从历史的角度看，电视技术一直有追踪电影技术的趋势。经过多年的研究与试验，目前在全球获得认可的数字电影放映图像格式为2k（2048×1080）与4K（4096×2160），实际上，上述两种数字放映图像格式都是参考高清电视的图像格式制定的，只是电影行业想让数字电影的起点更高、走得更远一点。当然，电视人并未就此止步，由NHK STRL（科学与技术研究实验室）提出的面向未来的Super Hi-Vision（SHV）正是这样一种可产生、传输、存储、显示高帧频、高清晰度图像及多通道伴音的超高清电视系统。2006年发布的ITU-R BT.1769建议书《用于制作和国际节目交换的大屏幕数字成像（LSDI）图像格式的扩展体系参数值》对SHV系统的图像格式进行了标准化，同时，NHK也于不久后向SMPTE I23工作组提交了超高清电视（UHDTV）的图像格式草案《Ultra-high definition television - Image parameter values for program production》。实际上，上述的LSDI与UHDTV描述的都是SHV，因此我们就用UHDTV来指代SHV。鉴于1920×1080已成为高清通用图像格式（CIF），而且UHDTV是一种旨在表现戏剧、演出、体育赛事、音乐会等节目的数字成像系统，因此UHDTV的图像格式要高于现有高清CIF的质量。UHDTV的图像格式分为UHDTV1（3840×2160）与UHDTV2（7680×4320）两个层次，支持50 Hz、60 Hz及（60/1.001）Hz等几种帧频，系统采用逐行扫描。由于采用正交采样，因此UHDTV图像的像素宽高比为1:1，图像幅形比为16:9。为了保持与现有HDTV系统的兼容性，除上述两种图像格式的像素数量分别为CIF的4倍与16倍之外，UHDTV系统的基色坐标、标准白、光电转换函数、亮度/色差分量方程等色度学指标都与ITU-R BT.709、SMPTE RP177等现有标准兼容，UHDTV图像的数字表示形式与相关采样结构为R’G’B’（4:4:4）或Y’CB’CR’（4:4:4/4:2:2/4:2:0），每个分量的量化位数皆为10或12 bit，不过R’G’B’/Y’CB’CR’分量并未全部占用1024或4096个可用码值（图2）。为了产生UHDTV所需的800万像素超高清晰度图像，对影像传感器也是一种极大的挑战。NHK曾采用富士能公司设计的4通道分光棱镜和4枚美光科技生产的800万像素传感器，其中两片感应绿光并进行斜向像素偏移，另外两片分别感应红光与蓝光，通过与池上通信机株式会社的合作，设计出UHDTV摄像机（图3）。在2008年的Open House展会上，NHK还展示了2.5英寸、3300万像素CMOS影像传感器的样品（图4），在综合考虑镜头解析度与尺寸、传感器灵敏度与动态范围后，NHK决定将像素尺寸控制为3.8微米，并采用低电压差分方式，以满足UHDTV摄像机对高速传输与低功耗的需求.为了还原UHDTV图像，NHK还与JVC合作，设计出了对比度达1000000:1的UHDTV投影机（图5），同时在100英寸以上的等离子显示器上显示UHDTV图像的研究也正在如火如荼地进行中。此外，为配合UHDTV系统而开发的22.2声道音响系统，通过位于观众前后左右上下的22个音源以及2个低频效果音源，可以营造出一个比现有5.1或7.1环绕声系统更加逼真的声场，让人身临其境（图6）。
　　当然，高分辨率也就意为着高码流，UHD的码流也是超乎想象的大。一段长度为1分钟的UHDTV2格式的图像需占用194 GB的存储空间，为了将UHDTV的4倍或16倍于HD CIF的原始信息量压缩至可接受的水平，NHK采用多个编解码器并行工作的方法，过去的展示曾采用MPEG-2，在后来的Open House活动中，NHK展示了与富士通实验室联合研制的基于MPEG-4 AVC/H.264的实时编解码器样机（图7），可将UHDTV高达24 Gbit/s（HDTV基带信号的目前数据率为1.5G/bit）的原始速率压缩至原来的1/100至1/200，而后通过一个利用21 GHz频带的宽带传送系统通过超高速数据通信卫星转发至千家万户。2005年11月，NHK还曾利用密集波分复用技术，进行了通过光纤网络传送24 Gbit/s原始数据流的实验，传送距离达到了260千米。STRL是NHK旗下的中心实验室，它在上月于拉斯维加斯举行的NAB展会上进行了图像演示，利用光纤传输。通过在模拟卫星广播中检验信号传输和在实验室中加以演示，研究人员使这项技术更加接近成为现实。日本获得了21GHz频段用于将来的卫星广播。如果开始UHDTV广播，由于可以获得较宽的带宽，卫星播放是可行的。UHDTV信号经过压缩、调制和经过一个上行转换器，然后发送到一个实验性21GHz频段卫星收发器，随后信号被传送到一个下行转换器，经过解调和解码后显示出来（图8）。
　　目前，高清电视(HDTV)已成为市场的主流,业内人士开始揣测超高清电视(UHD)何时能够开始商业化。市场研究公司In-Stat认为,将需要很长一段时间UHD市场才能达到5%的家庭普及率。不过,随着初期市场在未来五到十年亮相,技术公司、制造商、服务提供商和媒体公司将有充分的机会试验商业模式和策略,长期而言将使UHD成为稳固的业务。“UHD格式的分辨率是蓝光或1080p高清的4至16倍,而且可提供22.2声道立体音响,”In-Stat公司的分析师Michelle Abraham表示,“这是对现有家庭终端用户观看体验的巨大改善。”In-Stat最近的研究还得出以下结论：高清数字影院的热潮将使消费者体验高清内容。然后,早期UHD电视将可以让消费者在家里获得数字影院般的高清观赏体验。最终,广播公司将开始在2017年和2022年之间向UHD电视市场提供UHD内容。In-Stat公司预计2021年欧洲UHD电视总体安装将接近5%的家庭普及率,到2025年将超过28.2%。■