從480p標清到720p高清，再由720p高清到1080p全高清，直到最近的4K、8K超高清，電視機的屏幕分辨率不停的在提升，分辨率越高，我們坐在電視機前，能看到的畫面更加清晰，色彩更豐富，細節更突出，所以到現在，4K電視已經成為消費市場上的主流，并且8K電視我們都不陌生。不過電視的物理分辨率達到了4K水平，4K內容資源倒是顯得捉襟見肘。這是為什么呢？我們先一起來把4K做一個通透的解析。

    2012年8月ITU推出了ITU-R Recommendation BT.2020(以下簡稱Rec.2020)超高清電視廣播系統與節目源制作國際標準。Rec.2020為超高清定義了兩種16:9數字顯示規格的物理分辨率：3840×2160與7680×4320，即4K和8K的物理分辨率。自此拉開了4K超高清的序幕，從分辨率上看是1080P的4倍，但很多人往往走入了一個誤區，只知道4K的分辨率，卻不知道原生4K的標準還定義了色深，色域等方面的要求，接下來，我們從幾個方面來剖析4K發展的問題，它到底離我們有多遠那?

    注：4K在分辨率上，分為電視4K分辨率3840x2160和電影4K分辨率 4096x2160。因此在顯示技術上，也分為ITU-RBT.2020電視顯示技術標準和DCI數字影院技術規范。

    一.4K的誕生與發展

    2012年下半年，國際電信聯盟無線電通信部門(ITU-R)頒布了面向新一代超高清UHD(Ultra-high definition)視頻制作與顯示系統的Rec.2020標準，重新定義了電視廣播與消費電子領域關于超高清視頻顯示的各項參數指標，其中4K的物理分辨率為3840×2160，而8K則為7680×4320。之所以超高清視頻顯示系統會有兩個階段，實際上是因為全球各個地區超高清視頻顯示系統發展差異性所造成的，例如在電視廣播領域技術領先的日本就直接發展8K電視廣播技術，避免由4K過渡到8K可能出現的技術性障礙。而在世界的其他地區，多數還是以4K技術作為下一代的電視廣播發展標準。2020年第32屆夏季奧林匹克運動會將在日本東京召開，據國外消息透露，日本準備在2020年使用8K技術轉播奧運會，至此8K進入我們的生活已經有了清晰的時間表，相信最近幾年全球電視分辨率也將迎來新一輪的拉升。

    2015年3月26日，索尼中國專業系統集團在CCBN展會上向江蘇省廣播電視總臺交付中國第一輛4K轉播車，這也是國內首次具備4K/高清同播能力的現場制作系統。隨著越來越多的演唱會，發布會，現場直播采用了4K轉播，不管主辦方是否是為了噱頭吸引人氣，但告訴我們的是4K離我們越來越近了。

    二.4K能給我們帶來多少震撼

    4K的賣點不僅僅是畫面空間分辨率的提升，還有很多諸如幀率、色彩深度、色彩空間、編解碼技術、電視機技術發展趨勢等細節，下面我們就一起來來看一下：

    1.分辨率及幀率

    Rec.2020標準規定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，可以發現所有超高清標準的影像都是基于逐行掃描的，經歷近百年的隔行掃描技術終于在超高清時代退出了歷史舞臺。

    2.色深及色域的提升

    在色彩方面，Rec.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，12bit則是針對8K系統。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鍵的作用。

    如下圖所示，人眼可以看到的色域范圍，藍**域為Rec.2020的標準色域，綠**域為Rec.709的標準色域，紅**域為我國數字電視等效于歐洲廣播聯盟的相關標準。

