探討4K技術在電視中的應用和原理

李衛祖

(上海東方傳媒集團有限公司,上海 200041)

探討4K技術在電視中的應用和原理

李衛祖

(上海東方傳媒集團有限公司,上海 200041)

近年來,雖然電腦的普及程度已經很高了,但它還是沒能取代電視產品作為家庭娛樂中心的地位。隨著生活水平的提高,人們對電視產品也提出了更高的要求,如大屏幕、高分辨率和高視覺享受等。為了迎合消費者的這種需求,科技人員研發了4k技術。本文主要探討了4K技術在電視中的工作原理以及相對于傳統顯示技術的特點,最后,對4K技術的未來發展做了展望。

4K技術 原理 應用 分辨率

4K技術是指使電視屏幕的物理分辨率達到4Kx2K，清晰度達到全高清1080P電視四倍的技術，它是在消費者對電視的清晰度要求越來越高的時代背景下被提出來的。廣播電視清晰度的發展經歷了模擬電視、數字標清電視、HD高清電視、FHD高清電視和4K超高清電視五個階段。4K超高清電視主要運用4K技術，實現了電視節目從拍攝到傳輸、解碼、和顯示的全過程超高清化，全面提升了電視節目的畫質，使觀看者如同身臨其境，有著更強的視覺沖擊和娛樂效果。

1 4K技術的原理

4K技術的基本原理是通過超高清4K×2K解碼芯片，實現超高清信號從輸入、解碼到顯示的全程超高清處理，從而將內部圖像信號細膩、穩定、流暢地顯示在UHD超高清顯示屏上，真正達到無損解碼和全程點對點顯示的效果。因為SNOY是4K技術的領軍企業，其4K產品的發展已經可以代表著4K技術的發展，下面我們結合索尼4K投影技術，具體地對4K技術進行分析。

高分辨率是索尼4K投影技術的特點之一，這得歸功于硅晶體反射(SXRD)裝置。它將近885萬像素集成于8.5微米大小的硅晶體反射(SXRD)芯片上，這些高密度的像素點的大小要比2K分辨率投影系統的像素小四分之三，可以在多幅畫面的模式下，使每幅畫面都是高質量和高精度的。

高對比度是索尼4K投影技術的另一特點，其對比度高達4000：1。高對比度是通過“垂直排列液晶”系統和“超細液晶單元間隙”來實現的。高對比度實現的關鍵在于顯示絕對黑色的能力，即有效阻擋光源的能力。所有的液晶顯示設備是通過在液晶間隙中施加電場來控制投影光線的多少。在典型的液晶顯示設備中，電場施加在液晶單元縫隙之間時即產生黑色。垂直排列液晶系統克服了傳統典型液晶顯示設備因導向膜的影響而產生光線泄露的問題，它在沒有施加電場時顯示黑色，其準確的分子排列和光線排列使其黑色顯示更加純正，從而實現了高對比度的效果。超薄液晶單元間隙技術是通過創新的平面化技術和先進的硅片安裝工藝來實現小于兩微米的液晶極小單元間隙的。同時，它還采用了無間隔的結構，克服了傳統反射式液晶器件因液體單元基面和頂部之間的恒定間隙容易分散和反射光線的缺點，提高了圖像的對比度。

當前的液晶電視一般是采用冷陰極熒光管技術(CCFL)背光源，該技術成熟、壽命長，缺點是色域小，且材料中含汞，不利于環保，還有就是存在漏光現象。為了應對以上問題，現在各大廠商推出了各種改進方法，有索尼的WCG-CCFL亮艷色背光源，東芝的廣色域WCG背光源等。但是應對以上問題最終方法是LED背光源系統，它具有更好的色彩表現，對比度達到10000：1，壽命更長，更環保。但是當前此技術的主要缺點是價格昂貴，現在折中的方法是使用RGBLED背光源技術，其較真正的白色LED技術有一定差距，但是可以在成本和顯像質量上取得平衡，是下一步背光源系統的改進方向。

