你所不知道的 4K 超高清的來歷
為了應對高清晰度電視的挑戰(zhàn)，電影行業(yè)必須引進新的技術標準以便在技術層面上繼續(xù)保持對電視的優(yōu)勢。于是在 2004 年 7 月 1 日，由好萊塢 7 大電影公司組成的 DCI 數字電影推進聯(lián)盟（Digital Cinema Initiative）修訂并推出了其技術文檔4.0行業(yè)標準，規(guī)定的數字影院清晰度分為兩級，即 DCI 2K（2048×1080，每秒24幀或48幀）和 DCI 4K（4096×2160像素，每秒24幀），其中 DCI 4K（4096×2160）的信息量則是高清電視的4倍多。因此4K確保了數字電影對高清晰度電視在技術層面的優(yōu)勢，而這種優(yōu)勢是今后電影與電視競爭時絕對需要的。
電視的發(fā)展始終是以電影作為參照。隨著液晶面板、處理器等工藝性能的不斷提升，4K 電視的出現(xiàn)也是順理成章。2012 年的國際消費電子產品展覽會（CES）上，部分廠商在展出其次世代顯示設備時使用了“4K”一詞。2012年4月，韓國四家主要電視臺(KBS、MBC、SBS和EBS)使用66頻道試播4K節(jié)目，但此時4K的相關標準尚未確定。直到 2012年8月23日，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了超高清電視的國際標準：ITU-R BT.2020，標志4K電視開始步入正軌。到了 2013 年的 CES 展會上，越來越多的廠商開始使用“超高清分辨率”（UHD）來取代“4K”一詞。“超高清分辨率”英文原文為“Ultra High Definition”，縮寫為UHD或UltraHD，是國際電信聯(lián)盟（ITU）定義的術語。
ITU BT.2020 標準
在經歷多個版本的修訂后，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，即 ITU）于2012年8月23日發(fā)布了超高清電視(Ultra HDTV)的國際標準：ITU-R Recommendation BT.2020。BT.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，對超高清電視的分辨率、色彩空間、幀率、色彩編碼等進行了規(guī)范，促進 4K 超高清設備進一步走向規(guī)范化。
分辨率
在 Rec.2020 標準中，因全球各地區(qū)發(fā)展差異，UHD 超高清視頻顯示系統(tǒng)定義為 4K 與 8K 兩個階段，其中 4K 的物理分辨率為 3840×2160，而8K則為7680×4320。
超高清4K：水平清晰度3840，垂直清晰度2160，寬高比16:9，總約830萬像素，俗稱 2160P。
超高清8K：水平清晰度7680，垂直清晰度4320，寬高比16:9，總約3320萬像素
常見高清分辨率對比圖
幀率
在 Rec.2020 中，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，支持幀率120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p和23.976p，共9種幀率。在 BT.2020 標準中終于取消了隔行掃描，只有逐行掃描（Progressive），進一步提升了超高清影像的細膩度與流暢感。
色深
BT.2020 標準大幅度提升了視頻信號的性能規(guī)范。色彩深度方面，由 BT.709 標準的8bit提升至 10bit 或 12bit，其中10bit 針對的是 4K 系統(tǒng)，12bit 則針對 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鍵的作用。
色彩空間
超高清電視對應的色域為：ITU-R BT.2020 色域，又稱 Rec.2020，是顯示設備中最大的色彩空間，覆蓋了 CIE 1931的75.8%，白點色溫D65（6500K）。高清電視色域的國際標準 ITU-R BT.709（又稱Rec.709 或sRGB）的僅覆蓋了 Rec.2020 的 35.9%，所以超高清電視(UHDTV)能比現(xiàn)行的高清電視（HDTV）顯示更為豐富的色彩。
