最详尽的4K技术科普

什么是4K?

4K元年正式到来,这可能是最详尽的4K攻略【干货】

4K是一个分辨率的范畴,即4096×2160的像素分辨率,一般用于专业设备居多,目前家庭用的设备,如4K电视、4K显示器、4K投影仪甚至是4K蓝光碟等分辨率则为3840x2160。2K分辨率则是2048x1080的像素分辨率,高清电视机、高清显示器、投影仪以及蓝光的分辨率基本上都是1920x1080的像素分辨率。

高清 1080p 能够显示的有效像素为2,073,600(1920×1080),Quad Full HD 能够显示的有效像素为8,294,400(3840×2160),4K(即4096x2160) 至少能提供近千万像素的显示品质,显示细腻度为 1080p 的 4 倍以上。电影行业常见的 4K 分辨率包括 Full Aperture 4K(4096 x 3112)、Academy 4K(3656 × 2664)等多种标准。对于主流的家电设备厂商而言,他们更倾向于制造接近 4K 的 Quad Full HD(3840×2160)设备,因为这个分辨率标准的显示比例为 16:9,与消费者接受的观看比例比较接近。

什么是4K UltraHD Premium认证标准?

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今年CES上,UltraHD Premium认证首次进入人们的视野,支持UltraHD Premium认证的不仅仅是LG、三星、松下、索尼这样的电视厂商,更有华纳兄弟、20世纪福克斯、环球这样的好莱坞电影制片厂,以及制定标准的技术公司杜比、DTS等,还有DIRECTTV、Netflix这样的内容运营商。所以,不要认为UltraHD Premium仅仅只是一个认证,它更代表一个4K HDR时代下的内容产业链,集合多家产业链上的生产者组成的联盟。严格意义上来说,UltraHD Premium不是一个标准,但它为了规范HDR生态链,确实有自己的一套要求。

目前,UltraHD Premium只提供给显示器、电视等设备进行认证,它对设备的要求如下:

1.分辨率:3840×2160像素
2.色深:10bit
3.信号输入:支持BT.2020(注意,目前的电视产品均无法完全覆盖BT.2020色域范围,这里仅规定支持BT.2020信号输入)
4.色域:大于90% DCI-P3色彩空间
5.HDR:支持SMPTE ST2084 EOTF的高动态范围影像电光转换
6.亮度动态范围:(1)亮度1000尼特以上/黑位低于0.05尼特 (主要针对LCD);(2)亮度540尼特以上/黑位低于0.0005尼特 (主要针对OLED)

什么是HDR?它有哪些让人惊喜的地方?

 

HDR全称是High-Dynamic Range,即高动态范围图像技术,之前这项技术应用于摄影方面,大家经常听到在拍照过程中开启HDR可以让原先的暗场景变得更明亮更通透一些,现在这项技术已经应用在了家用电视方面。

传统电视所能展现的亮度范围极为有限,与人眼所能感知的范围相差甚远。原因是传统电视在画面明亮处的亮度提不上去,暗的地方暗不下来。导致了人眼最终所感知到的画面层次感较差,大量细节丢失。HDR超画质显示技术就是为解决这一问题应运而生的。

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搭载HDR技术的智能电视能够拓展亮度的动态表现范围,表现出与人眼所能感知的动态范围相近的画面,从而带来更加逼真出色的画质观感。电视HDR技术的核心在于提高画面亮度,控制暗部画面的亮度,由此来强化明暗画面之间的对比度。

HDR技术带来的画质提升是直观可感的,即使是普通观众也能用肉眼辨别,因此今年众多厂商纷纷在电视产品上搭载HDR技术。

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对于HDR来说,最重要的是对比度。液晶电视能表现的最低亮度为0.1nits,最亮为500到1000nits之间,对比度只有5000比1,如果把亮度提高两倍到1000nits,即能达到10000比1。

各家的HDR的技术都一样?

