尤其是4K，更是來臨得相當迅猛。首先是JVC在年初帶來首款采用e-shift技術(shù)的4K家庭影院投影機開始進入普通家庭，接著索尼也將專業(yè)影院的4K技術(shù)移植到家用投影領(lǐng)域，推出全球第一款基于原生4K顯示芯片的家庭影院投影機。之后，索尼、LG、夏普、三星等一眾廠家分別帶來了各自的4K電視新品，意味著消費電子顯示領(lǐng)域全面進入4K顯示時代。更令人驚喜的是，ITU-R國際電信聯(lián)盟無線電通信部門已制定出針對下一代電視廣播及視頻制造規(guī)范的BT.2020標準，規(guī)定了4K與8K電視廣播的一系列細節(jié)標準，為4K超高清的全面普及打下了堅實的基礎(chǔ)。
然而，4K顯示技術(shù)的國際標準具體是怎樣的？4K技術(shù)是否真的適合普通家庭？目前市場上的家用4K產(chǎn)品究竟有哪些？它們各自的技術(shù)特點有何區(qū)別？這些都是普通消費者、影音愛好者與發(fā)燒友都十分關(guān)心的話題。而本期，我們將會為大家深入探討當中的每一個問題，全方位接觸4K。
在電子視頻顯示與廣播領(lǐng)域，一直以來都以追求更清晰的圖像為目標，主要是通過提高顯示分辨率來實現(xiàn)，從480p標清到720p高清，再由720p高清到1080p全高清，直至最近的4K與8K超高清開始進入民用領(lǐng)域，都可以清晰看到整個領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。而更高的分辨率意味著可以顯示更多的畫面細節(jié)與層次，顯示設(shè)備的尺寸也因此需要不斷變大。例如索尼最新推出的4K液晶電視的尺寸就已經(jīng)達到84英寸，遠遠大于目前主流的50英寸1080p全高清平板電視。對于普通消費者而言，正是由于4K技術(shù)能夠讓我們看到更大的畫面，更豐富的色彩與細節(jié)，因此也成為了目前備受矚目的顯示技術(shù)。
4K顯示標準的建立，ITU-R定義全新的“Ultra-high definition超高清”標準
在ITU-R最新頒布的BT.2020電視系統(tǒng)標準之中，同時將4K與8K納入到Ultra-high definition(超高清)
4K又稱為2160p，代表著一種全新的顯示分辨率的誕生。根據(jù)2012年8月ITU-R國際電信聯(lián)盟無線電通信部門最新頒布的BT.2020 Ultra-high definition超高清電視系統(tǒng)標準來定義，4K就是指3840(水平分辨率)×2160(垂直分辨率)的顯示分辨率，也可以稱為Ultra-high definition(超高清)，是1920×1080的四倍精度。值得留意的是，在BT.2020標準之中也將8K(7680×4320)納入超高清。這是一種非常有趣的現(xiàn)象，不同于以往的標清、高清與全高清都僅僅定義單一的物理分辨率為其標準，進入到超高清領(lǐng)域，卻是4K與8K同時發(fā)展的局面。這是由于地區(qū)性發(fā)展差異而相互妥協(xié)之下的結(jié)果。例如韓國已經(jīng)在近日宣布，明年將會全面推動4K(3840×2160)超高清電視廣播。而在日本則主張直接發(fā)展8K(7680×4320)電視廣播技術(shù)，避免由4K過渡到8K可能出現(xiàn)的技術(shù)性障礙。ITU-R對于這兩種不同的超高清標準，明確表示不同國家與地區(qū)可以根據(jù)自身的需求來發(fā)展，但建議從4K超高清逐漸過渡至8K系統(tǒng)。按照目前各大消費電子品牌所帶來的家用超高清顯示設(shè)備，絕大部分都還處于4K的標準，因此，現(xiàn)階段仍然是以4K為主流。
4K顯示標準的誕生與8K顯示技術(shù)密切相關(guān)
4K顯示標準的誕生與日本NHK著力研發(fā)的8K超高清顯示系統(tǒng)相關(guān)
