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超高清视频产业深度报告:把握关键领域稀缺龙头

浏览: 发表时间:2020-12-31 10:18:07

 1、超高清视频冲破传统收视体验,引领未来高质量生活

  1.1 电视----画面载体的演变历程

  世界上第一台电视出自英国的约翰·洛奇·贝尔德之手,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,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。

  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。

  1.2 超高清视频----追求极致画质的体现

  超高清视频(UHD,Ultrahigh Definition)是具有 4K(3840×2160 像素)或 8K(7680 ×4320 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。

  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。

  1.3 超高清视频跨时代的技术体系

  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。

  高分辨率提升图像清晰度。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。

  高帧率提升图像流畅度。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。

  高色深提升颜色渐变平滑度。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 2^1=2 种颜 色,即黑和白。8 bits 代表 2^8=256,即 RGB 三个颜色通道总共能表现出 256^3=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。

  宽色域提升颜色丰富度。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。

  高动态范围提升明暗对比度。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。

  三维声提升声音立体临场感。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、先进国家具先行优势,国内向技术高点发力冲刺

  2.1 国外先进技术引领行业标杆

  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 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 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。

  2.2 国内技术加速突破,多方位驱动产业链发展

  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“5G+8K”超高清视频全业务转播车,内容制作工具也在不断丰富,为超高清视频内容供给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,整个超高清视频产业链有望形成良 性循环。

  2.2.1 5G 为超高清视频产业铺好移动端路基

  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。

  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 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。

  近年来,超高清视频直播不断快速发展,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 超高清直播的流畅度和稳定性,也让 8K 超高清直播成为现实。

  2.2.2 有线宽带高速率化,协同 IPTV 架设固定端高桥

  5G 面向移动端互联网,而固定端则以有线宽带为代表。目前,有线宽带接入不断高速率 化,光纤接入(FTTH/O)用户占比持续提升。截至 2020 年 7 月底,电信运营商的固定互 联网宽带接入用户总数达 4.68 亿户,同比增长 6.5%,比 2019 年底净增 1829 万户。其 中,光纤用户为 4.37 亿户,占宽带用户总数的 93.4%。大于等于 100Mbps 的用户为 4.09 亿户,占总用户数的 87.4%。大于等于 1000Mbps 的用户为 307 万户,比 2019 年底净增 220 万户。

  IPTV 即交互式网络电视。IPTV 利用有线宽带网络,集互联网、多媒体、通讯等多种技 术,以互联网机顶盒和普通电视机或计算机作为用户终端,用户可收看节目直播、点播 视频,或进行手机互动、3D 游戏、教育娱乐等多种交互式操作。

  IPTV 用户数在 2014 年仅 3363.6 万户,到了 2019 年底达到了 19404 万户,大幅增加近 5 倍。据工信部,2020 年 1-7 月,IPTV 用户数快速增长,在 7 月底总用户数达 3.05 亿 户。2020 年前 7 个月,IPTV 用户净增 11096 万户,新增用户占到了 2019 年用户总数的 57.2%,增长速度非常快。对光纤用户渗透率为 69.8%,在 2019 年的渗透率仅为 46.5%, 今年前 7 个月内渗透率大幅提升 23.3%。

  IPTV 用户数的快速提升反映了用户对电视多样化功能的需求,用户在不同场所逐渐习惯 于通过 IPTV 获取资讯、娱乐、商用和教育等,光纤渗透率的提升则有力支撑超高清视频 在固定端的传输和呈现

  2.2.3 央视成为超高清视频发展强力助推器

  2019 年中国迎来了一个不太一样的春晚,这一年的春晚充满了科技感。除了全息投影、 AR、VR 和无人机外,19 年春晚上首创性的使用 5G 网络传输进行 4K 超高清内容直播。以 5G 传输 4K 视频,转播信号更稳定,观众能观看到更流畅的超高清春晚,体验身临其 境之感。春晚作为全国同时收看人数最多的节目,央视带头在春晚上展示 4K+5G 技术, 让观众透过屏幕感受新科技带来的震撼感,对超高清视频起到了非常大的宣传作用,有 利于激发群众对超高清视频内容的热情,挖掘出更多消费端的潜在需求。

