在談到4K之前，首先需要明確一個(gè)重要法則，即：一切視聽(tīng)產(chǎn)品都是服務(wù)于人的視聽(tīng)，要提供人能夠察覺(jué)的服務(wù)。

HD高清繁華未盡，現(xiàn)在似乎就已面臨被取代的命運(yùn)。彩色電視被高清電視取代用了50年，而第一個(gè)高清電視廣播從1998年出現(xiàn)至今，僅僅15年時(shí)間。目前，美國(guó)高清電視的市場(chǎng)占有率大概為75%左右，在很多國(guó)家和地區(qū)HD尚未完成普及，但4K已經(jīng)來(lái)了。

為什么要壓縮？

圖像和視頻的基本素材各有不同。35毫米膠片記錄的是整幅圖像，但數(shù)字化之后則需要把圖像分割為很多像素。通過(guò)下面一組公式可以計(jì)算出圖像和視頻的像素?cái)?shù)及文件大小。

圖像總像素?cái)?shù)計(jì)算公式：P=H×V

照片文件大小計(jì)算公式：S=H×V×B/8

視頻數(shù)據(jù)率計(jì)算公式：D = （H/k1）×（V/k2）×R×B/k3

視頻文件大小計(jì)算公式：Sv= （H/k1）×（V/k2）×R×B/k3×T/8

經(jīng)計(jì)算可知4K圖像的總像素為8M，圖像尺寸約為26M，如果未經(jīng)壓縮需要5分鐘才能下載下來(lái)，而壓縮之后，下載時(shí)間只需20秒，所以圖像一定要壓縮。視頻更需要壓縮，以YouTube為例，其視頻的分辨率一般為480×360，未經(jīng)壓縮時(shí)，數(shù)據(jù)率是每秒171Mbit，現(xiàn)在最快的光纖互聯(lián)網(wǎng)速度大概是100Mbit/s左右，連最快的光纖都無(wú)法傳輸這種像素很低的文件，可見(jiàn)視頻一定要經(jīng)過(guò)壓縮才能得以廣泛應(yīng)用。視頻由MPEG-2實(shí)現(xiàn)100：1的壓縮之后，YouTube原本171Mbit/s的數(shù)據(jù)率就只剩1.7Mbit/s，普通網(wǎng)速即可傳輸。4K視頻在壓縮前的數(shù)據(jù)率是17.5Gbit/s，目前還沒(méi)有任何技術(shù)能夠傳輸，在壓縮之后175Mbit/s的數(shù)據(jù)率，Gbps以太網(wǎng)就可以支持，但是光纖互聯(lián)網(wǎng)還是不行。

人眼分辨率與觀看距離

人眼分辨率是有限的，而且其極限沒(méi)有固定的像素?cái)?shù)，因?yàn)槿搜壑荒芊直嫠?jiàn)圖像角度的大小，而無(wú)法分辨像素的尺寸。如圖二所示，A物體和B物體進(jìn)入人眼中的角度一樣，所以呈現(xiàn)的像大小也是一樣，人無(wú)法知道這兩個(gè)物體的距離，只知道進(jìn)來(lái)的角度。也就是說(shuō)，人眼本身無(wú)法分辨圖像是2K、4K還是8K。人眼的最小角分辨率是1分（即1/60度）。根據(jù)這一現(xiàn)象可以推演出最佳觀看距離與屏幕尺寸及分辨率關(guān)系的公式。例如，在教室環(huán)境中，當(dāng)投影機(jī)投射在屏幕上，人眼要看到全部清晰度，最佳觀看距離大概是7米，在這個(gè)距離上人眼分辨率就已經(jīng)到達(dá)極限了，如果在這個(gè)屏幕上放4K內(nèi)容，增加的像素是看不出來(lái)的。

人眼分辨率跟距離、屏幕大小有很大關(guān)系。如果距離很近，就可以看見(jiàn)圖像上的方格狀，如果離得更遠(yuǎn)，更細(xì)微的圖像細(xì)節(jié)就分辨不出來(lái)。當(dāng)人眼正好看不見(jiàn)圖像方格狀的時(shí)候就是最佳的距離。再比如筆記本電腦，最佳觀看距離是0.9米，也就是我們平?？吹木嚯x。iPhone5的分辨率是1，136×640，當(dāng)手持距離為0.3米的時(shí)候，就是觀看的最佳狀態(tài)。4K在很多環(huán)境中都有用武之地，但目前未必適合于家庭電影院，因?yàn)樵诳蛷d1米左右的觀看距離，對(duì)人來(lái)說(shuō)并不舒適。

