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4K技术全面解读,带您了解什么是4K!

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发表于 2016-5-20 19:11:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
       4K是近年来最热的科技词汇之一,这种技术几乎可以看成是彻底颠覆显示设备画质的手段。4K不仅仅影响了电视和电影,同时还包含了相机、智能手机、平板电脑、电脑显示器和游戏等,几乎任何和图像或视频有关的领域,我们都会看到4K的身影。
       4K分辨率即4096×2160的像素分辨率,它是2K投影机和高清电视分辨率的4倍,属于超高清分辨率。在此分辨率下,观众将可以看清画面中的每一个细节,每一个特写。影院如果采用惊人的4096×2160像素,无论在影院的哪个位置,观众都可以清楚的看到画面的每一个细节,影片色彩鲜艳、文字清晰锐丽,再配合超真实音效,这种感觉真的是一种难以言传的享受。

  4K目前可以说是电视厂商最重要的领域,同时又处于刚刚起步阶段,整体的发展还属于冰山一角。那么,作为一位普通消费者,你真的了解4K吗?


  什么是4K?

  其实从名字我们就能够大概判断出,4K电视(也叫UHD超高清电视)在分辨率上是传统1080p电视机的4倍,像素点从200万提高到了800万个。这就意味着4K将会带来更细腻的显示细节、更逼真的纹理和更流畅的平滑度。而这仅仅是一个开始,包括广播电视服务提供商在内,都可以通过提高帧率而带来更好的对比度和更广泛的色域。

  想要了解4K产品,首先就要从4K图像的相关标准入手。图像的大小可以用像素分辨率来表示,例如1920*1080的分辨率就意味着图像是由水平方向每行1920个像素以及垂直方向每列1080个像素组成的。出于方便交流的原因,业界也常常以图像水平方向上的像素值来表示图片大小,而且为了简化交流过程,一般情况下会用“K”来描述像素值,其中1K相当于1024个像素,几K就是指图像的水平方向每行像素值达到或者接近1024的几倍。

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  以此为标准,4K图像就是指水平方向每行像素值达到或者接近4096个的图像,多数情况下特指4096*2160分辨率。而根据使用范围的不同,4K图像也有各种各样的衍生分辨率,例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV标准的3840*2160等,都属于4K图像分辨率的范畴。

  如今常见的4K分辨率有4096*2160和3840*2160两种,前者主要用于数字电影领域,后者则多用在4K电视或者4K显示器上。采用3840*2160分辨率的电视或显示器也叫做UHDTV标准产品。UHDTV标准是由国际电信联盟制定,全称是Ultra High Definition Television,也就是超清电视。与1920*1080分辨率的Full High Definition Television(FHDTV,全高清电视)相比,UHDTV的分辨率刚好是FHDTV的四倍,在屏幕尺寸相同的情况下可以显示更加精细的图像,而且由于高宽比同样是16:9,UHDTV标准产品也能很好地兼容FHDTV的图像,更容易被消费者接受。

  不过从严格意义来说,4K电视与超清电视并不是完全等同的,因为UHDTV标准除了3840*2160分辨率外,还包含有7680*4320分辨率,后者也被称为8K分辨率。因此从技术上来说,4K电视属于超清电视,但是超清电视却不仅限于4K电视。现在电视或者显示器厂商的宣传重点会放在“4K”而不是“超清”上,除了前者读上去科技感更强一些外,其中一个原因就是希望给未来的“8K”产品留出区别的空间。

  超高清和4K的区别


  从技术层面上来说,超高清(Ultra HD)其实是从4K数字标准衍生出的概念。标准的4K分辨率在本地可以达到4096×2160像素,而超高清则要稍低一些,分辨率为3840×2160像素。


  这就是为什么某些品牌或型号并不使用4K的标签,而是声称是Ultra HD超高清的原因。不过对于消费者来说,两种分辨率其实并没有太明显的区别,效果都一样出色。

  4K Ultra HD的意义

  其实有很多理由都能够让4K电视成为消费者下一个应该关注的领域。比如对于摄影师们来说,可以在4K电视上欣赏自己的作品,并且通过2160p的分辨率更好的关注照片的细节。


  而4K在显示细节和效果上,也是与1080p之间有着明显的差异。尽管与3D不同,4K并没有将观看方式带来质的变化,但是更高的分辨率可以让图像更加动人。另外4K带来的高像素密度可以让图像的结构本身变得更加清晰,用户可以在相同的距离下拥有更高级的体验。不过4K电视的尺寸至少要大于50英寸才会有作用。


  4K产品需要多高的刷新率?