  央视在 2019 年启用 4K 直播是未来的新起点,后续也将继续沿用超高清直播,就像全息 投影、AR、VR 等技术也是从几年前开始沿用至今一样。同时,央视总台正逐步实现“2020 年全 4K,2021 年试 8K”的目标,即:至 2020 年,央视要完成全 4K,即央视 16 个频道 要实现 4K 播放,并推进在全国各地有线网络、IPTV 实施。2021 年要具备每天制作 100 小时 4K 节目的能力。2021 年开展 8K 试验是为了 2022 年的 8K 冬奥会直播提供支撑。除 了央视,四川、广东、湖南、江苏、福建等省市相继上线超高清频道,未来陆续将有更 多地方电视台推出超高清频道,助推超高清视频产业的发展。

  2.3 国家政策频出势头强劲,打造超高清视频产业璀璨之星

  在 2018 年 1 月,广电总局发布了《关于规范和促进 4K 超高清电视发展的通知》, 为超高清视频产业的发展规划指明方向。2019 年 1 月,发改委发布《进一步优化供 给推动消费平稳增长促进形成强大国内市场的实施方案(2019 年)》,鼓励超高清视频产品消费,加大对中央和地方电视台 4K 超高清电视频道开播支持力度。为了推 动超高清视频产业发展, 提供全方位支持与指导,2019 年 2 月 28 日,工信部、国家 广电总局和中央广电总台联合印发《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022 年)》。《行动计划》中提出“4K 先行、兼顾 8K”的总体技术路线,要大力推进超高清视频产 业链各环节共同发展。还提出到 2022 年,超高清视频产业规模要达到 4 万亿元, 4K 频道超高清节目制作能力超过每年 3 万小时,同时超高清视频用户达 2 亿人。后来工信 部、广电总局、发改委等部门又相继出台了多个支持超高清产业发展的政策,加快超高 清视频标准体系建设、推动全国有线电视网络融合发展、探索下游应用场景、推进 5G、 VR/AR 和与超高清视频结合发展。

  2.4 地方政策加速跟进,地方特色各有千秋

  国家定调超高清视频产业发展目标后,地方政策也加速跟进。北京、上海、广东、湖南、 四川等多个省市在 2019 年陆续发布了地方超高清视频产业发展行动计划,明确了超高 清视频产业和应用发展的主要任务及推进措施,“央地联动、多点开花”的产业格局逐 渐成型,如北京支持建设超高清视频(北京)制作技术协同中心,加快了 5G+8K 前沿 技术研究与推广的核心布局。湖南长沙打造具有国际竞争力的“中国 V 谷”,加大创 意生产的奖励力度,将不断丰富原创性超高清视频内容。

  3、超高清产业链增速加快,2022 年规模或超 3 万亿

  3.1 超高清视频市场空间巨大,产业链完整细致

  根据赛迪顾问数据显示,2017 到 2022 年,超高清视频的产业产值的年增长率在逐步加 快。在产业发展初期增长率较低,如 2017 年增速 25.4%和 2018 年的 28.7%,这是因为 产业链各环节都处于起步阶段,需要克服许多挑战,比如在制作、传输和分发等环节, 行业内对帧率、传输码率等关键技术指标没有形成统一标准,超高清视频各环节发展速 度不同,在核心技术标准方面一定程度受制于发达国家。

  但在 2019 年国家政策对超高清视频产业未来 4 年的发展定调,产业发展进一步提速, 超高清视频产业产值也将加速增长,2019 年至 2022 年的增速预计将保持 34%以上,且 逐年加快。因此,赛迪顾问预计我国超高清视频产业在 2022 年有望达到 3.4 万亿元左 右。因为目前超高清视频产业链已完整细致,采集、制作、分发、传输、呈现等各细分 环节均有国内多个企业提供相应支持。叠加核心技术和元器件的短板得到逐步解决,自 主研制的 AVS2 标准已得到应用,正向 AVS3 标准迈进,端到端综合体系逐渐完善,内容 供给丰富度提升等,超高清视频产业链的发展障碍逐渐减少,未来在各产业链环节的协 同作用下,超高清视频产业的发展将明显提速。

