超高清时代来临，4K推动视听产业变革

在CES展上，去年还更多只是停留在概念层面的电视4K技术，今年已经成为各参展企业展示产品的标准配置。不少行业人士都断言：2014年将成为电视机行业的“4K元年”。的而且确，4K着实让行业内狠狠地“热闹”一把：制作端，4K摄影机一窝蜂的发布，4K后期解决方案层出不穷；发行端，4K电视频道试播，电影发行4K版本；显示端，家电厂商全面进军4K电视，院线也纷纷上马4K投影。相对来说，消费者这边就冷淡很多。其中不乏4K节目源短缺、硬件配置不足等原因，但4K是什么？4K能带来什么？我相信仍然有不少人心存这些疑问。那么，“影音新生活”编辑将带着这些问题，为大家详细介绍一下4K技术。

4K的定义

早在上世纪90 年代初，美国电影电视工程师学会“数字影像层级结构” 特别工作小组对成像系统的空间分辨率要求就已经进行了研究，该小组从分辨率的角度将显示器分为低分辨率（低于0.8K）、常规分辨率（低于2K）、高分辨率（2K）和超高分辨率（4K甚至更高）等四个层级。2002年，好莱坞七大制片厂成立的DCI (Digital CinemaInitiative)组织制定了《数字影院技术规范》，该规范在草案的制定过程中也定义了2K、4K两种模式的图像结构。

而最早的4K应用，主要体现在电影后期制作阶段——数字中间片(DigitalIntermediate)的运作中。它首先用胶片扫描仪将35mm摄影机拍摄的胶片底片扫描成数字图像文件，在将胶片转化成数字图像的过程中，为了最完整地还原胶片拍摄效果，采用了分辨率为4096×3112像素的图像文件。由于其水平分辨率为4096像素，故而被简称为4K。之后4K概念被推广并引入了电视行业，被日系电视厂商迅速接受，但标准细节却略有不同。在已发布的4K电视样机当中，一小部分采用了4096×2160的分辨率，其它的则采用了16∶9宽屏画面的3840×2160分辨率。

4K和UHD

现下，市面上充斥着4K和UHD的字眼，很多人都搞不清楚其中的差别。在此，小编就先来讲解下这两者之间的含义。UHD是”Ultra High Definition Television”的简写，意思是“超高清电视”。而在2012年的8月份，国际电信联盟就已证实4K电视(分辨率为3840x2160)和8K电视(分辨率为7680x4320)均为UHDTV。即4K属于UHD的种类之一，UHD包括的分辨率不单止于4K。

4K的特点

像素和分辨率

在数字技术领域，通常采用二进制运算，而且用构成图像的像素数来描述数字图像的大小。由于构成数字图像的像素数量巨大，通常以K来表示。2的10次方即1024，因此：1K=2^10=1024，2K=2^11=2048，4K=2^12=4096。在数字电影应用中，通常2K图像是由2048×1080个像素构成的，其中2048表示水平方向的像素数，1080表示垂直方向的像素数；4K图像是由4096×2160个像素构成的，其中4096表示水平方向的像素数，2160表示垂直方向的像素数。在实际的数字母版制作和数字放映中，还需根据不同的画幅宽高比来对图像水平方向或垂直方向的像素数进行调整。

色彩深度

首先，数字化过程需要把连续的信息零散化，首先是把画面用有限的像素来表示，其次是将光线由亮到暗用离散化的有限灰度阶表示，量化比特越高，表达从暗到亮的灰度阶越多。从量化比特的层面上来说，标清、高清技术标准都是8比特或10比特，也就是256个或1024个灰度阶；而4K达到了10比特或12比特，1024个或4096个灰度阶，达到了与电影相同的水平。

色域范围

其次，在4K时代，图像色域将更加广阔。高清图像的色域实质上并不比标清图像的色域更广阔，高清图像使人感觉颜色更加鲜艳丰富的原因在于标清采用的是模拟信号传输，在传输过程中受到的干扰较大；而高清运用数字传输，在传输、拷贝过程中信号不受干扰。超高清时代屏幕更大、分辨率更高，显示设备的性能比标清和高清时代有了大幅度提高，能够支持更大的色域显示，色域标准也要相应提高。

