4K超高清电视的兴起

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2024年5月23日发(作者：)

4K超高清电视的兴起

随着人们生活水平的不断提高，人们的精神文化娱乐需求也越来越高，对伴

随人们生活成长的视听娱乐要求也越来越高。在电子视频显示与广播电视领域，

一直以来都是以追求更完美清晰的图像和声音为目标。从480p标清到720p高清，

再从720p高清到1080p全高清，都可以清晰看到整个领域的发展趋势。在今年

初的美国CES国际消费电子展展会上，众多4K分辨率的超高清电视让人耳目一

新，超高清时代已悄然来临。

１ 4K超高清电视概论

超高清电视（UHDTV，Ultra High Definition Television），又称为Ultra

HDTV、4320P及UHDV（Ultra High Definition Video），是HDTV的下一代技术。

它由日本放送协会（NHK）、英国广播公司（BBC）及意大利广播电视公司（RAI）

等机构所倡议推动。

根据去年国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)发布的BT.2020超高清电视

系统标准建议，将屏幕的物理分辨率达到3840×2160(4K×2K)及以上的电视称

之为超高清电视。

4K的名称得自其横向分辨率约为4000像素,借用了投影机显示分辨率的概

念。标准的4K分辨率为4096×2160的像素分辨率，其像素总数能够达到高清分

辨率1920*1080的4倍。在通常的收视距离下（4倍屏幕尺寸数)，超高清电视

的画质比人眼分辨率极限PPI高了近2倍。我们常指的超高清电视就是4K电视。

目前国内外已有不少电子电器厂商力推4K电视， 即4K×2K(3840×2160)

分辨率电视。如东芝、LG、索尼、三星、康佳、长虹等已发布了相关产品，甚至

微软、苹果也已经加入战团。

1.1 标清、高清、超高清的简单比较

标清（Standard?Definition），是物理分辨率在720p以下的一种视频格式。

高清（High?Definition），有720p、1080i与1080p三种标准形式，而1080P

又有另外一种称呼——全高清（Full?High Definition）。公认的高清标准有两

条：视频垂直分辨率超过720p或1080i，视频宽纵比为16：9。

超高清（Ultra?High-Definition），包括“4K分辨率(3840×2160?像素)”

和“8K分辨率?(7680×4320像素)”。?