  从超高清视频的产业链上看,总体可分为核心层、服务层和应用层三个层次。其中,核 心层提供硬件设备的生产制造,包括视频生产设备、网络传输设备、终端呈现设备和相 关核心元器件。核心元器件包含感官器件、储存芯片、编解码芯片、图像芯片、处理器 芯片和显示面板。视频生产设备则主要涵盖采集、制作、编码和储存四类设备。网络传 输设备按照不同传输方式,又分为卫星传输、有线电视传输、地面广播和互联网传输。终端呈现设备是生活中最常接触到的,像电视、机顶盒、PC、手机、平板、VR/AR 等。服务层提供面向超高清视频的平台服务;应用层为超高清视频与各行业融合应用形成的 新模式新业态。

  具体到产业链各环节,各国发展状况不同,整体上发达国家处于行业领先地位。国外在 视频采集设备、视频制作系统、有线电视传输设备、电视、超高清视频内容环节有较高竞争优势,我国在编码设备、互联网传输设备、机顶盒、计算机设备、VR/AR、集成服务、 编解码芯片等环节和国外水平旗鼓相当。

  其中,在编码设备方面,国外企业推出了 HEVC 实时编码器产品。国内在应用了 AVS2 编码标准后,仍在不断研发 AVS3 标准,继续提升自主研发编码标准的国产化应用和 国际在 2019 年年底和 2020 年年初分别发布了自主研发的 AVS3 开源编码器“天璇” 和“天枢”。编码设备的国产化将有力提升国内超高清视频产业的竞争力水平,减 少对进口技术和进口产品的依赖,结合自主研发的普惠性 AVS 编码标准,能降低视 频制作、传输、呈现等环节的成本,提高应用效率。据赛迪智库,编码设备环节在 2022 年规模将达 119 亿元。

  3.2 视频编解码设备向高端领域进阶

  超高清视频生产是整个超高清产业链的重要开端,视频采集、制作、编码、储存、解码 是后续进行传输、内容呈现、行业应用等不可缺少的必要环节,重点以超高清视频的编 解码环节为例。对超高清视频的编解码的硬件主要为编码设备、解码设备。

  编码设备。编码设备能通过特定算法将超高清视频数据转换成格式化视频文件。设备需 用到音视频压缩编解码芯片、数据输入输出通道、各类接口控制和嵌入式软件等,需具 有极高编码压缩效率、并保证极佳的视频质量,支持多种输出格式和多种应用场合等。4K 和 8K 超高清视频编解码产品发展阶段不同。2019 年有大量新制作的 4K 节目,4K 编 码设备需求大幅增加,当前 4K 编解码设备市场较为成熟。产品架构主要包括嵌入式产 品和 X86 服务器,嵌入式产品供应商主要有数码视讯、爱立信、Appear TV 等,X86 服务 器产品供应商主要有当虹、锐马视讯、数码视讯、哈雷、汤姆逊等。

  解码器。目前国内大多数 4K 解码器均为嵌入式架构,可同时支持 AVS2 及 H.265,主要 采用海思芯片。

  4K 编解码设备趋于国产化。国内厂商已能够满足相应配套和实际使用需求,所以国内运 营商趋向于使用国产 4K 编解码设备,国外企业在本土市场占比较小。央视上星 4K 节目 使用了数码视讯与柯维新编码器组成算法库层面上的主备异构系统,北京、福建等省市 的网络公司已采用数码视讯、当虹等厂商的嵌入式 4K 编码器用于 4K 节目,如爱上等 IPTV 平台也已开始通过国内 4K 编转码器搭建 4K 节目源平台。

  8K 编解码设备。8K 编解码设备处于起步阶段,市面上支持 AVS3 的设备非常少,只有数 码视讯和海思分别发布了商用编码器和解码芯片。2019 年 8 月,我国诞生了第一辆 5G+8K 转播车,于次月转播了北京男篮世界杯,为 2022 年冬奥会实现 8K+5G 转播开创先河。

  3.3 超高清视频网络传输快步迈向高速化

  超高清视频网络传输有两个重要环节,有线电视传输和互联网传输。

  有线电视传输设备包括干线放大器、干线桥接器、分配器、分支器以及传输介质(电缆、 光缆)等。目前国内外的传输设备基本能够满足 4K/8K 视频传输的速率要求,但国外可 支持 4K/8K 超高清频道设备较多,国内正在加强国产设备的研制。目前国内宽带普及率 稳步提升,光纤渗透率也在不断提高,随着 4K/8K 视频内容的逐渐丰富,未来对国产有 线传输设备的需求也将继续增强,国产化率也会再度提高。