目前各家的HDR技术以及规范都有所不同,有些是自主研发,有些是借助了第三方通用认证技术,下面列举一下主流的几个厂商所采用的技术:

索尼:自主研发的【4K HDR】
LG:第三方【DOLBY VISION】、【HDR PRO】和【ULTRAHD PREMIUM】
三星:第三方【ULTRAHD PREMIUM】
松下:第三方【ULTRAHD PREMIUM】
VIZIO:第三方【DOLBY VISION】
海信:第三方【DOLBY VISION】
TCL:第三方【DOLBY VISION】
 

从技术层面上来说,各家都有自己的优势,LG因为同时生产OLED和LCD电视,所以他们所使用的技术和认证的规范也比较多而且充足,索尼自家研发的4K HDR技术与其自有的显示引擎可以达到非常优秀的效果,其他厂家大多数都是与第三方合作并且使用其技术以及规范,各有亮点,大家有空的可以去商场仔细研究一下。

除了HDR外,另外几个重要指标是什么?分别是什么意思?

 

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4K UltraHD 蓝光的五大维度分别是:分辨率、色深、色域、对比度与帧数。分辨率就是4K,即3840x2160像素,色深即是10bit,色域即是BT.2020,对比度即是HDR,帧数即为60帧(60p)。
 

除了HDR和4K分辨率以及60p的帧数外,色深和色域这两个指标大家比较不懂,那下面就来解释一下。

色深:10bit

4K UltraHD 蓝光标准中规定色深为10bit,即能够显示10.7亿种颜色(RGB中每一个颜色有2的10次方也就是1024个等级,RGB三色则共有10.7亿(1024×1024×1024)种色彩搭配)。而普通蓝光标准支持的是8bit色深,只有1677万种颜色,差距悬殊。也就是说,通过10bit输出,颜色更加丰富饱满,同时色阶过渡也会比8bit的更加流畅。

举个例子,就是这样:

 

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左边是8bit的效果,色彩过渡不均匀,色阶分层很明显,而右边的10bit效果色彩过渡流畅,颜色丰富饱满,效果很赞。

另外,不要求电视或者显示器的面板必须是10bit的,只是要求支持10bit输入和输出即可。

色域:BT.2020色彩空间

BT.2020色彩空间已被ITU国际电信联盟组织定位4K/8K时代的一个图像信号色域标准,也是4K UltraHD 蓝光的标准之一。普通蓝光标准使用的是BT.709色彩空间,它仅覆盖了BT.2020色彩空间的35.9%,后者是目前显示设备中最大的色彩空间,覆盖了CIE 1931色彩空间的75.8%。

市面上俗称的广色域电视,其实就是使用了广色域技术,能够让色域表现超过BT.709标准,以显示更多的色彩。

 

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上面这张图很明显的告知BT.2020的色彩空间范围,比原来的BT.709要高不知道几倍。

这里,UltraHD Premium 不要求电视或者显示器等设备必须是支持BT.2020输出的面板,注意,是面板,而只是要求电视或者显示器支持BT.2020的输入。

什么是沉浸式音频?

 

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之所以不说全景声,是因为真正用到全景声这个名词的,只有杜比,实际做沉浸式音频的不止杜比一家。

 

进入到4K时代,沉浸式音频也开始进入大家的视线中。影像技术方面发展远比音频技术的发展要快速且直接体验要更明显得多:从原来的3D,到现在的4K、HDR、高动态帧率(48帧、60帧、120帧)等,都是非常直观的体验。反观音频,似乎从Dolby Digital到Dolby TrueHD,或者是DTS发展到DTS-HD的效果都没那么明显,体验不足以让人们为之惊讶。

 

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目前三家在做沉浸式音效的公司

 

最近这两年,3D沉浸式音频技术终于让业界得到了高度关注。而最终在市场上应用的基本上就只有两家:一个是杜比实验室提出的杜比全景声方案,一个是巴可提出的Auro-3D方案,这两大沉浸式音频技术推动着这个业界进入新的时代。目前国内院线基本上都是采用杜比全景声,Auro-3D在院线的应用基本没有见,至少我没看过,也没实际体验过,不过网上查到的是福建中瑞影城有巴可Auro-3D 11.1音效系统,福建玩家可以去体验一下。而我们熟知的DTS也推出了其最新的沉浸式技术DTS:X,与前两家不同的是,DTS:X基本上没有推向院线市场,更多的是在家庭影院的应用。

 

杜比全景声(Dolby Atmos)

 