4K顯示標準的建立實際上與8K顯示技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。我們對于超高清顯示技術(shù)的了解，最初是從2003年日本NHK(日本放送協(xié)會)科學(xué)與技術(shù)研究實驗室所帶來的Super Hi-Vision系統(tǒng)得知的，而這套系統(tǒng)的核心顯示技術(shù)就是采用8K(7680×4320)的超高清顯示分辨率。在2005年，NHK就已經(jīng)能夠利用光纖網(wǎng)絡(luò)采用DWDM密集波分復(fù)用技術(shù)將8K的電視廣播信號傳輸至260公里之外。在2008年的國際廣播電視博覽會IBC 2008上，NHK電視臺、RAI電視臺、BSkyB電視臺、索尼、三星、松下、夏普與東芝共同實現(xiàn)了從英國倫敦到荷蘭阿姆斯特丹的全球首次公眾實時超高清電視系統(tǒng)的演示，以展示8K超高清系統(tǒng)完全有可能代替目前主流的高清電視廣播系統(tǒng)。在剛剛結(jié)束的倫敦夏季奧運會上，BBC電視臺也已經(jīng)在英國的部分地區(qū)實現(xiàn)了超高清電視廣播系統(tǒng)的實時轉(zhuǎn)播。超高清所帶來的震撼影像已經(jīng)獲得影音愛好者與發(fā)燒友的一致好評。
日本主張直接發(fā)展8K電視廣播技術(shù)(Super Hi-Vision)，認為8K才是未來超高清的主流
盡管8K顯示系統(tǒng)的發(fā)展非常迅猛，但當時包括ITU與EBU(歐洲廣播聯(lián)盟)在內(nèi)的有關(guān)組織都認為要在全球范圍之內(nèi)實現(xiàn)8K超高清電視廣播系統(tǒng)的普及非常困難，畢竟世界上大部分的國家與地區(qū)還沒有充足的技術(shù)沉積可以實現(xiàn)從全高清到8K超高清技術(shù)的躍進，于是4K超高清顯示技術(shù)標準就誕生了。更加重要的一點是，4K超高清顯示技術(shù)目前已經(jīng)在全高清范圍內(nèi)的一些高端專業(yè)影院中使用，同時不少電影的制造都參照了DCI(數(shù)字電影倡導(dǎo)組織)相關(guān)的4K標準，因此從技術(shù)上來看，民用1080p到4K的升級要相對容易。
ITU-R BT.2020超高清標準不僅僅是對顯示分辨率的定義
ITU-R針對超高清電視系統(tǒng)而推出了全新的BT.2020建議規(guī)范標準
正如ITU-R BT.709（或稱Rec.709標準）規(guī)范了目前高清電視廣播、高清藍光碟片制作以及高清顯示設(shè)備的一系列性能指標與參數(shù)，ITU-R BT.2020則同樣規(guī)范與定義了相關(guān)的一系列性能指標與參數(shù)，而不僅僅局限于對顯示分辨率的定義。換言之，視頻專業(yè)調(diào)校人員在對4K或8K超高清顯示設(shè)備進行調(diào)校的時候，不再按照Rec.709標準進行，而是按照BT.2020標準。
BT.2020標準對于畫面特性的參數(shù)規(guī)定，最特別的地方在于定義超高清顯示分辨率為3840×2160與7680×4320
BT.2020標準規(guī)定Ultra-high definition超高清圖像的顯示分辨率為3840×2160與7680×4320，畫面顯示比例為16︰9，支持的幀掃描頻率包括120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p。當中，可以發(fā)現(xiàn)所有超高清標準的影像都是基于逐行掃描的，經(jīng)歷近百年的隔行掃描技術(shù)終于在超高清時代退出了歷史舞臺。
超高清影像標準只支持逐行掃描，不支持隔行掃描
在色彩方面，BT.2020標準相對于Rec.709標準作出了大幅度的改進。首先是色深方面，由Rec.709標準的8bit提升至10bit或12bit，其中10bit針對的是4K系統(tǒng)，12bit則是針對8K系統(tǒng)。這一提升對于整個影像在色彩層次與過渡方面的增強起到了關(guān)鍵的作用。色深標準的變化同時導(dǎo)致調(diào)整畫面最佳動態(tài)范圍的標準也產(chǎn)生了變化，我們可以依照以下標準來進行。
超高清影像將使用10bit或12bit的系統(tǒng)
對于10bit系統(tǒng)，BT.2020標準定義整段視頻信號的范圍在4-1019，其中64為標準黑位，940為標準峰值，所以有效的視頻信號為64-940。而0-3，1020-1023則放置時鐘參考信號，4-63為低于標準黑位的信號，941-1019為標準峰值以上的信號。
而對于12bit的系統(tǒng)，BT.2020標準定義整段視頻信號的范圍在16-4079，其中256為標準黑位，3760為標準峰值，有效的視頻信號范圍就在256-3760。而0-15，4080-4095則放置時鐘參考信號，16-255為低于標準黑位的信號，3761-4079為標準峰值以上的信號。
對于一個信號的亮度，是由0.2627R+ 0.6780G+ 0.0593B組成