  互联网传输设备包括路由器、交换机、无源光网络设备(PON)、光传送网交换设备(OTN)、 移动通信基站等。固网传输方面,华为、中兴等企业能提供 400Gbps 传输速率的核心路 由器和 OTN 设备,和 10Gbps 的传输速率的 PON 设备。无线传输方面,5G 标准能支持 100~1000Mbps 的传输速率,随着 5G 加速大规模商用,未来超高清视频对无线传输的高 速率需求将得到解决。

  3.4 超高清视频终端呈现设备多元化扩张

  随着时代的发展,传统的终端呈现设备从以电视、台式电脑为代表的固定端,扩展到以 手机、平板、笔记本电脑等移动端。而人们生活质量一直都在不断提高,对视频体验也 有了更高的追求,如 VR/AR 等全新技术在近年来进入到人们视野。

  在电视方面,为了更好体验超高清视频的身临其境效果,用户对大屏电视的需求在不断 上升。彩色电视机产量经过了 2015-2017 三年的稳定期后,从 2018 年起,超高清视频 产业未来规划逐渐清晰,人们对大屏电视的关注度重新升温,从而带动了彩电需求的回 暖,彩电市场在 2018 年迎来高速增长,产量增速将近两成。

  除了电视外,电脑也是重要的显示设备。电脑主要分为台式和笔记本,台式机和电视类 似,都属于固定端设备。而笔记本电脑更具便携式,大大提高移动端的体验。国内外主 要笔记本厂商均有推出多款 4K 商务本和游戏本,满足不同场景下对超高清显示的需求。目前性能较好的 4K 笔记本均价在万元以上,当下多数主流笔记本仍然都是 1080P 分辨 率,因为 4K 屏幕的普及还需要考虑成本问题。目前市面上也有 5000 元左右的中低端 4K 笔记本,这是因为在 CPU、内存、硬盘等硬件成本方面做减法。随着技术的快速更新迭 代,4K 屏幕的生产成本将会逐渐降低,在中低价位也将出现更多性能更加的 4K 笔记本, 4K 屏幕作为笔记本的标配是未来的一大趋势。

  近年随着技术的进一步演进,虚拟现实技术(VR)进入到了大众日常生活中,其集成计算 机、电子信息、仿真技术于一体,基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人营造出 环境沉浸感。目前多个行业对 VR 技术的需求日益增强。VR 能应用在影视娱乐、教育、 房屋设计、医疗诊断、军事侦查和训练等领域。目前 VR 设备价格较高,一般在三千元以 上,但限于目前的画面刷新率和分辨率,会出现部分用户观感不佳的情况。但 VR 眼镜更 新迭代速度较快,未来 VR 设备的刷新率和分辨率进一步提升,观感有望大幅改善,成本 和价位也会逐步下滑。同时,VR 设备正不断加大与游戏产品的融合,尤其 5G 网络商用 后大规模覆盖,将带动云游戏和 VR 进一步结合,VR 在游戏领域的渗透率或更快提升。

  4 视频编转码技术是超高清视频的核心发动机

  4.1 视频压缩即萃取精华过程

  原始的视频包含了所有帧的图像信息,因为每一帧之内、帧与帧之间存在相关性,所以 原视频信息存在大量冗余信息,为了便于储存和传输,需要对原视频进行压缩,去掉冗 余信息,降低数据间相关性,凝练出有效的数据信息。

  数字化后的视频信号能进行压缩主要有两个基本条件:含有数据冗余和视觉冗余。其中 数据冗余中最主要的两种是空间冗余和时间冗余。

  空间冗余是指视频图像在水平、垂直方向的相邻像素之间变化很小,即每个像素点和周 围像素点的值之间有非常强的相关性。比如一帧对应的一张图像中有一大片蓝色区域, 区域内即存在大量相同的像素值,因此数据有很大的空间冗余。

  时间冗余是指相邻的帧之间的图像信息存在非常强的相关性。即某一帧的图像与前、后 两帧图像具有非常相似的背景或物体,只是移动物体在空间位置上略有差异,所以前后 多帧图像几乎一样,这就形成了时间冗余。

