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专业解读:超高清4K是什么?

发布时间: 2016-5-5      来源: 安防知识网
关键字: 索尼 4K 超高清 UHD
        你所不知道的4K超高清的来历

        为了应对高清晰度电视的挑战,电影行业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DCI数字电影推进联盟(DigitalCinemaInitiative)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DCI2K(2048×1080,每秒24帧或48帧)和DCI4K(4096×2160像素,每秒24帧),其中DCI4K(4096×2160)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。

          电视的发展始终是以电影作为参照。随着液晶面板、处理器等工艺性能的不断提升,4K电视的出现也是顺理成章。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。直到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-RBT.2020,标志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"UltraHighDefinition",缩写为UHD或UltraHD,是国际电信联盟(ITU)定义的术语。  

    ITUBT.2020标准

    在经历多个版本的修订后,国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion,即ITU)于2012年8月23日发布了超高清电视(UltraHDTV)的国际标准:ITU-RRecommendationBT.2020。BT.2020标准重新定义了电视广播与消费电子领域关于超高清视频显示的各项参数指标,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,促进4K超高清设备进一步走向规范化。

    分辨率

    在Rec.2020标准中,因全球各地区发展差异,UHD超高清视频显示系统定义为4K与8K两个阶段,其中4K的物理分辨率为3840×2160,而8K则为7680×4320。

    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,俗称2160P。

    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

        专业解读:超高清4K是什么?
                                                  常见高清分辨率对比图


    帧率

    在Rec.2020中,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,支持帧率120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p和23.976p,共9种帧率。在BT.2020标准中终于取消了隔行扫描,只有逐行扫描(Progressive),进一步提升了超高清影像的细腻度与流畅感。

    色深

    BT.2020标准大幅度提升了视频信号的性能规范。色彩深度方面,由BT.709标准的8bit提升至10bit或12bit,其中10bit针对的是4K系统,12bit则针对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。

    色彩空间

   超高清电视对应的色域为:ITU-RBT.2020色域,又称Rec.2020,是显示设备中最大的色彩空间,覆盖了CIE1931的75.8%,白点色温D65(6500K)。高清电视色域的国际标准ITU-RBT.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电视大多数都是不符合标准的。

        专业解读:超高清4K是什么?

                                   Rec.2020与Rec.709色域(CIE 1931色度图)

        Rec.2020与Rec.709色域(CIE1931色度图)BT.2020标准定义的超高清系统不仅仅在分辨率上进行了提高,还在刷新率、色彩深度、色彩空间、伽玛校正方面进行了全方位的调整,特别是色域三角形方面的扩展,使得画面的色彩表现远胜于高清系统。最近,美国消费电子协会(CEA)更新UHD超高清显示特性,对4K显示缩放和接口等又进行了补充说明。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。

    安防中的4KUHD超高清

    很遗憾,中国还没有定义安防高清的国家标准,所以并没有一个统一的标准供参考。目前安防行业高清产品都是参照国外广电HDTV的标准。以前在《百万像素高清技术应用已经成熟》中就说过,高清应该是一个整体系统,任何脱离系统单独谈高清都是在耍流氓。同样,4K高清应用也应该是从整体来看。接下来看看安防监控行业4K高清的现状。

    4K超高清传输带宽和存储

    目前使用H.264MainProfile压缩码率完全可以控制在6-8Mbps,等H.265标准成熟后,码率还能降低一倍以上。

从网络带宽上来看,虽然目前家庭带宽已经普及20M/100M光纤到户,但民用市场的上行带宽仍然不超过1M,可见对于4K来说,民用市场监控或者说走公网传输基本上不太现实。但是,4K超高清网络摄像机属于高端应用,基本上都会是内网、本地、光纤传输,带宽上基本不会存在什么问题。

从存储方面来看,目前成熟的数据硬盘技术已经发展到了4T,4T硬盘格式化后的容量大约是3620GB。4T硬盘大约可以存储单台4K高清网络摄像机视频约42天。基本上是可以满足要求的。

以8Mbps视频码率来算,每台4K超高清网络摄像机每小时占用存储空间:

(8Mbps÷8bit)×60s/分钟×60分钟/小时=3600MB/小时=3.5156GB/小时

4T硬盘可以储存4K超高清网络摄像机视频的时间:3620GB÷3.5156GB/小时=1029.6962小时=42.9天

    4K高清的解码和显示

    从解码上来看,目前在安防行业还没有专门的4K超高清网络视频硬件解码器,供4K超高清视频解码上墙使用。但是一般的视频播放软件均支持软件解码显示输出4K高清视频。以低端常用的奔腾G系列CPU来看,解码8Mbps的4K超高清视频时CPU资源占用率在80%左右,如果通过独立显卡硬解,占用率将更低。

    从显示上来看,国内企业像乐视电视X50Air、小米电视2等均可以完美支持4KUHD超高清视频硬件解码显示,而且价格在4000元以内,基本上可以满足4K超高清视频的解码显示要求。

    当然,理论上只要缩放引擎支持,1080P分辨率的高清电视也是可以支持4K超高清的显示的。 

    HDMI1.4支持4K超高清吗?

    4K超高清视频播放需要HDMI1.4a及以上接口,HDMI1.4支持10.2Gbps的带宽,只够支持24fps、25fps、30fps的UHD4K(3840x2160)播放,以及DCI全4K电视(4096x2160)时24P的播放。也就是说2160p/24P和2160p/30P格式是可以播放的,但更高帧率就不行了。未来的发展还是HDMI2.0,最大的带宽达到了18Gbps,可播放4K分辨率的3D视频。

    值得注意的是,HDMI线缆对于4K超高清图像的影响比较大,有些甚至无法播放4K超高清视频。所以为免牺牲图像画质,还是尽可能地购买高速的HDMI1.4线缆吧。