    標準的提升使視頻在色彩層次與過渡方面起到了關鍵的作用，而色域面積的提升能顯示更加豐富的色彩，只是相對來說，越廣的色域對于顯示設備的性能要求就更高。

    3.非壓縮傳輸所需的帶寬

    標準為10bit，23.976幀：4K圖像的帶寬3840×2180×10×3×23.976=6.02Gbps

    標準為10bit，30幀：4K圖像的帶寬3840×2180×10×3×30=7.5Gbps

    標準為10bit，60幀：4K圖像的帶寬3840×2180×10×3×60=15.0Gbps

    標準為12bit，120幀：4K圖像的帶寬3840×2180×12×3×60=18.0Gbps

    所以，傳輸接口是否支持4K，主要看接口帶寬是否夠用，4K的帶寬因為色深、采樣格式、幀率不一樣，對傳輸帶寬的要求也不一樣。

    4.傳輸線纜

    HDMI是“高清晰度多媒體接口(High DefinitionMultimedia Interface)”的簡稱，2002年4月，日立、松下、飛利浦、Silicon Image、索尼、湯姆遜、東芝七家公司共同組建了HDMI高清多媒體接口組織，并且在同年12月9日發布了1.0標準，其最大的特點是同時可以傳輸視頻和音頻信號，對于組建家庭影院、消費電子類產品而言，可以大大減少線纜的數量。經過了數十年的發展和演進，HDMI接口目前已經被廣泛應用在平板電視、數碼相機攝像機、高清播放機、投影機、PC、手機、平板電腦、車載電子設備等非常多的領域，已經成為消費電子設備中不可缺少的視頻接口，其版本也一路升級到2.0支持4K的傳輸。

    （1）HDMI2.0功能對比

    （2） SDI

    各種SDI標準均使用75歐姆阻抗同軸電纜和BNC連接器進行傳輸，這和模擬視頻場合中使用的傳輸媒介一致。

    （3）DisplayPort

    據稱全新標準將總帶寬提升到了32.4Gbps，具備四條通道各自分配8.1Gbps，比之前DP 1.2/1.2a版本接口增大了50%帶寬，幾乎是1.1版標準的三倍。這可是一個不小的提高。

    通過表格我們可以看出以上部分線纜標準也只能滿足超高清一部分低標準的帶寬需求，而對于更高的帶寬需求，廠家也采用了多通道，多線纜的模式去解決，相信未來會有更多的解決方案的出臺。

    5. 視頻壓縮標準(H.265HEVC)

    前面提到了4K的視頻碼流如此的大，高清傳輸線纜又受距離的局限性，這個時候就需要將視頻進行壓縮傳輸，采用更高的壓縮率的H.265方案的應用正式登陸舞臺，在不久的將來，新的壓縮標準H.266也將浮出水面，提供更好的壓縮比和視覺效果。

    H.265/HEVC標準技術特點：

    H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似，主要也包含，幀內預測(intra prediction)、幀間預測(inter prediction)、轉換 (transform)、量化(quantization)、去區塊濾波器(deblocking filter)、熵編碼(entropy coding)等模塊。但在HEVC編碼架構中，整體被分為了三個基本單位，分別是：編碼單位(codingunit,CU)、預測單位(predict unit,PU) 和轉換單位(transform unit,TU )。

    比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，H.264中每個宏塊(marcoblock/MB)大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64 。

    同時，H.265的幀內預測模式支持33種方向(H.264只支持8種)，并且提供了更好的運動補償處理和矢量預測方法。

    反復的質量比較測試已經表明，在相同的圖象質量下，相比于H.264，通過H.265編碼的視頻大小將減少大約40%。由于質量控制的測定方法不同，這個數據也會有相應的變化。

    2014年12月，四川廣電網絡、四川電信等共同籌備已久的高清互動電視4K體驗專區正式推出，碼率達到15-20Mbps。

    2015年NBA中國賽，現場信號由中國電信編碼為HEVC 30Mbps@3840×2160/50P，通過百視通機頂盒進行4K直播。

    制作精良的4K節目或者說 UHDTV 和目前的HDTV(2K、1080p)相比并不僅僅是分辨率上達到兩倍(或者說像素達到四倍)，在幀頻(或者說時間取樣)、每像素色深、色域等方面都有極大的不同，如果只是炒作4K 而沒有在這三方面做好的話，那也只是縮水版的 4K，也是偽4K。一部放映級別的4K影片碼流達到250M左右，下圖是《北京烤鴨與美女》的4K片源采用H.264編碼，碼流可以超過40Mbps，這個時候H.265就孕育而生了，給我們提供更好的畫面質量的同時，帶來了更低的碼流。

    6.芯片

    成像傳感器的芯片是4：3而高清采用16：9的模式一種處理方法是將上下進行裁邊處理，這樣一塊880萬像素的傳感器有效像素已經不足，通過插值算法補足分辨率，這種做法就是一種偽4K。而Exmor成像器全部像素為1160萬，有效像素達到880萬，為用戶打造最佳的4K分辨率。

    7.海量存儲

    目前主流的存儲仍然以磁帶，機械硬盤，光盤作為主要的媒介。在一般人眼里，磁帶存儲已經成為一個過時的技術，然而在云計算、云存儲的背景之下，磁帶存儲卻依然呈現出高增長。近日，某公司成功研發出存儲量高達185TB的磁帶，這一技術足以讓藍光光盤，硬盤等存儲介質自嘆不如。