  视觉冗余是指人类的视觉对图像变化的感知具有视觉敏感和不敏感的部分,舍弃视觉不 敏感的信息,也不影响视觉效果,即存在多余视频信息,这就是视觉冗余。

  4.2 编转码技术是超高清视频产业运转之关键

  目前中国的超高清产业链仍处发展初期阶段,超高清视频内容供给仍较少、采集制作等 关键技术仍需进一步提高、消费级终端还未大规模普及等行业痛点制约了超高清产业链 的发展。其中,视频编转码是视频采集、生产、直播、传输到呈现的全链条中最为关键 的环节之一,编转码技术的先进性很大程度决定了超高清视频产业发展的进程。对于电 视台、电信运营商和互联网视频公司来说,高效的视频编转码能力是促进其业务开展的 重要因素。同时,国内广播电视属于专业级视频领域,优秀的编转码技术能确保播出的 安全性和稳定性。而且随着技术水平的不断提高和居民生活方式的转变,社会信息传播 渠道的重心逐渐从文字和图片转变到视频,并且人们对视频画质、音效、传播时效性等 需求在不断提升,不断改进视频编转码技术才能够更高效的制作和传播高质量视频,才 能更好的满足广大用户对于视频播放的需求。

  高效的编转码能力在视频直播、内容生产等方面发挥着非常重要的作用。以大型体育赛 事直播为例,高效的编转码能够同时支持手机、平板电脑、电视、电脑等多终端多格式 的收看比赛,能实现实时处理和超低延迟,同时能以最好的画质呈现,无论是超大的户 外巨屏还是手机屏幕都能有较好的观看体验。高效的编转码还能节省流量,处理或播放 同样画质的一段视频,耗费的流量能降低到一半左右。

  视频编转码主要的下游应用包括传媒文化、公共安全行业等,其中 IPTV、电信运营商、 互联网视频等行业是主要的应用行业,而且目前这些子行业正不断加强超高清视频应用, 所以视频编转码的行业规模的和下游行业的视频处理需求密切相关。

  4.3 视频编转码各流程相辅相成

  视频编转码的应用涉及视频的编码、解码和转码过程,需要用到的硬件设备主要包括编 码器、调制器/解调器、加扰器/解扰器、复用器、适配器、解调器。

  视频编码是指通过压缩技术,将原始视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。即根据不同的视频参数及编码标准,通过去除视频图像的冗余信息,达到几十、几百甚 至更高倍数的视频压缩率。

  视频解码就是把经过了编码的形成的数字信号经解码装置转 换成视频图像的方式。视频编码是对压缩视频大小,解码是让压缩后的视频文件能够在特定设备上播放,和这 两者不同的是,视频转码是指将已经压缩的视频码流转换成另一个视频码流,以适应不 同的网络带宽、终端处理能力和用户需求,本质上是一个先解码,再编码的过程。因为 网上平台有各式各样的视频源,以及有支持不同视频格式的各类终端设备,这些视频的 码率、质量,及用户的播放器所支持的格式均不相同,为了保障视频能顺利在用户的终 端上呈现,就需要转码的支持。转码能有效降低视频码率、提升质量,还能规范视频格 式。

  4.4 编码标准是实现超高清视频的重要条件

  编码标准是由权威的视频行业国际标准化制定的,行业内普遍认可及通用的编码语言。目前行业内应用较广泛的标准是 ITU-T 制定的 H.26x 系列标准、ISO/IEC 制定的 MPEG 系 列标准和我国自主研发的 AVS 标准等。

  H.26x 系列标准。H.26x 系列标准由 ITU-T 制定,主要包括 H.261、H.263、H.264、H.265 和 H.266,应用于实时视频通信领域。H.261 是最早的运动图像压缩标准,其最初 应用在 ISDN 上双向声像业务,只能处理 CIF 和 QCIF 两种图像格式。H.263 是为低码 流通信设计的标准草案,在实际应用中能覆盖较宽的码流范围。H.264 是一种视频高压 缩技术,压缩率相当于 MPEG-2 的 2 倍。H.265/HEVC 是继 H.264 后新一代视频编码标 准,提高了压缩效率、鲁棒性和错误恢复能力,减少了实时的时延等。相比 H.265,H.266 的压缩性能进一步提高,能大幅降低视频体积,H.266 的视频码率只有 H.265 的一半, 但能在视频清晰度同等的情况下减少 50%的数据大小。

