4K超高清電視的興起

1、4K 超高清電視的興起隨著人們生活水平的不斷提高，人們的精神文化娛樂需求也越來越高，對伴 隨人們生活成長的視聽娛樂要求也越來越高。在電子視頻顯示與廣播電視領(lǐng)域， 一直以來都是以追求更完美清晰的圖像和聲音為目標(biāo)。從480p標(biāo)清到720p高清， 再從 720p 高清到 1080p 全高清，都可以清晰看到整個領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。在今年 初的美國CES國際消費電子展展會上，眾多4K分辨率的超高清電視讓人耳目一 新，超高清時代已悄然來臨。4K超高清電視概論超高清電視(UHDTV, Ultra High Definition Television)，又稱為 Ultra HDTV、4320P 及 UHDV (U

2、ltra High Definition Video),是 HDTV 的下一代技術(shù)。 它由日本放送協(xié)會(NHK)、英國廣播公司(BBC)及意大利廣播電視公司(RAI) 等機構(gòu)所倡議推動。根據(jù)去年國際電信聯(lián)盟無線電通信部門(ITU-R)發(fā)布的BT.2020超高清電視 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)建議，將屏幕的物理分辨率達到3840X2160(4KX2K)及以上的電視稱 之為超高清電視。4K的名稱得自其橫向分辨率約為4000像素，借用了投影機顯示分辨率的概 念。標(biāo)準(zhǔn)的4K分辨率為4096X2160的像素分辨率，其像素總數(shù)能夠達到高清分 辨率1920*1080的4倍。在通常的收視距離下(4倍屏幕尺寸數(shù))，超高清電視 的

3、畫質(zhì)比人眼分辨率極限PPI高了近2倍。我們常指的超高清電視就是4K電視。目前國內(nèi)外已有不少電子電器廠商力推4K電視， 即4KX2K(3840X2160) 分辨率電視。如東芝、LG、索尼、三星、康佳、長虹等已發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，甚至 微軟、蘋果也已經(jīng)加入戰(zhàn)團。標(biāo)清、高清、超高清的簡單比較標(biāo)清(Standard?Definition),是物理分辨率在720p以下的一種視頻格式。高清(High?Definition)，有 720p、1080i 與 1080p 三種標(biāo)準(zhǔn)形式，而 1080P 又有另外一種稱呼全高清(Full?High Definition)。公認(rèn)的高清標(biāo)準(zhǔn)有兩 條：視頻垂直分辨率超過720

4、p或1080i，視頻寬縱比為16： 9。超高清(Ultra?High-Definition)，包括 “4K 分辨率(3840X2160?像素)” 和“8K分辨率？(7680X4320像素)”。？4K UHD1080p HDSD超高清性能指標(biāo)參數(shù)我們知道ITU-R BT.709 （又稱Rec.709標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)范了當(dāng)前高清電視廣播、 高清藍光碟片制作和高清顯示設(shè)備的等一系列性能指標(biāo)和參數(shù)，新的 ITU-R BT.2020 標(biāo)準(zhǔn)同樣也規(guī)范與定義了超高清相關(guān)的性能指標(biāo)和參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超高清圖像畫面顯示比例為16 : 9,顯示分辨率為3840X2160 或 7680X4320。支持的幀掃描頻率有 120

5、p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、 25p、24p、23.976p?？梢姵咔宓臉?biāo)準(zhǔn)影像都是基于逐行掃描，而不再采用隔 行掃描。表 1 圖像空間特性參數(shù)值圖像縱橫比16:9像素數(shù) 水平X垂直7680 X 43203840 X 2160取樣點陣正交像素縱橫比1:1 （方形像素）像素尋址每行像素的順序是從左向右，行的順序是從上至 下。表 2 圖像的時間特性參數(shù)值幀頻率（Hz）120，60，60/1.001，50，30，30/1.001，25，24，24/1.001掃描模式漸進新指標(biāo)使色彩方面有大幅度的改進。在色深方面，由Rec.709標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 8bit提升到10bit或12