  对于4K分辨率来说,它只有水平方向像素值和垂直方向像素值两个属性,不过对4K电视和4K显示器产品来说,除了分辨率要达标外,刷新率的高低也不容忽视。 刷新率是指屏幕图像的更新速率,以往的CRT显示器是依靠电子激发屏幕上的荧光粉显示图像的,但是由于同一时间只有一个像素点被点亮,要显示一张完整的图像,显示器就必须在荧光粉余光熄灭前重新对其进行激发。


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  只是CRT显示器的荧光粉余光维持时间实际上是很短的,因此电子必须在极短时间重新激发荧光粉,才能维持图像的稳定,而这个激发的频率就是我们现在常说的刷新率,如果刷新率不够,CRT显示器的画面就会出现闪烁,看起来很不舒服 。一般来说,CRT显示器的刷新率是越高越好,至少也要在85Hz以上,人眼才不会感觉到明显的闪烁。

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  如今电视机和显示器都已经走进了LCD液晶时代,LCD的工作原理与CRT完全不同,它更像是幻灯片,只是用LCD来取代了胶片。LCD的像素点可以看作是单独的开关,只需一次刷新动作就可以显示稳定的图像,完全可以做到只在图像变化后才刷新屏幕。现在LCD屏幕之所以还会以恒定的频率刷新图像,哪怕只是静态图像,更多的是处于产品兼容性的考虑,同时也有利于动态画面的快速变换。当然相比于“刷新率越高越好”的CRT屏幕,LCD屏幕对刷新率的要求无疑要低得多,基本上不低于24Hz就可以保证图像的流畅。

  例如:因为人眼视觉残留效果,我们可以用旋转的LED灯带做出这样的图案

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  那为什么LCD屏幕需要24Hz以上的刷新率呢?实际上这是由人眼的视觉残留时间或者说是视神经的反应时间决定的,这个时间大约是1/24秒,换句话说,当图片的变换速度达到每秒钟24幅的时候,由于视觉残留效应,人眼看到的图像不再是一幅幅的单独画面,而是一个连贯的动画,这也就电影的原理以及视频帧速多数是24FPS的主要原因。

  由于LCD屏幕在图像发生变化时需要重新刷新画面,在播放每秒24FPS的视频时,就需要每秒至少刷新24次屏幕,才能保证视频的每一帧都出现在屏幕上,才能保证人眼看到连贯的图像,这就是LCD屏幕的刷新率要求不低于24Hz的缘故。


  对4K分辨率产品来也是同样的道理,想要输出流畅的4K分辨率动态图像,屏幕刷新率同样不能低于24Hz,因此以目前主流的两种4K分辨率3840*2160以及4096*2160来说,它们就有24/25/30/50/60Hz等多种不同的刷新率规格,其中比较常见的是24Hz、30Hz和60Hz,前两种常见于4K电视上,而60Hz的规格基本上只有PC显示器或者是旗舰级电视产品才会用上。至于为何会是这样的安排,我们会在后续文章中给大家进行详细讲解。

  哪些视频接口可以输出4K分辨率?