除了色深的提升之外，在色域三角形的定義方面也作出了非常大的改變，整個三角形的面積遠遠大于Rec.709標準的范圍，也就意味著超高清系統(tǒng)能夠顯示更多的色彩。不過對于白點的定義還是維持在Rec.709的D65標準。此外，對于一個信號的亮度，是由0.2627R+0.6780G+0.0593B組成。需要注意，越大的色域三角形對于顯示設(shè)備的性能要求也越高。例如，按照段的家庭影院投影機的實際情況，只有采用LED或者LED激光混合光源的機型才能達到上述的標準。BT.2020標準的出現(xiàn)，將會進一步推進投影光源技術(shù)的發(fā)展。
ITU-R BT.2020標準下的RGB色彩空間參數(shù)
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白點
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主色
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X軸坐標
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y軸坐標
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紅色X軸坐標
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紅色y軸坐標
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綠色X軸坐標
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綠色y軸坐標
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藍色X軸坐標
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藍色y軸坐標
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0.3127
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0.3290
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0.708
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0.292
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0.170
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0.797
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0.131
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0.046
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上面，我們對BT.2020標準進行了詳細的剖析，可以發(fā)現(xiàn)超高清系統(tǒng)不僅僅在分辨率上進行了提高，還在刷新率、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)遠勝于高清系統(tǒng)，讓人十分期待。
對于DCI規(guī)定的4K數(shù)字電影制作標準，我們也需簡單了解
為什么我們要對4K電影制作標準有所了解？最為重要的原因在于，現(xiàn)階段絕大部分采用原生4K顯示芯片的投影機的物理分辨率都不是采用3840×2160規(guī)格，而是采用基于DCI數(shù)字電影標準的4096x2160規(guī)格，當中包括第一款原生4K的家庭影院投影機索尼的VPL-VW1000ES。這些4K投影機并非屬于真正“原生”的家用機型，而當4K投影不斷邁向家用領(lǐng)域之時，相信會有越來越多采用3840×2160消費級別規(guī)格機型的誕生。
在DCI數(shù)字電影標準之中，4K的顯示分辨率規(guī)格為4096×2160