※注：除了一些頂級的彩色技術監(jiān)視器樣機外，市面上并沒有顯示設備可以完全覆蓋Rec.2020色域，也就是說市面上的 4K 電視大多數都是不符合標準的。
Rec.2020與Rec.709色域（CIE 1931色度圖）
BT.2020 標準定義的超高清系統(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)。最近，美國消費電子協(xié)會（CEA）更新UHD超高清顯示特性，對 4K 顯示縮放和接口等又進行了補充說明。若使用 4K 顯示設備顯示全高清 1080P 時，屏幕中的 4 個像素對應輸出 1080P 中的 1 個像素;顯示 720P 時則為9個。
安防中的 4K UHD 超高清
很遺憾，中國還沒有定義安防高清的國家標準，所以并沒有一個統(tǒng)一的標準供參考。目前安防行業(yè)高清產品都是參照國外廣電 HDTV 的標準。以前在《百萬像素高清技術應用已經成熟》中就說過，高清應該是一個整體系統(tǒng)，任何脫離系統(tǒng)單獨談高清都是在耍流氓。同樣，4K 高清應用也應該是從整體來看。接下來看看安防監(jiān)控行業(yè) 4K 高清的現(xiàn)狀。
4K 超高清傳輸帶寬和存儲
目前使用 H.264 Main Profile 壓縮碼率完全可以控制在 6-8Mbps，等 H.265 標準成熟后，碼率還能降低一倍以上。
從網絡帶寬上來看，雖然目前家庭帶寬已經普及 20M/100M 光纖到戶，但民用市場的上行帶寬仍然不超過 1M，可見對于 4K 來說，民用市場監(jiān)控或者說走公網傳輸基本上不太現(xiàn)實。但是，4K 超高清網絡攝像機屬于高端應用，基本上都會是內網、本地、光纖傳輸，帶寬上基本不會存在什么問題。
從存儲方面來看，目前成熟的數據硬盤技術已經發(fā)展到了 4T ，4T 硬盤格式化后的容量大約是 3620GB。4T硬盤大約可以存儲單臺 4K 高清網絡攝像機視頻約 42 天。基本上是可以滿足要求的。
以 8Mbps 視頻碼率來算，每臺 4K 超高清網絡攝像機每小時占用存儲空間：
（8Mbps÷8bit）×60s/分鐘×60分鐘/小時=3600MB/小時=3.5156GB/小時
4T硬盤可以儲存 4K 超高清網絡攝像機視頻的時間：
3620GB÷3.5156GB/小時=1029.6962小時=42.9天
4K 高清的解碼和顯示
從解碼上來看，目前在安防行業(yè)還沒有專門的 4K 超高清網絡視頻硬件解碼器，供 4K 超高清視頻解碼上墻使用。但是一般的視頻播放軟件均支持軟件解碼顯示輸出 4K 高清視頻。以低端常用的奔騰G系列CPU來看，解碼 8Mbps 的 4K 超高清視頻時 CPU 資源占用率在 80% 左右，如果通過獨立顯卡硬解，占用率將更低。
從顯示上來看，國內企業(yè)像樂視電視 X50 Air、小米電視2 等均可以完美支持 4K UHD 超高清視頻硬件解碼顯示，而且價格在 4000 元以內，基本上可以滿足 4K 超高清視頻的解碼顯示要求。
當然，理論上只要縮放引擎支持，1080P 分辨率的高清電視也是可以支持 4K 超高清的顯示的。
HDMI 1.4 支持 4K 超高清嗎？
4K 超高清視頻播放需要 HDMI 1.4a 及以上接口，HDMI 1.4支持 10.2 Gbps 的帶寬，只夠支持24fps、25fps、30fps 的 UHD 4K （3840 x 2160）播放，以及 DCI 全 4K 電視（4096 x 2160）時 24P 的播放。也就是說2160p/24P 和 2160p/30P 格式是可以播放的，但更高幀率就不行了。未來的發(fā)展還是 HDMI 2.0，最大的帶寬達到了18Gbps，可播放 4K 分辨率的 3D 視頻。
值得注意的是，HDMI 線纜對于 4K 超高清圖像的影響比較大，有些甚至無法播放 4K 超高清視頻。所以為免犧牲圖像畫質，還是盡可能地購買高速的 HDMI 1.4 線纜吧。
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