HDMI 2.0

HDMI 2.0是9月初業(yè)界剛剛公布的最新規(guī)格。新的變化有以下幾個(gè)方面：

首先最高數(shù)據(jù)率從10.2Gbit/s增加到18Gbit/s，其原因就是為了4K。上文已經(jīng)提過(guò)，4K的數(shù)據(jù)率正好是17.5Gbit/s，所以它就是為4K服務(wù)的。

刷新率提升到60Hz，HDMI 1.4版本其實(shí)已經(jīng)支持4K了，但是當(dāng)時(shí)是30Hz刷新率，雖然把數(shù)據(jù)流減了一半，但30Hz的刷新率對(duì)人眼來(lái)說(shuō)可能會(huì)看到閃爍。

可以有32個(gè)獨(dú)立的音頻，帶來(lái)多維度身臨其境的音頻體驗(yàn)。

音頻采集量高達(dá)1，536kHz，是以前的8倍，現(xiàn)在可獲得的最高保真的聲音源已比過(guò)去有很大的改進(jìn)。

雙流視頻，支持兩個(gè)圖像同時(shí)傳到一個(gè)屏幕上。還可以同時(shí)傳輸最多4個(gè)音頻流媒體，而且支持反向傳輸。

更新的功能還有支持影院廣角21：9的長(zhǎng)寬比，以及動(dòng)態(tài)同步的視頻和音頻，CEC擴(kuò)展則提供通過(guò)單一控制點(diǎn)的消費(fèi)類電子設(shè)備的指揮和控制。

呂氏定律與4K的挑戰(zhàn)

呂氏第一定律：在其他條件一樣時(shí)，信號(hào)數(shù)據(jù)率加倍會(huì)使半導(dǎo)體發(fā)熱加倍。

半導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱，由于4K數(shù)據(jù)率很高，因此發(fā)熱也就越嚴(yán)重，在圖四中，紅色區(qū)域代表發(fā)熱的區(qū)域，當(dāng)把A信號(hào)變到B信號(hào)，紅色區(qū)域就變成兩個(gè)，發(fā)熱增加1倍。得出的結(jié)論就是當(dāng)數(shù)據(jù)率加快的時(shí)候，半導(dǎo)體發(fā)熱量也會(huì)加倍。同時(shí)數(shù)據(jù)率也會(huì)影響到價(jià)格，當(dāng)數(shù)據(jù)率是10Gbit/s的時(shí)候，光纖價(jià)格是165美元，數(shù)據(jù)率只有4Gbit/s的時(shí)候，價(jià)格僅65美元。

呂氏第二定律：在其他條件一樣時(shí)，信號(hào)數(shù)據(jù)率加倍會(huì)使導(dǎo)線最大傳輸距離減半（才能維持時(shí)基抖動(dòng)率）。

在線材方面，數(shù)字信號(hào)的問(wèn)題是，在通過(guò)線材傳輸之后就不再是直線，它會(huì)左右變得很寬、很模糊，這就是我們常說(shuō)的時(shí)基抖動(dòng)。要保持時(shí)基抖動(dòng)不變，數(shù)據(jù)率加倍，線材走的最長(zhǎng)長(zhǎng)度就減為一半，這對(duì)集成商會(huì)造成很大影響。從HD信號(hào)升級(jí)4K，相應(yīng)傳輸距離就減少到1/4，現(xiàn)在2.5米用銅線，3米以上都需要用光纖，投影機(jī)一般都會(huì)連接很長(zhǎng)的線纜，所以銅線能用的范圍只有投影機(jī)和接線器之間了。

摩爾定律與制造商的秘密

摩爾第一定律：集成電路中的晶體管數(shù)量每?jī)赡攴ㄏM(fèi)者的福星）。

4K對(duì)顯示工業(yè)有哪些影響呢，這要從摩爾定律談起。摩爾是英特爾公司的創(chuàng)始人之一，他在1965年提出半導(dǎo)體上面晶體管的數(shù)量每?jī)赡陼?huì)翻番一次。從1971年到2011年，40年的時(shí)間里，CPU芯片就是從286、386、486一路演化而來(lái)，晶體管數(shù)量確實(shí)是每?jī)赡攴淮?。這個(gè)規(guī)律對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)非常有利，可以讓我們買到的東西越來(lái)越便宜。在通貨膨脹影響下，商品的價(jià)錢逐年增長(zhǎng)，唯一例外的就是電子產(chǎn)品，其價(jià)格趨勢(shì)一路下降，背后的原因就是摩爾定律。