在4K數(shù)字電影的制作之中，往往會使用到兩種不同規(guī)格的顯示比例，一種是2.39︰1的4096×1716，另一種是1.85︰1的3996×2160。因此，采用4096x2160規(guī)格的4K投影機就能實現(xiàn)這兩種4K影片的放映。實際上，由于顯示核心的垂直分辨率仍然為2160，盡管水平分辨率較大，也不會影響其顯示4K廣播標準的影像，或采用相關(guān)標準而制作的碟片播放。此外，DCI規(guī)定，4K影片的幀率為24f/s，支持10bit或12bit的色深。
值得注意的是，我們在調(diào)校4K家庭影院投影機的時候，必須根據(jù)所觀看的4K節(jié)目源進行調(diào)整。如果觀看的是采用BT.2020廣播系統(tǒng)標準而制作的信號源就需要以BT.2020的標準進行畫面校正，而如果是基于DCI數(shù)字電影院標準創(chuàng)作的節(jié)目源，就需要以DCI的標準進行調(diào)整。但是，DCI標準的節(jié)目源往往只會出現(xiàn)在數(shù)字電影院之中，因此，在通常情況下，我們都是采用BT.2020標準進行調(diào)校。
總結(jié)：前4K超高清顯示系統(tǒng)在技術(shù)方面已經(jīng)基本完善，包括4K節(jié)目源的制作、4K顯示相關(guān)標準的制定、4K信號的傳輸?shù)确矫妫?K也與4K同樣，納入了ITU-R的BT.2020國際標準之下，并在日本等國家中取得了可喜的研究與發(fā)展成果。這就意味著4K技術(shù)之后，緊跟著的將是8K超高清顯示時代的到來。
前文已經(jīng)從技術(shù)的角度分析了4K顯示技術(shù)的實質(zhì)不僅僅是顯示分辨率的提升，其實在色彩、灰階過渡、傳輸方面都與現(xiàn)在的全高清或高清系統(tǒng)都有了較大的區(qū)別，也就意味著用戶若然要更換4K的平板電視與家庭影院投影機，要最大程度地發(fā)揮它們的優(yōu)勢，則必須全面升級整套影音系統(tǒng)，從信號源、AV放大器到傳輸線材，并且依照全新的BT.2020超高清標準對機器進行細致的調(diào)整。這將要付出不少的代價。于是，眾多影音愛好者與發(fā)燒友就會思考這樣一個問題：“究竟4K顯示是否真的適合普通家庭？”下面，我們將分析4K超高清顯示系統(tǒng)相比目前主流的1080p全高清顯示系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。
4K顯示系統(tǒng)的優(yōu)勢之一：
顯示分辨率的提升，使得畫面更加精細
4K顯示最大的優(yōu)勢在于顯示分辨率的提升，畫面更加精細，相同尺寸的顯示面積能夠允許用戶在更近的距離觀看
毫無疑問，只要看過4K平板電視與家庭影院投影機的朋友都會發(fā)現(xiàn)畫面的精細度遠勝1080p全高清的機型。正如在今年的CIT大展之上，索尼的展房演示了采用4096x2160物理分辨率的SXRD顯示芯片家庭影院投影機VPL-VW1000ES，并且在信號源方面也同樣采用了原生4K的超高清電影片段，其異常精細的畫面震撼了每一個到場的觀眾，均表示這是整個CIT展會上最佳的畫面效果。
影響畫面的精細度有兩個重要關(guān)鍵因素，一個是畫面的像素，另一個是畫面的垂直分辨率。畫面的像素越高，在相同尺寸的畫面上的像素就越精細，晶格就越小。而因為人眼對于影像的垂直分辨率相當敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨識越多的細節(jié)與層次。
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，垂直分辨率達到2160，也就是1080的兩倍。因此，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。
4K顯示系統(tǒng)的優(yōu)勢之二：
色彩層次與細節(jié)的增強，使得畫面更接近真實生活
從標清到高清顯示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，實際上主要是分辨率方面的升級，在色彩方面并沒有太過明顯的提升。不過進入到4K超高清的時代，畫面方面的變化除了分辨率出現(xiàn)飛躍之外，色彩方面的變化是相當引人注目的。這一部分都體現(xiàn)在ITU-R最新頒布的BT.2020超高清廣播標準之中。
這是BT.2020色域與Rec.709色域的對比，面積要大許多，表明4K顯示系統(tǒng)能比高清系統(tǒng)帶來更豐富的色彩
