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4K影像傳輸大學問

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,只需現有頻寬的1/3,也就是8Mbps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
 
 
 
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
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