬體介面或是觸碰到任何數位資產（digital assets）。

柏修斯類似大腦中的分層作用，先辨識一個人，接著判定其他如臉部、髮色及鬍子，柏修斯將其他多的資訊加入基礎視訊串流資料如MPEG-2及H.264，以加速計算。柏修斯是第一個利用大量平行演算法來進行影像壓縮的視訊編碼；相較之下，傳統的MPEG標準壓縮方式則是利用完全不同的架構，只利用序列方式來做熵編碼（entropy encoding）。這樣的差異性會使柏修斯的視訊編碼只利用繪圖晶片（Graphics processing unit，GPU）的計算，可在2微秒中計算未壓縮影像。以2千萬畫素的影像而言，利用JPEG 2000的格式來編碼需要花14秒，但在柏修斯上只需要10微秒。

柏修斯是屬於典範轉移（paradigm shift）等級的一種信號壓縮技術，提供了信號壓縮、處理速度與品質的顯著改善。舉例來說，與影像的應用在網路傳輸流量上佔了80 %以上，柏修斯能有效轉移所有位元率－品質曲線（bitrate-quality curve），例如：可以讓UHD能在HD的位元率、HD能在SD （標準畫質電視，為720×576畫素的影像解析度；Standard Definition）的位元率表現。

未來，這個新技術將進行商業運行；在過去五年裡，柏修斯已與多家數位傳播設備的領導品牌進行開放性測試，在設備中以嵌入軟體或是演算晶片的方式進行。這項新技術將使得未來在4K超高畫質的影像傳輸上獲得突破性的發展。（本文由科技部補助｢學習在雲端―揭開科學與科技的神秘面紗｣執行團隊邀稿）

責任編輯：盧妍竹
審校：徐偉智

電視(3) 串流媒體(3) 科發月刊(5221)

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