在前面我們已經(jīng)詳細分析了BT.2020標準中的一系列細節(jié)，還列出了該標準下RGB色彩空間的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)我們可以在CIE1931色度表上描繪出相對應(yīng)的色域三角形，發(fā)現(xiàn)它的面積不僅比Rec.709高清標準的色域三角形要大，甚至比DCI數(shù)字電影院下的色域三角形還要大。這里需要解釋一下，CIE1931色度表上的半橢圓區(qū)域為人眼可見的區(qū)域，而在該區(qū)域下的三角形范圍則表示顯示設(shè)備能夠顯示的可見光數(shù)量。4K超高清顯示系統(tǒng)能夠帶來更大的色域三角形，表示該系統(tǒng)能夠顯示更加豐富的色彩數(shù)量。
目前最新的投影機已經(jīng)開始使用LED與激光等新型固態(tài)光源，讓色域的表現(xiàn)更加出色
可能不少影音愛好者會覺得好奇，為什么當初設(shè)定Rec.709高清標準的時候不將色域三角形設(shè)置得更大？這主要是受制于當時高清拍攝與顯示設(shè)備本身就不能實現(xiàn)太大的色域表現(xiàn)，尤其在顯示設(shè)備方面。而如今，隨著LED、OLED、激光光源的不斷發(fā)展與成熟，新一代的平板電視與家庭影院投影機在物理性能上已經(jīng)具備足夠廣闊的色域三角形。如果我們按照Rec.709高清標準進行畫面色域的校正，多數(shù)情況下是需要壓縮顯示設(shè)備的原生色域的。這樣做會減低投影機輸出亮度的表現(xiàn)，因為壓縮得最多的部分是亮度最高的綠色。BT.2020標準的出現(xiàn)，使得投影機的原生色域得以充分發(fā)揮，使得色彩更加豐富，畫面的能量感就更加充足。
4K顯示系統(tǒng)的優(yōu)勢之三：
4K視頻系統(tǒng)處理的是10位，甚至是12位編碼的視頻信號
現(xiàn)階段高清或全高清系統(tǒng)采用的是8位的視頻系統(tǒng)，而4K超高清則采用10位甚至12位的視頻系統(tǒng)。因此，無論是灰階層次過渡還是色深的層次表現(xiàn)，都比高清系統(tǒng)有較大的提升。但是需要注意一點，由于要處理10位以上的視頻信號，現(xiàn)階段高清系統(tǒng)下的8位系統(tǒng)的信號源設(shè)備將不能滿足要求。同時在畫面調(diào)校過程中，要留意10位系統(tǒng)的標準黑位與標準峰值的取值也不同于8位系統(tǒng)，不能夠采用以往的測試圖案進行測試。視頻調(diào)校技術(shù)人員與影音愛好者必須注意這個問題，例如10位編碼的視頻信號有效范圍在64-940，12位編碼的視頻信號有效范圍在256-3760，而非8位的16-235。
此外，由于整個系統(tǒng)都要從8位升級至10位或12位，意味著所有相關(guān)聯(lián)的設(shè)備都需要升級，存在一定的難度，對于4K顯示系統(tǒng)的全面普及會有所影響。
4K顯示系統(tǒng)的優(yōu)勢之四：
4K顯示設(shè)備增強了被動式3D眼鏡的畫面表現(xiàn)
3D顯示是近幾年非常熱門的話題。短短的幾年時間，幾乎所有最新推出的平板電視與家庭影院投影機都內(nèi)置了3D顯示功能。而主流的3D技術(shù)有兩種，一種是主動式快門3D眼鏡技術(shù)，另外一種是被動式3D眼鏡技術(shù)。以目前的市場發(fā)展狀況來看，主動式快門3D眼鏡技術(shù)占據(jù)了絕大多數(shù)的市場份額，主要的原因在于主動式3D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)左右眼均達到全高清的分辨率，而被動式3D技術(shù)在理論上卻不能實現(xiàn)。但是被動式3D眼鏡技術(shù)具備畫面不閃爍、不會出現(xiàn)左右眼串擾問題、眼鏡配戴舒適性高的優(yōu)勢，也同樣受到了眾多影音愛好者的青睞。
非常有趣的是，最先在市場上出現(xiàn)的索尼與LG的4K液晶電視，同時都采用了被動式偏振3D眼鏡技術(shù)。而4K顯示的能力，使得它們能夠以被動式3D技術(shù)顯示左右眼同時都是全高清分辨率的立體形象，畫面的精細度媲美主動式快門3D技術(shù)，而畫面失真更低，動態(tài)影像過渡更加流暢與自然。
以上為4K顯示系統(tǒng)的四點主要優(yōu)勢，體現(xiàn)出4K顯示系統(tǒng)將來必將會取代目前主流的1080p全高清系統(tǒng)而成為主流。但是作為全新的事物，往往會令人們產(chǎn)生許多疑問。