摩爾第二定律：集成電路中的單個(gè)晶體管價(jià)格每?jī)赡隃p半（制造商的克星）。

摩爾第二定律是每?jī)赡臧雽?dǎo)體價(jià)格會(huì)減半，這對(duì)制造來(lái)說(shuō)是非常頭痛的事情。因?yàn)橐慌_(tái)2，000元的PC在兩年之后就只有1，000元，所以制造商必須絞盡腦汁推出新技術(shù)以維持產(chǎn)品平均售價(jià)。當(dāng)新技術(shù)把產(chǎn)品提升至人的視聽(tīng)極限時(shí)，這些新技術(shù)被視為革命，而當(dāng)新技術(shù)把產(chǎn)品推到超越人的視聽(tīng)極限時(shí)，這些新技術(shù)被視為浪費(fèi)。

視聽(tīng)行業(yè)現(xiàn)在的熱潮是4K，兩年前是3D，再兩年前是深度彩色，這是規(guī)律在背后作用。當(dāng)沒(méi)有創(chuàng)新的時(shí)候，售價(jià)就無(wú)法維持，所以就要不停地推新品搞創(chuàng)新。但不論怎樣創(chuàng)新都不能脫離開(kāi)始講到的重要法則，視聽(tīng)是為人服務(wù)的，如果人察覺(jué)不到好處，技術(shù)就顯得浪費(fèi)，當(dāng)人能察覺(jué)到好處的時(shí)候，就是很大的進(jìn)步。

每次推出新技術(shù)，尤其像4K這樣的技術(shù)，制造商都希望能提升到盈利的價(jià)格水平，但不幸的是價(jià)格很快會(huì)被拉低，我們可以看到現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始有699美元的4K電視了。只有創(chuàng)新才能保持企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，如果是集成商，就需要考慮你的產(chǎn)品、服務(wù)都是獨(dú)一無(wú)二的，別人無(wú)法取代，否則只靠?jī)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)是沒(méi)有意義的。

創(chuàng)新產(chǎn)品的特征在于用戶體驗(yàn)，iPhone剛剛出來(lái)的時(shí)候，屏幕分辨率并不一定比其他產(chǎn)品高，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室測(cè)到在音頻失真率方面也不是最好。但因?yàn)槭侨嗽谟脵C(jī)器，因此iPhone提供了最人性化的用戶界面，可以隨意拉大縮小，即使沒(méi)有計(jì)算機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)的人也能輕松掌握。iPhone同時(shí)也改變了應(yīng)用生態(tài)環(huán)境，以前需要去賣場(chǎng)花10美元買CD，但是蘋(píng)果幫助人們實(shí)現(xiàn)了花幾分錢就能根據(jù)喜好任意下載。舉這個(gè)例子是想提醒大家，當(dāng)新技術(shù)來(lái)臨的時(shí)候，不要一窩蜂跟著別人走，去制造和別人一樣的東西，創(chuàng)新不只體現(xiàn)在數(shù)字層面。

4K， 準(zhǔn)備好了嗎？

4K最適宜的應(yīng)用是超大屏幕。比如電影院，4K在影院并不是新事物，其應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)十年?？碧胶蛧?guó)防亦可用到4K，當(dāng)勘探回波之后，人們需要用眼睛去發(fā)掘什么地方有石油或者礦藏，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)距離很遠(yuǎn)的小礦場(chǎng)時(shí)，就需要更高分辨率去查看細(xì)節(jié)。在國(guó)防的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中，對(duì)方導(dǎo)彈發(fā)射過(guò)來(lái)的時(shí)候，目標(biāo)很可能非常小，這時(shí)候需要4K來(lái)定位尋找。飛行模擬器的應(yīng)用需要身臨其境的效果，只有操作者看到和實(shí)際完全一樣的畫(huà)面時(shí)，大腦才會(huì)認(rèn)為是在實(shí)際操作飛機(jī)，經(jīng)過(guò)數(shù)百次訓(xùn)練，才能達(dá)到自然應(yīng)對(duì)緊急情況的效果，所以4K在這個(gè)場(chǎng)合下是無(wú)法被取代的。在教學(xué)科研中，雖然學(xué)校并不一定有足夠的預(yù)算負(fù)擔(dān)4K應(yīng)用，但是在做集體科研課題時(shí)，如果能達(dá)到像在真實(shí)白板上書(shū)寫(xiě)的清晰度一樣，在近距離時(shí)讓人眼看到很小的像素，也是大有裨益。