2 4K技術顯示系統的特點分析

2.1 分辨率高畫質精細

4K平板電視給人的直觀感覺就比傳統1080P全高清的機型畫質更加精細，畫質的精細程度與兩個因素有關，首先，當然是畫面的像素，另外一個因素是畫面的垂直分辨率。畫面的像素如果較高的話，在一樣尺寸的顯示屏上的像素就越精細，晶格較小，因此畫面會更加清晰。另一方面，人的眼睛對畫面的垂直分辨率比水平分辨率敏感得多，因此垂直分辨率從高的時候，人的眼睛就可以識別更多的細節和層次，使畫面看起來更加精細。

1080P的像素約為200萬，垂直分辨率1080。而4K顯示器的像素則達到了驚人的800萬，達到1080P的4倍之多，垂直分辨率也達到了2160，因此，不論是在理論上還是人的實際感受，4K顯示的畫面精細程度都比1080P更好。

2.2 視頻信號采用12BIT編碼

目前國內多數的高清或者是全高清的視頻系統都采用8BIT，而4K技術則采用10BIT甚至達到12BIT，因此，4K技術不管是在色深層次的表現還是在灰階層次的過度，都遠遠超過了高清系統。

但是，這里面出現的問題是，目前的8BIT信號源設備將不能處理10BIT甚至12BIT的視頻信號。同時以往8BIT的畫面的校正圖案也不能滿足4K技術了，因為其標準峰值和標準黑位的取值也不相同。比如說，10BIT的視頻有效信號范圍是64—940，而8BIT卻是256—3760。另外，目前的相關的很多設備也不能滿足4K技術，需要全面的升級，這些在4K的普及上會造成一定的阻礙。

2.3 增強了3D畫面表現

近年來，3D顯示一直是很熱門的話題，在近年來推出的家庭影院投影機和平板電視都包含了3D顯示的功能。一般來說，顯示技術有2種，即主動式快門3D眼鏡技術和被動式3D眼睛技術。就目前的市場銷售情況來看，主動式快門3D眼鏡技術由于可以實現左右眼同時達到全高清的分辨率，因此占據了較大的市場，而被動式3D眼鏡技術則不能實現。但是，被動式也有其自己的優點，如不會出現左右眼串擾、畫面不閃爍、眼鏡佩戴舒適等都是主動式不能比的也同樣有其存在的價值。

最早的3D電視都采用的是被動式3D眼鏡技術，在4K出現后，被動3D眼鏡技術也可以達到左右眼同時全高清，其效果和主動式3D眼鏡技術不相上下，同時具有被動式3D眼鏡技術的優點，這就大大地體現了4K技術在3D顯示上的優勢所在。

3 4K技術的發展及展望

4K技術和顯示設備一樣，都是朝著精細化的方向發展的。在發展過程中，它存在著一些問題。首先，片源緊張，觀眾獲取4K片源的途徑有限。由于4K電視的制作復雜，真正的4K電視節目其實并不多，這給4K電視的推廣增添了很大的阻力。其次，配套設施和相關產業還沒形成。4K技術要能揚帆起航，這個問題必須解決，但在短時間內很難將其解決。

4k技術的推廣，除了依托于各類4K顯示設備帶來的完美視覺體驗外，更重要的是應該讓更多的消費者看到4K視頻。因為對于一般消費者來說，他們承受不起4K電視機和4K投影儀昂貴的價格。因此，如何改進壓縮技術，使得4K視頻能在網絡中傳輸，這是4K技術發展的趨勢。

4 結語

綜上所述，4K技術有著較好的發展前景，但目前4K電視市場缺乏統一的行業規范和標準，市場上的4K電視產品質量參差不齊。因此，我們應該在推廣4K技術的同時，統一行業標準，以促進4K電視產業的又好又快發展。

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