  目前可以输出4K分辨率的接口只有HDMI和DisplayPort,其中HDMI接口想要输出刷新率4K分辨率,就必须使用支持HDMI 1.4a或更高标准的产品,可以输出的4K分辨率规格最高为4096*2160@24 Hz或者是3840*2160@30Hz;DisplayPort接口需要输出4K分辨率的话要支持DP 1.2标标准,不过其最高可以输出刷新率为60Hz的4096*2160以及3840*2160分辨率。

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  之所以会有这样的区别,归根到底是两个接口对应的数据带宽有所不同导致的,HDMI 1.4a接口的数据带宽为10.2Gbps,而DP 1.2接口的数据带宽高达21.6Gbps,是前者的两倍多一点。HDMI接口想要输出60Hz刷新率的4K分辨率,只有等到HDMI 2.0接口正式登场后方方可实现,HDMI 2.0接口的数据带宽为18Gbps,完全可以满足60Hz刷新率下4K分辨率的输出需求。

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  值得一说的是,目前HDMI接口和DP接口是产品能否在4K分辨率下输出60Hz刷新率的最直观区别,目前环境下仅配置HDMI接口的产品肯定不可以输出60Hz刷新率下4K画面,只有配置了DP接口的设备才有这个可能性。现在多数主流级的4K电视的屏幕规格最高也就是3840*2160@30Hz,因此它们多数只配置了HDMI接口,只有少数旗舰级产品会配置DP接口,支持输出60Hz刷新率的4K分辨率画面。

  4K电视频道

  目前(2016年5月)中国大陆境内还没有真正的4K广播电视信号。不过DVB指导委员会已经在今年7月批准了DVB-UHDTV的第一阶段规范,通过通过60Hz的帧率发送3840×2160像素的信号,并且采用了8 bit的颜色标准,因此在画质上将有大幅改善。另外ETSI标准预计也将会在不久之后推出,未来将陆续会有广播公司开始提供4K信号。而目前4K广播信号面对的最主要问题是与大部分消费者家中的机顶盒并不兼容,因此这还需要一轮更新换代的过程。

  4K内容

  目前YouTube提供了一个全新的4K频道,但是这对于个人电脑的显卡也有很高的要求,因此这并没有太高的参考意义。也许你认为,现在本地4K内容的匮乏也是限制4K电视发展的原因,但是通过对1080p进行各种技术处理,所带来的效果也是比较让人满意。

  另外,索尼也发布了多款4K蓝光播放器,尽管这些都是由1080p插值而来,但是至少也比标准的蓝光关盘提供了更广泛的色域。而未来2160p标准蓝光光盘的问世也是必然的趋势,同时索尼在美国市场还提供了小范围的4K电影下载服务。

  HDMI 2.0对4K和Ultra HD有多重要

  HDMI 2.0是HDMI的最新标准,虽然现有的HDMI 1.4标准也可以传输4K信号,但是最高只支持30帧的水平,而大多数电影、电视广播公司都在寻找更好的帧率。

  HDMI 2.0可以增加到18Gbps的带宽,支持50/60fps的4K信号传输,以及12 bit 4:2:2的颜色(你不需要任何特殊的HDMI 2.0接入到高速网络)。不过目前只有松下推出了一款电视内置HDMI 2.0标准接口。另外,飞利浦和三星分别推出了可以支持升级的自定义电视。而索尼也在寻求另外一种途径,尽可能高的提高HDMI 1.4所能承受的8bit 4:2:0范围,至于效果如何还有待观察。

  4K来了,那么8K呢?

  如果4K能够提供1080p的4倍分辨率那么8K将会直接提升16倍,屏幕像素达到了惊人的3300万个。这是超出目前任何一个可用屏幕的数量级,并且目前只有日本NHK广播公司表示计划继续研究这项技术,并且已经在2018年伦敦奥运会上试运行。另外NHK已经承诺将会在2020年东京奥运会开始正式发送8K信号的传输。

  当然,将8K推向市场要面对巨大的挑战,4K、HEVC都是目前最好的视频压缩技术。但是,8K由于需要大于84英寸的屏幕才能显示出效果,因此8K更适合在商业领域的应用。因此对于普通消费者来说,目前8K还是一个比较遥远的概念。

  以上就是关于4K技术全面解读,带您了解什么是4K!的介绍,希望对您有所帮助!


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