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杜比全景声(Dolby Atmos)是由杜比实验室研发,于2012年4月24日发布的全新影院音频平台。它突破了传统意义上5.1、7.1声道的概念,能够结合影片内容,呈现出动态的声音效果。不同于以往一路音频信号控制影院中一侧音箱发出相同的声音,它可以使一侧的多个音箱逐个发出不同声响,更真实的营造出由远及近的音效;配合顶棚加设音箱,实现声场包围,展现更多声音细节,提升观众的观影感受。

通过顶部扬声器的作用,将观众重重包围,实现真正的3D音效,譬如,以往我们的家庭影院中,5.1或者7.1音效都是平面化的,飞机从空中飞过,雨点从上往下滴下来,都是通过这些平面化的音响设备来实现,从上往下或者从下往上的音效并不能特别突出,定位也不会特别精准。但杜比全景声通过顶部扬声器的作用,可以将所有从上至下或者从下至上的音效完美的呈现。

 

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如上图所示,原先传统意义上的家庭影院7.1声道的效果,通过顶部加装四个音箱(前置主箱的顶部和后置音箱的顶部各两个)组成7.1.4的音箱布局,从而实现了全景声(3D沉浸式)音效。

 

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如上图的又一种方式,在原先的家庭影院5.1或者7.1声道的前提下,在前置主箱以及后置音箱的上面加装各两个的反射式音箱组成5.1.2、5.1.4或者是7.1.4音箱布局,从而实现反射效果的全景声(3D沉浸式)音效。

 

两者都是可以实现全景声的方法,各有优劣:在顶部加装音箱的方法是最佳的选择,但如果你是已经有一套家庭影院要升级的情况下,顶部加装需要对线材重新布局,装修也需要耗费不少时间;而在音箱上放置反射式音箱的方法是退而求其次的方式,对已有家庭影院升级的要简单得多,不需要进行装修布线的情况下就可以实现,劣势是反射的效果可能会没有直接从顶部发射的效果好,当然实际应用起来,差别并不会太大。

 

杜比全景声最多可以组建24.1.10的家庭影院方案,大家感受一下,如果你足够有钱,这套方案完全可以满足你:

 

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巴可Auro3D
 

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巴可Auro11.1 沉浸式3D音频系统是巴可CinemaBarco理念的重要组成部分,侧重发展垂直高度的,第三个层面的音响。Auro 3D 11.1声道音频技术采用基于3个轴 (x=宽度, y=深度, z=高度) 的三维声场设计,与以往传统单一的3D效果所带来仅是视觉上的冲击不同的是,观影者感受到声音来自四周和上方,从而获得最接近真实情境,完全沉浸在3D环境之中。

 

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虽然Auro-3D的扬声器配置可被定义上升到13.1通道,但是他们仍然表示11.1(即11个通道加上一个低音)对于商业电影或家庭影院应用来说是目前最理想的解决方案。因为这一技术与现在存在的格式、标准和分配制度相兼容,巴可建议最小的硬件和安装投资要求从5.1升级到Auro-3D 11.1。

 

目前,Auro-3D已与数字环绕声解码品牌DataSat先后推出了RS20i和LS10这两款针对家庭使用的解码器,这两款型号都可以完美支持13.2声道Auro-3D环绕声处理。同时,Denon(天龙)也宣布将会为旗下的AVR-X5200W和AVR-X4100W机型和马兰士最新推出的SR7009 AV接收器和AV7702前置放大器提供Auro-3D升级服务。这次的升级服务预计将在今年12月开始,以上的机型将会通过固件升级(收取费用)的方式,在功能中加入Auro-3D选项,以支持新的音频格式。

 

DTS:X

 

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DTS:X是开放式的新一代的编解码标准,同时也是基于对象的多维空间音频技术(以下简称MDA)。和其他两种沉浸式的音效体验一样,都是通过多维定位实现全方位3D音效。

目前,首先整合DTS:X技术的合作伙伴是GDC,它们是DTS:X在亚洲的独家认证代理商。它们已经在2015年5月开始,对其现有的40,000个影院服务器提供DTS:X技术升级,国内影院尚未有任何动作。