高帧率逐行扫描

再则，4K技术的发展也带来了图像扫描方式的变革。在标清和高清时代，图像的扫描都是隔行扫描，在不降低刷新率的情况下减少了数据量，但降低了图像的垂直分辨率。而4K技术则采用了逐行扫描，相较于隔行扫描方式增加了一倍的数据量，因而对带宽有较高的要求。

事实上，隔行扫描是传统电视技术的重要标志，电影和电脑显示都是逐行扫描方式。这意味着，到了4K时代，电影和电视技术已经没有本质上的区别，同时也意味着二者跟IT技术完全融合，这一点无疑为电影电视的发展带来更为巨大的想象空间。

我们在电影院里观看的电影的画质水准主要有4个决定因素。前两个是摄制载体：摄影设备，制作规格；后两个是放映载体：拷贝规格，放映设备。真正意义上的4K电影由4K摄像机拍摄,用4K放映机放映。还有的4K电影是由35mm胶片拍摄的,再转成4K的数字格式。目前国内大多数的数字电影是2K的,分辨率为2,048×1,080,还有部分数字电影是1.3K(1,280×1,024)的,而所谓农村电影放映的是0.8K(1,024×768)的。

同时，尽管都叫做4K分辨率，在电影行业中也包括有 Full Aperture 4K（4096 x 3112）、Academy 4K（3656 × 2664）等多种标准。

4K设备

在去年夏季的德国IFA展会上，索尼、LG、东芝等家电巨头纷纷不约而同的推出了4K电视机，获得了全世界媒体和消费者的关注，甚至比当年1080P全高清诞生时还要风光。作为4K的推动者，索尼更是不留余力地先后推出各类4K产品，包括作为业内首款4K媒体播放器的FMP-X1、VPL-VW1000ES投影机以及84英寸4K电视机KD-84X9000。索尼这样做的原因不外乎是渴望通过4K进一步强化其在行业内的领导者地位。

同为日本公司的松下亦不甘示弱，在年初的CES大展上，推出数款4K超高清分辨率的液晶电视。国内以海信和TCL等为代表的厂商，也都纷纷发力，投身到4K电视的生产研发当中。

现时流行的高清视频输出接口包括HDMI、DisplayPort和Thunderbolt三种。HDMI从1.4版本开始，它对于视频画面的分辨率支持已经达到4K标准，而DisplayPort则是从1.2版本开始。Thunderbolt接口的带宽还达不到这个标准的需求。作为升级版的Thunderbolt?2则使用了一颗传输速度两倍于Thunderbolt一代的控制芯片，支持双向20Gbps的传输速率，使其满足对4K视频传输的要求。

虽然HDMI 1.4和DisplayPort 1.2支持4K视频输出，不过暂时还无法做到高于30Hz。去年9月份德国IFA展会上HDMI论坛发布了HDMI 2.0规范，HDMI 2.0规范最大支持18Gbps的传输带宽，要远远大于之前的版本，并将帧数提高到了50/60，其让画面更加流畅，这也是传输速率增加的结果。

我们需要4K么？

国内1080P尚未达到完全普及，4K却越演越热。尽管厂商把最新技术、最震撼的视觉效果带来给消费者，但是消费者对此却并不热衷。除了节目源的短缺等硬性问题之外，我们不得不自问一下，我们的眼睛对于图像显示的要求有多高？

其实这个问题的答案可以从电视机的发展历史中得到，从早期640x480分辨率的CRT电视，到1280×720分辨率的720P标清电视，再到如今已经非常普及的1920×1080分辨率高清电视，显示技术的发展，也给了眼睛一次又一次的感官升级体验。但1080P高清就足够了吗？随着超高清分辨率的苹果设备出现后，手机、平板电脑等产品线的屏幕分辨率已经在逐步提升中。加上私人家庭影院的兴起，大屏幕、高分辨率将是未来的发展趋势。

而且，由于4K技术使分辨率较之前提高了4倍，点距更小，画质边缘更加细腻，因此用户在近距离观看电视时除了能得到更多的画面信息外，距离越近，立体感与真实感都有所增强。

