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4K究竟是什么?

2017-12-12 | 热度:1
手机都上准2K(2560×1440)了,大屏设备上4K还会远吗?市面上支持4K显示的设备越来越多,价格也开始波动。50寸的4K电视,国产也才5K上下,进口的基本是X2的节奏,尺寸再大的价格差就大了;另外还有4K的显示器,戴尔、华硕、三星今年都有推出廉价型号,**便宜的也才4K上下。可以肯定的是,随着人类无止境的“胃口”,4K的需求量只会越来越大,直到普及。


那么,关于4K,你了解多少?4倍于1080P的4096×2160分辨率?色彩更艳?画面更锐更精细?价格更贵……相信很多人的理解止步于此。当然,对于大多数消费者知道这些已经够了。但是,如果你就喜欢较真,刨根问底,是个技术发烧控,想多学一些,这些就显得皮毛了。

实际上,4K不仅是一次分辨率的大升级,其影响远远超过之前1680×1050升级到1920×1080,从应用体验、UI优化及性能上都提出了更严峻的挑战。今天干货帖,我们就来聊一聊这个时下**热门的话题——4K。

开始之前,还是那句话:纯粹的科普文章,没有深度,称不上什么技术帖。太平洋水深,有不对的地方还望各位高手指正,更欢迎补充造福其他网友哈。

4K究竟是什么?

想要了解4K产品,首先就要从4K图像的相关标准入手。

图像的大小可以用像素分辨率来表示,例如1920*1080的分辨率就意味着图像是由水平方向每行1920个像素以及垂直方向每列1080个像素组成的。出于方便交流的原因,业界也常常以图像水平方向上的像素值来表示图片大小,而且为了简化过程,一般情况下会用“K”来描述像素值,其中1K相当于1024个像素,几K就是指图像的水平方向每行像素值达到或者接近1024的几倍。

这样一来,4K图像就是指水平方向每行像素值达到或者接近4096个的图像,多数情况下特指4096*2160分辨率。而根据使用范围的不同,4K图像也有各种各样的衍生分辨率,例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV标准的3840*2160(眼熟吧?)等,都属于4K分辨率的范畴。

如今**常见的4K分辨率有4096*2160和3840*2160两种,前者主要用于数字电影领域,后者则多用在4K电视或者4K显示器上。采用3840*2160分辨率的电视或显示器也叫做UHDTV标准产品,知道为什么眼熟了吧。

UHDTV标准是由国际电信联盟(ITU)制定,全称是Ultra High Definition Television,也就是现在逛卖场常听到的超高清电视。与前一代1920*1080全高清分辨率的Full High Definition Television(即FHDTV)相比,UHDTV的分辨率刚好是FHDTV的四倍,在屏幕尺寸相同的情况下可以显示更加精细的图像,而且由于高宽比同样是16:9,UHDTV标准产品也能很好地兼容FHDTV图像,更容易被消费者接受。

不过,严格意义来说,4K电视与UHDTV超高清电视并不能完全划等号。因为后者除了3840*2160分辨率外,还包含有7680*4320分辨率,也就是所谓的“8K”了。因此,从技术上来说,4K电视属于UHDTV,但是UHDTV却不仅限于4K电视。现在,电视或者显示器厂商将宣传重点放在“4K”而不是“UHD超高清”上,除了前者读上去更逼格一些外,其中一个原因就是希望给未来的“8K”产品留出空间。

4K产品需要多高的刷新率?

对于4K分辨率来说,它只有水平方向像素值和垂直方向像素值两个属性,不过对4K电视和4K显示器产品来说,除了分辨率要达标外,刷新率的高低也不容忽视。 刷新率是指屏幕图像的更新速率,以往的CRT显示器是依靠电子激发屏幕上的荧光粉显示图像的,但是由于同一时间只有一个像素点被点亮,要显示一张完整的图像,显示器就必须在荧光粉余光熄灭前重新对其进行激发。

只是CRT显示器的荧光粉余光维持时间实际上是很短的,因此电子必须在极短时间重新激发荧光粉,才能维持图像的稳定,而这个激发的频率就是我们现在常说的刷新率,如果刷新率不够,CRT显示器的画面就会出现闪烁,看起来很不舒服 。一般来说,CRT显示器的刷新率是越高越好,至少也要在85Hz以上,人眼才不会感觉到明显的闪烁。

如今电视机和显示器都已经走进了LCD液晶时代,LCD的工作原理与CRT完全不同,它更像是幻灯片,只是用LCD来取代了胶片。LCD的像素点可以看作是单独的开关,只需一次刷新动作就可以显示稳定的图像,完全可以做到只在图像变化后才刷新屏幕。现在LCD屏幕之所以还会以恒定的频率刷新图像,哪怕只是静态图像,更多的是处于产品兼容性的考虑,同时也有利于动态画面的快速变换。当然相比于“刷新率越高越好”的CRT屏幕,LCD屏幕对刷新率的要求无疑要低得多,基本上不低于24Hz就可以保证图像的流畅。

因为人眼视觉残留效果,我们可以用旋转的LED灯带做出这样的图案

那为什么LCD屏幕需要24Hz以上的刷新率呢?实际上这是由人眼的视觉残留时间或者说是视神经的反应时间决定的,这个时间大约是1/24秒,换句话说,当图片的变换速度达到每秒钟24幅的时候,由于视觉残留效应,人眼看到的图像不再是一幅幅的单独画面,而是一个连贯的动画,这也就电影的原理以及视频帧速多数是24FPS的主要原因。由于LCD屏幕在图像发生变化时需要重新刷新画面,在播放每秒24FPS的视频时,就需要每秒至少刷新24次屏幕,才能保证视频的每一帧都出现在屏幕上,才能保证人眼看到连贯的图像,这就是LCD屏幕的刷新率要求不低于24Hz的缘故。

