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4K

作者:编辑员09  来源:网络百科   更新时间:2014-06-30  阅读数:1562

4K是屏幕的物理分辨率达到3840×2160(QFHD),且能接收、解码、显示相应分辨率视频信号的电视。4K电视的分辨率是全高清(FHD.1920×1080)的4倍,约是高清(HD.1280×720)的9倍。

发展历程

提出

4K分辨率是电影领域首先提出的。
从上世纪90年代开始,部分标准清晰度电视开始采用16:9即1.78:1的屏幕宽高比,这个宽高比与1.85:1的电影宽银幕几乎是一样的。到了21世纪初,新的高清晰度电视也采用了16:9的宽高比,并且把清晰度从标准清晰度时代的720x576(PAL)大幅度提高到1920x1080,并采用了多声道环绕声音频,这样高清晰度电视的屏幕宽高比和信息量已经与35mm胶片影院发行拷贝非常接近了。
在电影和标准清晰度电视竞争的时代电影和电视各有优势并形成了某种平衡因而维持了共同发展的局面,从技术层面上看电影具有综合信息量比电视大得多的优势。电视引入高清晰度技术后其清晰度达到了接近2K的水平,打破了电影和电视原有的平衡,电视再次对电影构成了威胁
为了应对高清晰度电视的挑战,电影必须引进新的技术标准以便在技术层面上继续保持对电视的优势。
于是在2004年7月1日,由好莱坞7大电影公司组成的数字电影推进联盟(Digital Cinema Initiative)修订并推出了其技术文档4.0行业标准,规定的数字影院清晰度分为两级,即DCI 2K(2048x1080,每秒24帧或48帧)和DCI 4K(4096x2160像素,每秒24帧),其中DCI 4K(4096x2160)的信息量则是高清电视的4倍多。因此4K确保了数字电影对高清晰度电视在技术层面的优势,而这种优势是今后电影与电视竞争时绝对需要的。
为了响应DCI的相关文件,好莱坞7大电影公司之一的索尼公司,于2004年10月推出了基于其SXRD(Silicon X-tal Reflective Display)硅晶体反射显示器件技术的数字影院4K投影机SRX-110/105。但由于当时的摄影机、存储设备等相关技术的限制,业内几乎没有能力大量制作4K分辨率的影片,所以当时SRX-110/105只能用于工程投影和虚拟演示 。
除此之外,多次参与国际电信联盟(International Telecommunication Union,即ITU)制定电视行业相关国际标准的日本放送协会NHK,也自建有下一代超高清电视的相关标准,称作Super Hi-Vision,并且多次在国际级展会上展出相关设备,但设备相当庞大,十分不便。

 

所以,4K分辨率在2007年之前,只是技术文档白纸上的数字而已。

发展

2005年,著名墨镜和户外用品品牌Oakley的董事长James Jannard,想要一台小巧耐用的高清摄影机,却发现市场上没有一台符合要求的产品,于是便自己创立了RED公司。2007年,首款产品RED ONE问世,这台摄影机拥有着面积超过35mm胶片的CMOS传感器,拍摄视频分辨率高达4096x2304,一下子震动了整个影视行业。
在之后的几年中,随着电子等相关技术的发展,包括索尼、松下专业广播电视器材生产商在内,佳能、Black Magic等公司均推出了支持4K分辨率摄录的影像设备,4K电影如雨后春笋般出现。
电视的发展始终是以电影作为参照系的。随着液晶面板、处理器等工艺性能的不断提升,4K电视的出现也是自然而然的事情 。
2012年的国际消费电子产品展览会(CES)上,部分厂商在展出其次世代显示设备时使用了“4K”一词。2012年4月,韩国四家主要电视台(KBS、MBC、SBS和EBS)使用66频道试播4K节目 ,但此时4K的相关标准尚未确定。2012年8月23日,国际电信联盟(ITU)发布了超高清电视的国际标准:ITU-R BT.2020,标志着4K电视开始步入正轨 。
到了2013年的CES展会上,越来越多的厂商开始使用“超高清分辨率”(UHD)来取代“4K”一词。“超高清分辨率”英文原文为“Ultra High Definition”,缩写为UHD或UltraHD,是国际电信联盟(ITU)定义的术语。

技术标准

在经历多个版本的修订后,国际电信联盟(International Telecommunication Union,即ITU)于2012年8月23日发布了超高清电视(Ultra HDTV)的国际标准:ITU-R Recommendation BT.2020。标准对超高清电视的分辨率、色彩空间、帧率、色彩编码等进行了规范。

分辨率

在Rec.2020标准中,单个像素的宽高比为1:1,按照从左往右、从上至下的顺序进行像素寻址 。
①超高清4K:水平清晰度3840,垂直清晰度2160,宽高比16:9,总约830万像素 
②超高清8K:水平清晰度7680,垂直清晰度4320,宽高比16:9,总约3320万像素

帧率

在Rec.2020中,超高清电视只有逐行扫描(Progressive),支持帧率120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p和23.976p,共9种帧率。

数字量化

超高清电视量化水平有整型10-bit和整型12-bit两种,分别对应超高清4K和超高清8K 。
①10-bit:
在10位二进制数中(对应十进制数0~1023),额定黑位64,额定峰值940;当黑位溢出时,利用4~63进行延拓;峰值溢出时,利用941~1019进行延拓;0~3和1020~1023作为时间参考数。量化颜色数约10.7亿 。
②12-bit:
在12位二进制数中(对应十进制数0~4095),额定黑位256,额定峰值3760;当黑位溢出时,利用16~255进行延拓;峰值溢出时,利用3761~4079进行延拓;0~15和4080~4095作为时间参考数。量化颜色数约687亿。

色彩空间

超高清电视对应的色域为:ITU-R BT.2020色域,又称Rec.2020,是显示设备中最大的色彩空间,覆盖了CIE 1931的75.8%,白点色温D65(6500K)。高清电视色域的国际标准ITU-R BT.709(又称Rec.709或sRGB)的仅覆盖了Rec.2020的35.9%,所以超高清电视(UHDTV)能比现行的高清电视(HDTV)显示更为丰富的色彩。
※注:除了一些顶级的彩色技术监视器样机外,市面上并没有显示设备可以完全覆盖Rec.2020色域,也就是说市面上的4K电视均是不合格产品。 

Rec.2020与Rec.709色域(CIE 1931色度图)

比色法

在CIE 1931色度图中,Rec.2020的三原色基点以及白参考点的位置如下 
色相 X Y
红基色(R) 0.708 0.292
绿基色(G) 0.170 0.797
蓝基色(B) 0.131 0.046
参考白点(D65) 0.3127 0.3290

色彩编码

若使用亮度信号(Y’)进行编码,则其中的R’G’B’系数分别为0.2627、0.6780和0.0593。

低分辨率显示

若使用4K显示设备显示全高清1080P时,屏幕中的4个像素对应输出1080P中的1个像素;显示720P时则为9个。

 

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