  MPEG-x 系列标准。MPEG 是 ISO 与 IEC 在 1988 年成立的专门针对运动图像和语音压缩 制定国际标准的组织。标准主要有 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 等。MPEG 技术主要通过帧 间压缩编码技术、DCT 技术和熵编码分别减小时间冗余度、空间冗余度和统计冗余度, 以达到视频压缩的效果。MPEG-1 是 VCD 使用的标准,但解码后图像质量较差。MPEG-2 定 为 DVD 播放机标准,但其标准数据量仍很大,不便于存储和传输。MPEG-4 是一种超低 码率的音视频压缩编码标准,可用于可视电话、视频会议和多媒体通信,和前两代相比, MPEG-4 的压缩比更大、码率更低,可以把多种应用融合成为交互式的音视频终端。

  AVS 标准。AVS 是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。当前中国已经企业已 经应用了自主研发的 AVS2 视频编转码标准,正加快研发 AVS3 以对标国际的 H.266 标 准。中国研发编转码标准的意义重大,只有实现了自主研发的一套标准,才能摆脱对国 际标准的依赖,从而降低视频生产、制作、传输等环节相关企业的专利成本。2006 年 2 月,AVS1 标准视频部分颁布为国家标准。AVS1 的码率为 MPEG-2 标准的 1/3 时,标准清 晰度/高清晰度的编码质量能达到良好以上水平,码率为 1/2 时,编码质量更加优异。2016 年 12 月,AVS2 被颁布为国家标准,首要应用于超高清视频,能支持 4K 以上超高分 辨率、HDR 视频的高效压缩,编码效率是 AVS1 的 2 倍,相当于同期国际标准水平。在场 景编码领域甚至高出同期国际标准效率一倍,为国内视频产业带来了许多宝贵的发展机 遇。为了国内 8K 及 5G 产业应用的需要,AVS 工作组研制的第三代标准 AVS3 已向国标 委申请立项,AVS3 是 8K 超高清视频编码标准,能够在未来 5-10 年内推动 8K 超高清和VR 视频产业的发展。2019 年 3 月,AVS3 的基准档次制定完成,AVS3 性能已经超过 AVS2 标准约 30%,随着标准的继续完善,AVS3 的编码效率在未来能比 AVS2 提高 1 倍。当前, 国家持续推进国产 AVS 标准的应用,拥有高质量 AVS2 编转码技术的企业在已经占有一 定优势,未来超高清视频的普及将会继续提高编转码行业集中度。

  4.5 AVS 标准的国产替代将促进普及应用

  2018 年 8 月底,由于 AVS2 性能优异,且拥有自主知识产权,因此 AVS2 视频标准成为广 电总局印发的《4K 超高清电视技术应用实施指南(2018 版)》采用的唯一视频编码标 准。后来央视总台开通 4K 超高清频道,使 AVS2 的应用迎来了里程碑时刻。

  和传统的 MPEG-x 和 H.26x 系列标准相比,AVS 标准结构更间接,效率更高,收费也更 低。2018 年 9 月,AVS 专利池管理委员会决定,对符合条件的 AVS2 软件应用免收专利 许可费,并对每台 AVS2 编解码设备收费 1 元人民币,不对运营商和内容商收费。因此, AVS2 能够以更低的成本支撑国内音视频产业的高速发展,并支持相关企业在国际市场上 有更多话语权。

  4.6 视频编转码硬件加速国产替代,技术路线趋向混合算力

  传统的编码技术一般分为两种,一是采用编码芯片,二是采用纯 CPU 进行编码。使用 CPU 进行编码为软编码,而通过编码芯片,如显卡 GPU、专用的 DSP、FPGA、ASIC 芯片等为硬编码。软编码实现直接、简单,参数调整方便,升级易,但 CPU 负载重,性能 较硬编码低,低码率下质量通常比硬编码要好一点。硬编码性能高,低码率下通常质 量低于硬编码器,但部分产品在 GPU 硬件平台移植了优秀的软编码算法的,质量基本 等同于软编码。