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不像DolbyAtmos与Auro-3D对于房间中的音箱布局有着严格的要求,DTS:X在这方面就显得非常灵活,并没有专门的音箱摆位要求,你可以根据房间与自己的喜好进行音箱的配置,理论上,由于DTS:X属于声音对象技术录制,因此整个房间中的音箱布局越完整,DTS:X音效所呈现出来的细节就越丰富。

也就是说,打个比方,如果你的家庭影院是按照杜比全景声的方式来搭建音箱(比如5.1.2、7.1.4),那么,DTS:X一样可用,不需要再重新对DTS:X的音箱摆位进行重新规划,这在家庭影院中是极好的一个方案。

目前在蓝光中,部分电影已经带有杜比全景声和DTS:X了,基本上没有Auro-3D的影碟,但未来4K影碟中,它是否也会成为主力还有待验证。杜比全景声的影碟大概包括《变形金刚4》、《疯狂的麦克斯:狂暴之路》、《潘恩》、《饥饿游戏3:嘲笑鸟(下)》、《边境杀手》、《碟中谍5:神秘国度》等等;DTS:X的影碟大概包括《叶问3》、《神战:权利之眼》、《超级名模2》、《西游记之孙悟空三打白骨精》、《老爸当家》、《大空头》、《美式极端》、《机械姬》、《最后的巫师猎人》等。有兴趣的可以先下载来体验,不过要得到最佳效果的话,功放和音箱要升级是必不可免的了。

支持4K家庭影院的硬件有哪些?

一般组建一个家庭影院,设备无非几个:电视/投影仪、功放、音箱、播放机(包括高清播放机、PC、蓝光机)。那么4K家庭影院基本上也是同样的原理,只不过所有的设备都需要进一步升级。

电视/投影仪

如果你现在家里有高清电视机(即支持1920x1080分辨率)的,那么不好意思,这个你得换了,必须换成4K电视,即支持3840x2160分辨率的。那么,是不是每台4K电视都符合UltraHD Premium的呢?并非如此。如果你购买的是前年或者去年上半年初出的一些4K电视,那么极有可能达不到UltraHD Premium的标准,也就是说,除了分辨率外,其他的诸如10Bit色深、支持BT.2020输入、色域、HDR以及亮度等都可能不达标准。

建议购买的时候,先查一下购买的电视机是否符合UltraHD Premium的标准,其次,HDMI是否有2.0版本以及HDCP是否达到2.2的标准。

HDMI为什么要达到2.0以及HDCP为什么要达到2.2标准是因为未来的不久,所有的4K视频,包括HDTV或者是WEB-DL或者是4K UltraHD 蓝光都将会是以HEVC编码/10bit色深/60p(即60帧)/HDR/BT.2020色域方式来输出,HDMI1.4传输瓶颈只有10.2Gbps的宽带,只能传输最多4K/30p的视频,而HDMI2.0达到了18Gbps的传输带宽,完全可以适应4K/60p的传输。

4K投影仪的话,目前还是属于高端产品,基本上价格都是几万几万起,普通用户还是无福消受,壕不介意的话可以一步到位,和4K电视一样,购买前要把标准对应的东西先摸透。市面上标榜的所谓的4K超高清投影仪但凡价格在几千的都不用考虑了,物理分辨率没有达标(3840x2160)其他的都不用说了。

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投影仪价格偏高,对于大部分用户来说还是无福消受

符合标准的4K电视推荐
 

Sony KD-55X9300D KD-65X9300D KD-75X9400D:索尼的最新旗舰产品X9300D和X9400D系列是完全符合UltraHD Premium规范的硬件设备之一,带最新的HDR引擎,支持10bit色深(但不是原生的10bit面板),也支持BT.2020信号输入,价格万元起步,不算太贵。

Sony KD-55X8500D:与X9300D和9400D一样,是符合UltraHD Premium规范的硬件设备,技术上和X93D/94D是基本一致的,包括HDR技术。属于索尼中端偏高一点的产品,价格8K起步。

LG OLED65E6P:LG的电视推荐OLED,目前民用OLED面板推出最多款产品也是产品线最丰富的就是LG,同时,他是符合杜比视界(Dolby Vision)与Ultra HD Premium标准的系列产品,OLED的优势就是黑色位更深更沉,而明亮视觉更明更亮,效果很赞。不过价位也偏高,不在乎价位的可以一步到位。