4K不可能一開(kāi)始就進(jìn)入家庭，因?yàn)樾枰x屏幕很近才能夠感受到其效果，但這并不符合正常的觀看習(xí)慣，甚至?xí)绊懙郊胰说挠^看。高端的發(fā)燒友會(huì)買最先進(jìn)的、最好的東西，但從普及角度來(lái)講，還頗具挑戰(zhàn)。

在4K的生態(tài)環(huán)境中，要應(yīng)用4K，首先要有4K信號(hào)源，信號(hào)源無(wú)非是本地播放器和網(wǎng)絡(luò)播放器。本地播放器中，藍(lán)光機(jī)記錄的數(shù)據(jù)率是36Mbit/s，而4K需要的是87Mbit/s或者175Mbit/s，因此藍(lán)光機(jī)無(wú)法記錄4K。計(jì)算機(jī)是可以的，世界上第一批4K信號(hào)源都來(lái)自于此，但計(jì)算機(jī)顯卡必須非?？?。此外，數(shù)碼記錄器、硬盤(pán)記錄器也可以做到。接下來(lái)還面臨傳輸?shù)膯?wèn)題，目前ATSC高清廣播傳輸速率是19Mbit/s，那么不論是30Hz還是60Hz的4K內(nèi)容它都無(wú)法支持。10月3日，在美國(guó)第二版的高清電視規(guī)范已經(jīng)進(jìn)入公開(kāi)討論，這一規(guī)范就是針對(duì)4K的，可以說(shuō)4K電視廣播已經(jīng)在美國(guó)起步了。在流媒體方面，流媒體壓縮之后需要175Mbit/s的傳輸速率，光纖互聯(lián)網(wǎng)的100Mbit/s也不完全夠用，造成流媒體無(wú)法實(shí)時(shí)下載。預(yù)下載是很早就使用的方式，例如看電影之前幾個(gè)小時(shí)下載電影到硬盤(pán)上，類似如索尼公司的一款產(chǎn)品，可連到網(wǎng)絡(luò)，下載4K電影到硬盤(pán)上然后播放。

4K可以有非常好的應(yīng)用，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。

基于呂氏第一定律，4K數(shù)據(jù)率較1080p增加了4倍，首先要過(guò)半導(dǎo)體這一關(guān)，盡管可以使用光纖，但光纖傳輸器也要用半導(dǎo)體，半導(dǎo)體超過(guò)10Gbit/s的速率就會(huì)發(fā)熱，而突破這一瓶頸需要使用新技術(shù)，從而會(huì)使成本明顯提高。

基于呂氏第二定律，線材的傳輸成為問(wèn)題，銅線傳輸1080p信號(hào)可以到10米，但現(xiàn)在傳輸4K只有2.5米，因此光纖傳輸會(huì)越來(lái)越多。

總有一天這些瓶頸技術(shù)都會(huì)突破，但是如果在大多數(shù)應(yīng)用中人眼看不出4K增加的分辨率，這就造成了浪費(fèi)，還不如把增加的帶寬和容量用于其他更有用的用途。所以4K應(yīng)用場(chǎng)合的選擇非常重要。

4K到來(lái)的時(shí)候，系統(tǒng)中的每一個(gè)部件都需要升級(jí)的4K時(shí)才可以使用4K，而不是光買4K電視就行，因此對(duì)于不需要4K的應(yīng)用場(chǎng)合，就要向用戶解釋為什么他不需要4K，以維持現(xiàn)有系統(tǒng)規(guī)格。但也不必為此擔(dān)心，新技術(shù)一般都會(huì)反向兼容，所以即使系統(tǒng)中只有部分部件兼容4K，系統(tǒng)還是會(huì)工作，只是會(huì)降到所有部件都能接受的信號(hào)格式。換言之，除非整個(gè)系統(tǒng)都升級(jí)到4K，否則系統(tǒng)中的4K部件就會(huì)浪費(fèi)。

總而言之，4K的確很漂亮，對(duì)于需要4K的應(yīng)用場(chǎng)合，這是一場(chǎng)革命，對(duì)于不需要4K的應(yīng)用場(chǎng)合，這是一種浪費(fèi)。4K對(duì)于所有電子及導(dǎo)線部件，都意味著在網(wǎng)絡(luò)傳輸及儲(chǔ)存時(shí)增加了4倍的挑戰(zhàn)，好在反向兼容保證了現(xiàn)有系統(tǒng)的照常工作。因此，希望大家不要一下都跳上4K的快車，4K需要投資，但如果這種投資看不到好處，投資就變成了投毒。