  在编码器和芯片方面,对视频源进行压缩的硬件是编码器,其核心零部件是编解码芯片。2006 年,国内编解码芯片出货量仅占比中国生产芯片总量的 1%左右,当时半导体巨头 TI 夺得了中国市场的半壁江山,因为国外厂家积累了丰富的经验,在这个领域深耕多年, 熟悉产业的特点,国内芯片的稳定性有待提高。当时,应用视频行业的厂家基本只考虑 国外芯片,几乎不考虑国内芯片。2016 年,编解码芯片国内的出货量较 10 年前大幅提 升,占比提升到 62%左右,华为海思占领了国内超过一半市场份额。海思依托中国近 10 年安防市场的蓬勃发展,让海思芯片成为了海康、大华等安防企业摄像机的首选芯片。

  在国产标准 AVS 芯片方面,全球 AVS 芯片厂商已经超过 20 家。华为海思、晨星等芯片 厂商均研发并推出了 AVS2 的解码芯片。未来随着超高清 8K 的国产 AVS3 编码标准国产 化替代、AVS 标准国际化进程提速,并量产、应用国产编解码芯片,视频编码标准的发 展格局将迎来突破。据 AVS 工作组,高清晰度/标准清晰度 AVS 解码芯片和编码芯片, 国内需求量在未来十多年的时间内年均将达到 4000 多万片,AVS 最直接的产业化成果是 未来 10 年我国需要的 3-5 亿颗解码芯片,最直接效益是节省超过 10 亿美元的专利费。

  在编码器方面,由于国外编码技术标准专利费昂贵,收费结构复杂等原因,国内企业正 逐步实现编码器产品的国产化,而国产化编码器则基于国产 AVS 标准,需要对原有的编 码器进行替换。采用 AVS 编码器得到的回报远大于替换编码器的投入,因为基于 AVS 的 编码效率,至少可以节省一半传输带宽资源、可以为标清业务部署的传输系统直接提供 高清业务,从电视网看,传输的节目容量扩大一倍。从国有资源看,地面广播中节省一 半的无线频谱资源,意义重大。

  目前多家企业已成功研制了多套 AVS 标准清晰度编码器、高清晰度编码器和面向移动设备的编码器。北京联合信源、上海国茂、广州高清视信、美国 Telarity 和 Envivo 共 5 家企业开发出了 AVS 高清和标清编码器产品。数码视讯、柯维新、当虹、上海国茂等企 业的广播级 AVS2 超高清实时编码器正逐步推向市场。

  视频编转码技术路线选择方面,编转码主要采用三种架构,分别是 FPGA/ASIC 架构、CPU 架构和 CPU+GPU 架构。全球有许多基于 FPGA/ASIC 架构、CPU 架构研发编转码技术的企 业,Ateme、Harmonic、Envivio 以 CPU 架构为主,国内企业大多数采用 CPU 或 FPGA/ASIC 架构,如数码科技采用 ASIC 架构。使用 CPU+GPU 架构的企业很少,有当虹科技、AWS Elemental 和 Telestream 等。CPU+GPU 方案需要对整个编码流水线进行大幅重构,以充 分利用 CPU 和 GPU 不同算力的特性,对编转码整体技术需要有非常深入的理解。

  FPGA/ASIC、CPU、CPU+GPU 三种架构的优劣势对比具体如下:

  CPU+GPU 架构技术是从以往的单一算力优化,向混合算力优化方向发展;从多媒体指令 级优化向基于深度学习的算法级优化方向发展;从单一的音视频编码能力向高集成的音 视频综合处理能力方向发展。GPU 是目前最成熟的深度学习平台,与高性能的 CPU 算力 结合后,CPU+GPU 方案有望成为下一代视频编码平台的主流平台。

  5、投资策略

  超高清视频行业发展或将大幅提升居民生活质量,使视频影像更加生动、灵活、高效。随着 5G 技术大规模商用,有线宽带高速率化,IPTV 快速普及,这有利于扩大超高清视频应用领域、构建多元结合的新生态。国内政策频出, 央视发挥领头羊作用,超高清视频产业有望进一步加快发展。2019 年工信部、国家广电 总局和中央广电总台联合印发《超高清视频产业发展行动计划 (2019-2022 年)》,展 示我国对超高清视频产业发展的支持。超高清视频现处于快速增长期,其未来规模增长 潜力巨大。视频编转码作为超高清视频制作、传输、呈现的核心环节,编转码技术应用 于多领域、多平台、多形式,有望受益于产业链的高速发展。因此,我们对超高清视频 产业首次覆盖给予推荐评级。

  来源:东莞证券

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