对4K分辨率产品来也是同样的道理,想要输出流畅的4K分辨率动态图像,屏幕刷新率同样不能低于24Hz,因此以目前主流的两种4K分辨率3840*2160以及4096*2160来说,它们就有24/25/30/50/60Hz等多种不同的刷新率规格,其中比较常见的是24Hz、30Hz和60Hz,前两种常见于4K电视上,而60Hz的规格基本上只有PC显示器或者是旗舰级电视产品才会用上。至于为何会是这样的安排,我们会在后续文章中给大家进行详细讲解。

 

 

哪些视频接口可以输出4K分辨率?

目前可以输出4K分辨率的接口只有HDMI和DisplayPort,其中HDMI接口想要输出刷新率4K分辨率,就必须使用支持HDMI 1.4a或更高标准的产品,可以输出的4K分辨率规格****为4096*2160@24 Hz或者是3840*2160@30Hz;DisplayPort接口需要输出4K分辨率的话要支持DP 1.2标标准,不过其****可以输出刷新率为60Hz的4096*2160以及3840*2160分辨率。

之所以会有这样的区别,归根到底是两个接口对应的数据带宽有所不同导致的,HDMI 1.4a接口的数据带宽为10.2Gbps,而DP 1.2接口的数据带宽高达21.6Gbps,是前者的两倍多一点。HDMI接口想要输出60Hz刷新率的4K分辨率,只有等到HDMI 2.0接口正式登场后方方可实现,HDMI 2.0接口的数据带宽为18Gbps,完全可以满足60Hz刷新率下4K分辨率的输出需求。

值得一说的是,目前HDMI接口和DP接口是产品能否在4K分辨率下输出60Hz刷新率的**直观区别,目前环境下仅配置HDMI接口的产品肯定不可以输出60Hz刷新率下4K画面,只有配置了DP接口的设备才有这个可能性。现在多数主流级的4K电视的屏幕规格****也就是3840*2160@30Hz,因此它们多数只配置了HDMI接口,只有少数旗舰级产品会配置DP接口,支持输出60Hz刷新率的4K分辨率画面。

 

输出4K分辨率需要什么硬件?

想要输出4K分辨率的图像,硬件方面的也不能含糊。虽然较早之前就有声称可以解码4K视频的高清播放机,但是支持输出4K分辨率的高清播放机也是在**近才开始登陆市场,而且大都只能输出24Hz或者是30Hz的刷新率 。想要输出60Hz刷新率下的4K图像,目前PC仍然是****的选择。 决定PC能否输出4K分辨率的硬件是显卡,目前只有Kepler架构、GCN架构或者是更新架构的独立显卡支持输出4K分辨率,集显平台方面则要用到Haswell架构处理器或者是Kaveri APU方能支持

首先我们来看看集显平台如何输出4K分辨率,英特尔平台必须选用配置HD Graphics 4200/4400/4600/5000以及Iris Pro Graphics 5200、Iris Graphics 5100核芯显卡的产品,也就是第四代Core i3/i5/i7系列处理器。这些核芯显卡可以通过HDMI接口输出4096*2304@24Hz以及3840*2160@24Hz的分辨率规格,想要输出60Hz刷新率的4K分辨率,就必须使用DP接口进行输出,****可以输出3840*2160@60Hz的规格。

而且值得注意的是,移动版的U系列产品****只能输出3840*2160@30Hz的分辨率规格,Y系列在60Hz刷新率下只能输出2560*1600分辨率,只有H系列也就是配置了Iris系列核心显卡的产品才能输出3840*2160@60Hz的分辨率规格。至于上一代Ivy Bridge则****只能输出2560*1600,全部不支持输出4K分辨率。

AMD的APU则要更好识别一些,只有搭配GCN架构图形核心的产品才能支持4K分辨率,刷新率方面也是HDMI接口****输出30Hz,DP 1.2接口****输出60Hz,换句话说想要在APU平台上输出4K分辨率,目前就只有使用Socket FM2+接口的Kaveri APU可以选择了。

顺带一提的是,结构基于APU平台的PS4以及Xbox One都支持4K分辨率,不过由于他们都没有配置DP 1.2接口,因此即便可以输出4K分辨率的视频信号,那**多也就是30Hz的刷新率,基本上只有视频播放以及静态图片浏览等地方会用上,4K游戏还是不要想了。

独显平台方面,首先我们来看看NVIDIA显卡产品,从Kepler架构的产品开始就基本具备了4K分辨率输出能力,不过更早之前的Fermi架构产品就无能为力了,****只能输出2560*1600分辨率。同样地,输出3840*2160@60Hz的规格需要标配DP 1.2接口的产品,按照公版产品的话要到GTX 650?Ti Boost以上才会标配DP接口。

AMD显卡方面需要GCN架构产品,HDMI接口****可以输出4096*2160@30Hz规格,DP接口则可以输出4096*2160@60Hz规格。由于AMD在入门级GCN独显上也有配置DP 1.2接口,因此AMD独显平台上输出60Hz刷新率的4K分辨率在成本上要低一些。



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