6、bit, 10bit對應(yīng)4K系統(tǒng)，12bit對應(yīng)8K系統(tǒng)。8bit, 即256灰階，而10bit具有1024灰階。灰階級數(shù)越多表示越精細(xì)，色彩過渡更 均勻。所以，超高清影像在色彩層次與過渡方面得到了大大的增強。并且標(biāo)準(zhǔn)定 義的色域三角形的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rec.709規(guī)定的范圍，所以超高清系統(tǒng)將能夠顯 示更多更豐富的色彩。白點的定義并沒有改變。標(biāo)準(zhǔn)還指出由 0.2627R+0.6780G+0.0593B 組成一個信號的亮度。表3 ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)下的RGB色彩空間參數(shù)白點主色X軸坐 標(biāo)y軸坐 標(biāo)紅色X 軸坐標(biāo)紅色y 軸坐標(biāo)綠色X 軸坐標(biāo)綠色y 軸坐標(biāo)藍色X 軸坐標(biāo)藍色y軸 坐標(biāo)0.3

7、1270.32900.7080.2920.1700.7970.1310.046在伽瑪校正方面，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采取非線性曲線來進行伽瑪校正。lObit系統(tǒng)采 用得校正曲線與Rec.709的一樣，而12bit系統(tǒng)則在人眼敏感的低光部分曲線做 出相應(yīng)的更改。超高清數(shù)字電視的技術(shù)研究 超高清數(shù)字電視系統(tǒng)的研究包括了信源壓縮編碼、傳輸信道編碼。在接收機 端，涉及到超高清數(shù)字電視的接收、解碼和顯示。還得進一步考慮兼容性，和圖 像的插補和處理。視頻能處理方面，若采取 4：4：4 采樣， 4K 模式超高清數(shù)字電視信號圖像 的原始數(shù)據(jù)率為（3840X2160像素）X （24 bit/像素）X （30幀/s）,大約6

8、Gbit/s, 而8K模式的原始數(shù)據(jù)率大約為24 Gbit/s。而用4： 2： 2采樣的話，4K和8K 模式的數(shù)據(jù)率也要分別達到4 Gbit/s和16 Gbit/s。這么大數(shù)據(jù)量的傳輸，必 須采取新的壓縮編碼方法。國際壓縮標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)一直在討論H.264標(biāo)準(zhǔn)之后的下一 個10年技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最新的方案就是H.265，在沒有損失畫質(zhì)的情況下，其壓縮 率是 H.264 的兩倍。音頻處理方面，日本NHK為超高清影像開發(fā)了 22.2多聲道的立體音響系統(tǒng)。 即頂層 9 個聲道，中間層 10 個聲道，底層在電視屏幕下方布置了 3 個聲道。上、 中、下3個環(huán)繞聲場，組成了完整的空間立體聲。在3層環(huán)聲場的下層兩側(cè)再加

9、 上2個低音聲道，就構(gòu)成了完整的22.2環(huán)繞聲系統(tǒng)。與5.1或7.1聲道環(huán)繞聲 系統(tǒng)相比，聲場將完全地三維化，聲音將更真實、更具現(xiàn)場感，人的感官享受更 為強烈。傳輸信道方面，新制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB-T2和DVB-C2早已經(jīng)公布。新的標(biāo)準(zhǔn) 提高了傳輸性能，在頻譜效率方面DVB-T2的數(shù)據(jù)傳輸能達到40 Mbit/s以上， 而DVB-C2的數(shù)據(jù)傳輸也能達到56 Mbit/s。理論上，一個8 MHz帶寬的傳輸通道 可實現(xiàn)傳輸4k超高清壓縮編碼的信號；采用頻道綁定技術(shù)，一個32 MHz帶寬的 傳輸通道可以傳輸 8k 超高清電視信號。4K 超高清電視的優(yōu)勢超大尺寸，像素點不再明顯消費者還是更加愿意購買更

10、大尺寸的電視機，但是大尺寸電視清晰度容易降 低，因此它對于畫面精度的要求更高。專家經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，使高清電視完美呈現(xiàn) 的尺寸是 32-37 寸，使全高清電視能完美呈現(xiàn)的尺寸是 42-55 寸，而超大尺寸 電視只有超高清電視才能完美呈現(xiàn)。而且畫面的像素越高，在相同尺寸的畫面上 的像素就越精細(xì)，晶格也越小。 4K 超高清電視不會因尺寸超大而帶來畫面像素 點過大、清晰度變差的問題，它不僅使遠(yuǎn)距離觀看到高清晰的圖像成為可能，還 不會因為距離太近看到顆粒感。4K電視的出現(xiàn)使得面板尺寸覆蓋范圍倍增，如 LG、康佳、創(chuàng)維發(fā)布的新品4K電視，最高都達到了 80英寸以上。色彩層次和細(xì)節(jié)的增強，畫面更生動真實從前文