UHD的最佳观赏距离定义为画面高度的0.75倍，在这个距离上，人眼分辨不出画面的像素结构，感觉与观看实物无异。相比之下，HDTV的最佳观赏距离是画面高度的3倍，这意味着更高分辨率的UHD电视其实更适合在小房间观赏。

4K发展的瓶颈——节目源

与3D电视刚推出时一样，4K电视现在也面临着“买不起”、“看不了”的两大难题。这也是虽然4K分辨率的电视已经陆续问世，但目前很多消费者还是不敢轻易入手这些终端的主要原因，除了电视本身高昂的售价之外，4K节目内容如何解决也成为了现下厂商和消费者最关心的问题。毕竟光有高清的电视，没有适合的高清信号来源，再华丽的数据也只是花瓶而已。

依靠升频技术

部分4K显示设备都内置了4K升频功能，能够把高清或全高清的节目以数字升频处理的模式提升至4K显示分辨率输出至显示端。尽管画质提升幅度有限，但却能有效缓解4K原生节目源不足的问题。

不过4K升频的原理是对1080p全高清影像的显示分辨率进行提升，通过加入原本图像中不存在的信息，使得影像具备4K精度。不过这种处理方法本身就存在影像信息不匹配的问题，而4K升频后的画面精度取决于处理芯片的处理能力。

网络4K超高清流媒体服务

获取4K节目源，最有效的途径就是在例如Netflix、Youtube等网络流媒体公司订购或者免费的方式在线播放。例如Netflix拍摄的《纸牌屋》第二季便提供了4K分辨率的版本。此外，亚马逊声称，从2014年开始，它所有的自制剧都将提供4K分辨率。就连科技巨头三星电子也在年初的CES上宣布与Netflix、康卡斯特和DirecTV等内容服务商加强合作，推广4K显示设备。

国内厂商同样努力推动4K的普及，近日索尼、三星、长虹、康佳、TCL、创维、夏普等国内外公司组建“中国4K推广联盟”，协同互联网电视内容服务商，致力于丰富4K节目源。其计划在2014年底，推出200部左右的4K影视作品。

4K超高清视频下载

4K超高清流媒体服务，需要配合高带宽的网络在线播放，但是国内网络的平均速度还不足以应付4K超高清视频播放的能力。因此4K超高清视频下载则是另外一种获取4K超高清视频的方法。

同时需要注意的是，如果采用下载的方式，那么遇到的最大问题，就是文件过大。因为是4K超高清显示，据悉，下载版4K视频规格大约为100GB，具体容量取决于电影长度。如果是长篇电影或者连续剧，那么一个文件200G-300G左右并不奇怪。意味着，如果你用当前最快速的20M左右光网下载，也要下载很长一段时间，甚至是像当年拨号宽带下载影片一样耗费若干个昼夜。存储的话，现有的介质似乎都很难实现。普通的U盘最高几十个G，几乎不用考虑。最有可能的就是硬盘，可即便是1个TB的硬盘，也同样存不了几部片子。

好消息是，索尼和松下前天联手推出了一项用于长期数据存储的光碟新标准 Archival Disc，为不喜欢硬盘存储模式的用户多提供了一种选择。据悉Archival Disc 能提供每张 300GB 至 1TB的存储容量，并且在抗高温、湿度等方面都较过去有所提升。而且索尼和松下还声称这种标准能实现不同格式间的“跨代兼容”，但具体如何还要等产品出来后才能见分晓。Archival Disc的问世将为4K的普及迎来新的突破。

除了上述的方法，还有就是利用RED推出的4K摄像机，也可以拍摄3DIMAX电影，但是所花费的价钱也同样令人乍舌。再则使用800万像素以上的数码相机，但是拍的是照片，而不是动态视频。

除了片源，4K电视周边设备、4K电视节目建立、优秀的用户感受、实惠的价格等等问题都成为了当前4K电视普及所必须克服的问题。值得安慰的是，4K超高清电视可以向下兼容1080P的片源，就算没有4K的片源，在播放1080P视频的时候，由于失真率低，也能模拟出4K的效果，清晰度比全高清状态下要高出2-3倍左右。

4K将是大势所趋