4K电视的普及并没有真正进入4K时代 原因呢?

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从480p标清到720p高清,再由720p高清到1080p全高清,直到最近的4K、8K超高清,电视机的屏幕分辨率不停的在提升,分辨率越高,我们坐在电视机前,能看到的画面更加清晰,色彩更丰富,细节更突出,所以到现在,4K电视已经成为消费市场上的主流,并且8K电视我们都不陌生。不过电视的物理分辨率达到了4K水平,4K内容资源倒是显得捉襟见肘。这是为什么呢?我们先一起来把4K做一个通透的解析。

2012年8月ITU推出了(以下简称)超高清电视广播系统与节目源制作国际标准。为超高清定义了两种16:9数字显示规格的物理分辨率:3840×2160与7680×4320,即4K和8K的物理分辨率。自此拉开了4K超高清的序幕,从分辨率上看是1080P的4倍,但很多人往往走入了一个误区,只知道4K的分辨率,却不知道原生4K的标准还定义了色深,色域等方面的要求,接下来,我们从几个方面来剖析4K发展的问题,它到底离我们有多远那?

注:4K在分辨率上,分为电视4K分辨率3840x2160和电影4K分辨率4096x2160。因此在显示技术上,也分为电视显示技术标准和DCI数字影院技术规范。

一.4K的诞生与发展

2015年3月26日,索尼中国专业系统集团在CCBN展会上向江苏省广播电视总台交付中国第一辆4K转播车,这也是国内首次具备4K/高清同播能力的现场制作系统。随着越来越多的演唱会,发布会,现场直播采用了4K转播,不管主办方是否是为了噱头吸引人气,但告诉我们的是4K离我们越来越近了。

二.4K能给我们带来多少震撼

4K的卖点不仅仅是画面空间分辨率的提升,还有很多诸如帧率、色彩深度、色彩空间、编解码技术、电视机技术发展趋势等细节,下面我们就一起来来看一下:

1.分辨率及帧率

标准规定Ultra-highdefinition超高清图像的显示分辨率为3840×2160与7680×4320,画面显示比例为16∶9,支持的帧扫描频率包括120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p。当中,可以发现所有超高清标准的影像都是基于逐行扫描的,经历近百年的隔行扫描技术终于在超高清时代退出了历史舞台。

2.色深及色域的提升

在色彩方面,标准相对于标准作出了大幅度的改进。首先是色深方面,由标准的8bit提升至10bit或12bit,其中10bit针对的是4K系统,12bit则是针对8K系统。这一提升对于整个影像在色彩层次与过渡方面的增强起到了关键的作用。

如下图所示,人眼可以看到的色域范围,蓝**域为的标准色域,绿**域为的标准色域,红**域为我国数字电视等效于欧洲广播联盟的相关标准。

3.非压缩传输所需的带宽

标准为10bit,23.976帧:4K图像的带宽3840×2180×10×3×23.976=6.02Gbps

标准为10bit,30帧:4K图像的带宽3840×2180×10×3×30=7.5Gbps

标准为10bit,60帧:4K图像的带宽3840×2180×10×3×60=15.0Gbps

标准为12bit,120帧:4K图像的带宽3840×2180×12×3×60=18.0Gbps

所以,传输接口是否支持4K,主要看接口带宽是否够用,4K的带宽因为色深、采样格式、帧率不一样,对传输带宽的要求也不一样。

4.传输线缆

(1)功能对比

(2)SDI

(3)DisplayPort

据称全新标准将总带宽提升到了32.4Gbps,具备四条通道各自分配8.1Gbps,比之前/1.2a版本接口增大了50%带宽,几乎是1.1版标准的三倍。这可是一个不小的提高。

通过表格我们可以看出以上部分线缆标准也只能满足超高清一部分低标准的带宽需求,而对于更高的带宽需求,厂家也采用了多通道,多线缆的模式去解决,相信未来会有更多的解决方案的出台。

/HEVC标准技术特点:

/HEVC的编码架构大致上和/AVC的架构相似,主要也包含,帧内预测(intraprediction)、帧间预测(interprediction)、转换(transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblockingfilter)、熵编码(entropycoding)等模块。但在HEVC编码架构中,整体被分为了三个基本单位,分别是:编码单位(codingunit,CU)、预测单位(predictunit,PU)和转换单位(transformunit,TU)。

比起/AVC,/HEVC提供了更多不同的工具来降低码率,以编码单位来说,中每个宏块(marcoblock/MB)大小都是固定的16x16像素,而的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。

同时,的帧内预测模式支持33种方向(只支持8种),并且提供了更好的运动补偿处理和矢量预测方法。

2014年12月,四川广电网络、四川电信等共同筹备已久的高清互动电视4K体验专区正式推出,码率达到15-20Mbps。

2015年NBA中国赛,现场信号由中国电信编码为HEVC30Mbps@3840×2160/50P,通过百视通机顶盒进行4K直播。

制作精良的4K节目或者说UHDTV和目前的HDTV(2K、1080p)相比并不仅仅是分辨率上达到两倍(或者说像素达到四倍),在帧频(或者说时间取样)、每像素色深、色域等方面都有极大的不同,如果只是炒作4K而没有在这三方面做好的话,那也只是缩水版的4K,也是伪4K。一部放映级别的4K影片码流达到250M左右,下图是《北京烤鸭与美女》的4K片源采用编码,码流可以超过40Mbps,这个时候就孕育而生了,给我们提供更好的画面质量的同时,带来了更低的码流。

6.芯片

成像传感器的芯片是4:3而高清采用16:9的模式一种处理方法是将上下进行裁边处理,这样一块880万像素的传感器有效像素已经不足,通过插值算法补足分辨率,这种做法就是一种伪4K。而Exmor成像器全部像素为1160万,有效像素达到880万,为用户打造最佳的4K分辨率。

7.海量存储

目前主流的存储仍然以磁带,机械硬盘,光盘作为主要的媒介。在一般人眼里,磁带存储已经成为一个过时的技术,然而在云计算、云存储的背景之下,磁带存储却依然呈现出高增长。近日,某公司成功研发出存储量高达185TB的磁带,这一技术足以让蓝光光盘,硬盘等存储介质自叹不如。

新型磁带密度为每平方英寸可以保存184GB的海量数据,一个完整的磁带数据存储达到了185TB,这相当于3700张双层蓝光光碟,30块6TB硬盘。磁带存储的问题是读取速度慢,因此许多大公司用来做数据备份,存储对于访问要求不高的海量数据。

8.显示

显示目前主要以显示器,电视,投影仪为主,4K投影又采用TI(德州仪器)生产的单片DLP芯片或三片DLP的各厂商以及采用LCoS技术的索尼(影院放映机目前只有巴可、科视、NEC、索尼)。

2016年1月,TI发布了一款面向家庭影院、商业及教育领域投影显示的0.67英寸4KUHD芯片。这款最新的DLP产品在单芯片投影架构中可实现高分辨率和高亮度的解决方案,并可帮助制造商扩大4KUHD投影显示屏的应用,从而接触到更广泛的用户群。DLP4KUHD解决方案利用DMD芯片的速度优势及高级图像处理能力,可凭借4百万个微镜将超过8百万个像素传送到屏幕上。每个微镜可在一秒内切换超过9000次,从而在屏幕上的每一帧内都生成两个完全不同且唯一的像素,以实现全4KUHD分辨率。有了TI的4KUHD芯片组,投影仪制造商可以灵活的应用灯、LED、激光光源来生产DLP的投影。

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