11、的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，超高清電視不僅僅在分辨率上進行了提高，還 在幀刷新率、色彩深度、色彩空間、伽瑪校正方面進行了全方位的調(diào)整。特別是 色域三角形方面的擴展，使得畫面的色彩表現(xiàn)遠(yuǎn)勝于高清系統(tǒng)。顯示分辨率大幅提升，畫質(zhì)更清晰細(xì)膩 垂直分辨率和像素影響著畫面的精細(xì)度。全高清的畫面像素大約為 2 百萬， 垂直分辨率為1080。而4K的畫面像素達到了全高清的4倍，約為8百萬，這已 經(jīng)接近主流數(shù)碼相機千萬像素的標(biāo)準(zhǔn)，垂直分辨率也達到2160，也就是1080的 兩倍。簡單從數(shù)據(jù)上來看，4K的畫面精度確實在1080p全高清畫面之上。高分 辨率能顯示更多信息和細(xì)節(jié)，還可以多屏幕播放高清內(nèi)容，實現(xiàn)更多的功能。能實

12、現(xiàn)良好的 3D 觀看效果偏光式3D顯示設(shè)備或者是裸眼3D顯示設(shè)備,在表現(xiàn)3D畫面時，根據(jù)原理， 它們的分辨率均會折半顯示。4K超高清電視可以有效的解決3D技術(shù)在顯示時分 辨率折半的問題，即使是折半也能夠超出全高清分辨率的大小。部分廠商生產(chǎn)的 4K電視也已經(jīng)達到了裸眼3D效果，配合音效，能達到身臨其境般的觀看效果。4K電視推廣遇到的問題首先， 4K 超高清電視現(xiàn)在還過于昂貴。市場上的產(chǎn)品動輒上萬甚至十幾萬 的價格，使得普通消費者望而卻步。不過隨著平板顯示技術(shù)和芯片技術(shù)的進步， 產(chǎn)品的增多和成本的下降是可以預(yù)期的。 ?其次，與其匹配的4K節(jié)目源大量缺乏?，F(xiàn)如今大量的電視節(jié)目源還是標(biāo)清 或高清信號，

13、用戶通過4K電視觀看節(jié)目達不到好的效果。在這個內(nèi)容為王的時 代，要普及4K必先普及4K片源，消費者不會滿意于花幾萬元買來的超高端電視 只是個擺設(shè)。不過既然國際電信聯(lián)盟已經(jīng)制定了相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各大廠商也表 示將在推廣4K電視的同時會努力為消費者增加4K節(jié)目內(nèi)容的支持。而好萊塢已 經(jīng)發(fā)行了不少的4K數(shù)字電影，電影將是最大的4K節(jié)目源。支持更大儲存的藍光 光盤已經(jīng)研發(fā)成功，一旦技術(shù)成熟，4K級別藍光光碟將會迅速普及。而全球各 大衛(wèi)星電視和視頻服務(wù)提供商正在努力尋找一種可靠而又廉價的方式來傳送 4K 內(nèi)容，日本NHK和英國BBC早已開始了試驗并取得了一定的成功，走在了世界 的前列。展望專業(yè)嘗試顯示端升級信號源升級廣播電視（分享）系統(tǒng)升級， 這是廣播電視領(lǐng)域發(fā)展的鮮明套路。4K的腳步雖然才剛剛開始，但整個系統(tǒng)已經(jīng)初具雛形。在CES上我們已經(jīng) 看到。顯示端熱點最多，有夏普、東芝、海信等的大尺寸4K液晶屏和索尼、JVC 等公司的4K投影機。而4K拍攝端，佳能、索尼、JVC等都提供4K或更高像素 的攝像機。索尼也一直致力于在打造從鏡頭到客廳的 4K 生態(tài)系統(tǒng)。最新的 Netflix在三星展臺演示了基于三星電視的4K流媒體內(nèi)容傳輸方案，LG展示了 無線4K超高清傳輸技術(shù)等等