图1 相应对比

1.2 超高清性能指标参数

我们知道ITU-R BT.709（又称Rec.709标准）规范了当前高清电视广播、

高清蓝光碟片制作和高清显示设备的等一系列性能指标和参数，新的ITU-R

BT.2020标准同样也规范与定义了超高清相关的性能指标和参数。

标准规定了超高清图像画面显示比例为16︰9， 显示分辨率为3840×2160

或7680×4320。支持的帧扫描频率有120p、 60p、59.94p、50p、30p、29.97p、

25p、24p、23.976p。可见超高清的标准影像都是基于逐行扫描，而不再采用隔

行扫描。

表 1 图像空间特性

参数

图像纵横比

像素数

水平× 垂直

取样点阵

像素纵横比

像素寻址

7680 × 4320

正交

1:1 （方形像素）

每行像素的顺序是从左向右，行的顺序是从上至

下。

值

16:9

3840 × 2160

表 2 图像的时间特性

参数

帧频率（Hz）

扫描模式

值

120， 60， 60/1.001， 50， 30， 30/1.001，

25， 24， 24/1.001

渐进

新指标使色彩方面有大幅度的改进。在色深方面，由Rec.709标准规定的

8bit提升到10bit或 12bit，10bit对应4K系统，12bit对应8K系统。8bit，

即256灰阶，而10bit具有1024灰阶。灰阶级数越多表示越精细，色彩过渡更

均匀。所以，超高清影像在色彩层次与过渡方面得到了大大的增强。并且标准定

义的色域三角形的面积远远大于Rec.709规定的范围，所以超高清系统将能够显

示更多更丰富的色彩。白点的定义并没有改变。标准还指出由

0.2627R+0.6780G+0.0593B组成一个信号的亮度。

表 3 ITU-R BT.2020标准下的RGB色彩空间参数

白点

X轴坐y轴坐

标 标

0.312

7

0.329

0

红色X

轴坐标

0.708

红色y

轴坐标

0.292

绿色X

轴坐标

0.170

主色

绿色y

轴坐标

0.797

蓝色X蓝色y轴

轴坐标 坐标

0.131 0.046

在伽玛校正方面，标准规定采取非线性曲线来进行伽玛校正。10bit系统采

用得校正曲线与Rec.709的一样，而12bit系统则在人眼敏感的低光部分曲线做

出相应的更改。

1.3 超高清数字电视的技术研究

超高清数字电视系统的研究包括了信源压缩编码、传输信道编码。在接收机

端，涉及到超高清数字电视的接收、解码和显示。还得进一步考虑兼容性，和图

像的插补和处理。

视频能处理方面，若采取4：4：4采样，4K模式超高清数字电视信号图像

的原始数据率为(3840×2160像素)×(24 bit/像素) ×(30帧/s)，大约6 Gbit/s，

而8K模式的原始数据率大约为24 Gbit/s。而用4：2：2采样的话，4K和8K

模式的数据率也要分别达到4 Gbit/s和16 Gbit/s。这么大数据量的传输，必

须采取新的压缩编码方法。国际压缩标准机构一直在讨论H.264标准之后的下一

个10年技术标准，最新的方案就是H.265，在没有损失画质的情况下，其压缩

率是H.264的两倍。

音频处理方面，日本NHK为超高清影像开发了22.2多声道的立体音响系统。

即顶层9个声道，中间层10个声道，底层在电视屏幕下方布置了3个声道。上、

中、下3个环绕声场，组成了完整的空间立体声。在3层环声场的下层两侧再加

上2个低音声道，就构成了完整的22.2环绕声系统。与5.1或7.1声道环绕声

系统相比，声场将完全地三维化，声音将更真实、更具现场感，人的感官享受更

为强烈。

传输信道方面，新制定的传输标准DVB-T2和DVB-C2早已经公布。新的标准

提高了传输性能，在频谱效率方面DVB-T2的数据传输能达到40 Mbit/s以上，

而DVB-C2的数据传输也能达到56 Mbit/s。理论上,一个8 MHz带宽的传输通道

可实现传输4k超高清压缩编码的信号；采用频道绑定技术，一个32 MHz带宽的

传输通道可以传输8k超高清电视信号。

2 4K超高清电视的优势

2.1 超大尺寸，像素点不再明显

消费者还是更加愿意购买更大尺寸的电视机，但是大尺寸电视清晰度容易降

低，因此它对于画面精度的要求更高。专家经过测试发现，使高清电视完美呈现

的尺寸是32-37寸，使全高清电视能完美呈现的尺寸是 42-55寸，而超大尺寸

电视只有超高清电视才能完美呈现。而且画面的像素越高，在相同尺寸的画面上

的像素就越精细，晶格也越小。4K超高清电视不会因尺寸超大而带来画面像素

点过大、清晰度变差的问题，它不仅使远距离观看到高清晰的图像成为可能，还

不会因为距离太近看到颗粒感。4K电视的出现使得面板尺寸覆盖范围倍增，如

LG、康佳、创维发布的新品4K电视，最高都达到了80英寸以上。

2.2 色彩层次和细节的增强，画面更生动真实

从前文的相关标准可以看出，超高清电视不仅仅在分辨率上进行了提高，还

在帧刷新率、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。

2.3 显示分辨率大幅提升，画质更清晰细腻

垂直分辨率和像素影响着画面的精细度。全高清的画面像素大约为2百万，

垂直分辨率为1080。而4K的画面像素达到了全高清的4倍，约为8百万，这已

经接近主流数码相机千万像素的标准，垂直分辨率也达到2160，也就是1080的

两倍。简单从数据上来看，4K的画面精度确实在1080p全高清画面之上。高分

辨率能显示更多信息和细节，还可以多屏幕播放高清内容，实现更多的功能。

2.4 能实现良好的3D观看效果

偏光式3D显示设备或者是裸眼3D显示设备，在表现3D画面时，根据原理，

它们的分辨率均会折半显示。4K超高清电视可以有效的解决3D技术在显示时分

辨率折半的问题，即使是折半也能够超出全高清分辨率的大小。部分厂商生产的

4K电视也已经达到了裸眼3D效果，配合音效，能达到身临其境般的观看效果。

３ 4K电视推广遇到的问题

首先，4K超高清电视现在还过于昂贵。市场上的产品动辄上万甚至十几万

的价格，使得普通消费者望而却步。不过随着平板显示技术和芯片技术的进步，

产品的增多和成本的下降是可以预期的。?

其次，与其匹配的4K节目源大量缺乏。现如今大量的电视节目源还是标清

或高清信号，用户通过4K电视观看节目达不到好的效果。在这个内容为王的时

代，要普及4K必先普及4K片源，消费者不会满意于花几万元买来的超高端电视

只是个摆设。不过既然国际电信联盟已经制定了相应的统一标准，各大厂商也表

示将在推广4K电视的同时会努力为消费者增加4K节目内容的支持。而好莱坞已

经发行了不少的4K数字电影，电影将是最大的4K节目源。支持更大储存的蓝光

光盘已经研发成功，一旦技术成熟，4K级别蓝光光碟将会迅速普及。而全球各

大卫星电视和视频服务提供商正在努力寻找一种可靠而又廉价的方式来传送4K

内容，，日本NHK和英国BBC早已开始了试验并取得了一定的成功，走在了世界

的前列。

４ 展望

专业尝试——显示端升级——信号源升级——广播电视（分享）系统升级，

这是广播电视领域发展的鲜明套路。

4K的脚步虽然才刚刚开始，但整个系统已经初具雏形。在CES上我们已经

看到。显示端热点最多，有夏普、东芝、海信等的大尺寸4K液晶屏和索尼、JVC

等公司的4K投影机。而4K拍摄端，佳能、索尼、JVC等都提供4K或更高像素

的摄像机。索尼也一直致力于在打造从镜头到客厅的4K生态系统。最新的

Netflix在三星展台演示了基于三星电视的4K流媒体内容传输方案，LG展示了

无线4K超高清传输技术等等。

4K技术在专业端、显示端、拍摄端、信号源等方面已经全面出发，整个产

业链共同推动4K发展的决心是如此的坚定。

全球首个4K超高清电视频道已经在欧洲诞生，日本也计划于2014年7月推

出首个4K电视广播服务，来满足市场的需求。而我国也在积极推进4K标准制定

与开设4K频道的可行性研究。

画质和音质才是电视的根本，高清电视的逐渐流行就是很好的指引。随着技

术的进步和相应产业的升级，4K超高清技术也许比想象中普及得更快，让我们

共同期待。

本文标签： 超高电视显示分辨率标准