三星KS9800:三星的几款UHDTV都做的不错,也已经达到了UltraHD Premium的要求,以KS9800系列为例,HDR效果出众,还带有量子点显示技术。不过三星以做曲面屏为主,曲面电视做的非常出彩,也算是几个品牌中算是很有特色的产品,一般这类旗舰售价也是万元起步。

TCL C2-CUDG:TCL作为国产电视大厂,其出品的4K电视不论在国内还是国外都有非常不错的销售成绩。最新的旗舰X1以及次旗舰C2都符合UltraHD Premium标准,两者都是符合HDR生态链的产品。以C2为例,4000R完美曲屏、量子点技术、110%的NTSC色域,都是不错的技术亮点。C2售价也是万元起步,目前X1尚未公布售价。

以上产品均作为大家参考,如果有兴趣的可以以这个为标准多去商场研究。

电脑

 

电脑也是可以作为播放机的一个选择,目前我的家中电脑就是主力播放机。但要支持4K播放,除了播放器软件需要支持外,硬件也需要升级。

 

4K是1080p的4倍大小,编码升级为HEVC,解码难度也比之前的H264要高得多,所以一般情况下,选择硬解是最好的方案,目前只有NVIDIA的GTX950、GTX960和GTX980Ti支持完全硬解4K HEVC 10bit编码的视频,而Intel的6代CPU的GPU核心则支持4K HEVC 10bit的混合硬解,效率则没有N卡的高,还是需要动用到CPU解码。而AMD的显卡,目前尚未得到可以硬解4K HEVC 10bit的消息。

 

NVIDIA的GTX950、GTX960和GTX980Ti核心代号是gm206支持hevc-vld-main10,即HEVC 10bit的硬解,而GTX970和980的核心是上一代的gm204,只支持hevc-vld-main的解码,不支持10bit硬解。所以,因为4K而升级电脑的时候,可以考虑换GTX950、GTX960或者GTX980Ti作为自己的升级手段。

 

而播放软件方面,可以考虑用PotPlayer或者MPC-HC作为播放蓝光或者4K的主力播放器。两款播放器自带的解码插件都已经很好的支持4K HEVC 10BIT 60帧输出效果,配合上面提到的显卡可以非常节省资源地播放4K视频或者是4K UHD蓝光。如果配合madVR的话,可以通过软件处理方式自动识别并输出HDR BT.2020,这个方法接下来会在另一篇文章中再进行详细说明。

 

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madVR

4K资源哪里找?

宅客一直以来都是以提供最优质的资源和资讯为目的的网站,接下来我们会陆续跟进4K视频以及4K UHD蓝光的进展,并提供下载方式给大家进行测试。

目前本站已经提供不少4K资源给大家下载,但大部分的4K UHD蓝光都是通过录屏的方式来获取,并非正式破解的,所以暂时大家可以通过这些视频来体验一下。另外就是部分已流出的4K HDTV录制的源码视频,都是非常优秀的测试片段,不乏有最高阶的4K/10BIT/HDR/BT.2020/60P为一体的4K资源,这种目前最顶级的享受大家也可以下载下来体验一下。

另外,大家可以通过http://demo-uhd3d.com/和https://www.4k123.com/forum-42-1.html这个网站去下载一些测试片段,里面包括了4K、HEVC、10bit、HDR、BT.2020的各种测试片段供大家选择和下载,如果大家已经有相应的4K硬件,可以通过这些测试片段来进行测试。

 

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总结

2016年正式进入4K时代,不会再向往年一样只有4K硬件没有4K资源这种尴尬的情况发生。但是,部分硬件的更换升级成本过高,想必一时间也不是所有人可以体验得到的,再加上在线视频或者是电视台没有快速跟进,这种普及还有非常漫长的一段道路要走,不过我相信,有2006年蓝光元年的那种态势,要发展起来都不是很大问题。但是由于目前破解蓝光的几个组织已经不再进行4K UHD蓝光的破解,所以这条普及道路要走的顺畅还是蛮难的。我依然相信,终有一天4K会走向平民家庭,就好像我们看高清1080p电影或电视一样。

 
 
 
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