    新型磁帶密度為每平方英寸可以保存184GB的海量數據，一個完整的磁帶數據存儲達到了185TB，這相當于3700張雙層藍光光碟，30塊6TB硬盤。磁帶存儲的問題是讀取速度慢，因此許多大公司用來做數據備份，存儲對于訪問要求不高的海量數據。

    有沒有一種可以保存100年的材質，還能夠經受住鹽化，腐蝕的折磨那?于是出現了藍光盤庫，其擁有500萬次的無故障操作，多線程的搜索，配合管理軟件，人臉的檢索，適用于廣電，金融，醫療，政府機關等使用。

    機械硬盤的使用應該是更為熟悉，在每個人的個人電腦，服務器也都少不了機械硬盤，在60年的發展當中，單碟容量在不斷的增大，冗余技術在不斷的提升，其廣泛用于視頻監控存儲的磁盤列陣，NVR也是大受好評。高密度的磁盤柜，RAID的冗余機制讓其數據更安全可靠，尋道速度，緩存容量，傳輸速度也在不斷的提升。

    8.顯示

    顯示目前主要以顯示器，電視，投影儀為主，4K投影又采用TI(德州儀器)生產的單片DLP芯片或三片DLP的各廠商以及采用LCoS技術的索尼(影院放映機目前只有巴可、科視、NEC、索尼)。

    2016年1月，TI發布了一款面向家庭影院、商業及教育領域投影顯示的0.67英寸4K UHD芯片。這款最新的DLP產品在單芯片投影架構中可實現高分辨率和高亮度的解決方案，并可幫助制造商擴大4K UHD投影顯示屏的應用，從而接觸到更廣泛的用戶群。DLP 4K UHD解決方案利用DMD芯片的速度優勢及高級圖像處理能力，可憑借4百萬個微鏡將超過8百萬個像素傳送到屏幕上。每個微鏡可在一秒內切換超過9000次，從而在屏幕上的每一幀內都生成兩個完全不同且唯一的像素，以實現全4K UHD分辨率。有了TI的4KUHD芯片組，投影儀制造商可以靈活的應用燈、LED、激光光源來生產DLP的投影。

    2014年小米電視2發布引發了真偽4K的討論，強調自身并非“偽4K”的RGBW模式。僅僅是顯示分辨率達到這完全不夠，一款成熟的UHDTV應該至少具備3840×216010bit 60Hz(最好能到120Hz)，遵循Rec.2020色域，至少支持DP1.2或HDMI2.0接口，提供RGB獨立調控以及H.265視頻解碼的硬件支持(可以通過外接盒子解決)等。

    總結：4K從視頻的采集到傳輸，到編解碼，到存儲，到顯示中間的任一一個環節都卻一不可，從終端應用來講，無論是4K電視，4K顯示器還是4K投影都面臨著一個片源少的問題，那為什么影視公司，電視節目制作公司不多制作些4K的片源那，一個字：貴。顯示芯片、成像芯片技術壟斷導致價格昂貴，4K的超高存儲量以致需要更多的存儲空間，帶來設備的成本以及空間的成本。或許有人會說，降價就會普及，普及就會再降價，道理固然對，但是現階段擁有4K核心技術的廠家屈指可數，且沒有形成強烈的供求關系。

    從模擬/標清視頻升級到高清(720P，1080P)，整個過程并未完成，還在過渡當中。從標清到高清視覺感受完美，可以明顯感覺到畫面清晰度的改善，而從高清到超高清的轉變卻無法體驗到那種逼真和細膩，用戶也并不愿意花大價錢去升級改造。那些已經升級成高清的是否會再多等幾年直接升級到8K?而那些正在著手改造的會使用一部分高清，再加體驗一點4K那?要想真正進入4K時代，恐怕要等到視頻采集設備成主流的那一天吧，如同新能源汽車的普及是先有充電樁的普及，還是先有電動汽車的普及道理相似。目前UHD TV已經出于較普遍現象，其較高的性價比，用戶升級換代先行擁有了終端，但是好像換了4K電視，4K片源的缺乏又讓真正的4K時代離我們很遠，不過筆者還是真心的建議消費者朋友，一臺電視的壽命至少也在8~10年，這么長時間，4K片源肯定會取得突破的，再說現在各大廠商都有自己的2K轉4K技術，4K電視用來看視頻，質量有大大的提高，因此，現在買4K電視并不虧。