李衛(wèi)祖

(上海東方傳媒集團(tuán)有限公司,上海 200041)

探討4K技術(shù)在電視中的應(yīng)用和原理

李衛(wèi)祖

(上海東方傳媒集團(tuán)有限公司,上海 200041)

近年來,雖然電腦的普及程度已經(jīng)很高了,但它還是沒能取代電視產(chǎn)品作為家庭娛樂中心的地位。隨著生活水平的提高,人們對(duì)電視產(chǎn)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(fèi)者的這種需求,科技人員研發(fā)了4k技術(shù)。本文主要探討了4K技術(shù)在電視中的工作原理以及相對(duì)于傳統(tǒng)顯示技術(shù)的特點(diǎn),最后,對(duì)4K技術(shù)的未來發(fā)展做了展望。

4K技術(shù) 原理 應(yīng)用 分辨率

4K技術(shù)是指使電視屏幕的物理分辨率達(dá)到4Kx2K，清晰度達(dá)到全高清1080P電視四倍的技術(shù)，它是在消費(fèi)者對(duì)電視的清晰度要求越來越高的時(shí)代背景下被提出來的。廣播電視清晰度的發(fā)展經(jīng)歷了模擬電視、數(shù)字標(biāo)清電視、HD高清電視、FHD高清電視和4K超高清電視五個(gè)階段。4K超高清電視主要運(yùn)用4K技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)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(jié)目的畫質(zhì)，使觀看者如同身臨其境，有著更強(qiáng)的視覺沖擊和娛樂效果。

1 4K技術(shù)的原理

4K技術(shù)的基本原理是通過超高清4K×2K解碼芯片，實(shí)現(xiàn)超高清信號(hào)從輸入、解碼到顯示的全程超高清處理，從而將內(nèi)部圖像信號(hào)細(xì)膩、穩(wěn)定、流暢地顯示在UHD超高清顯示屏上，真正達(dá)到無損解碼和全程點(diǎn)對(duì)點(diǎn)顯示的效果。因?yàn)镾NOY是4K技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)，其4K產(chǎn)品的發(fā)展已經(jīng)可以代表著4K技術(shù)的發(fā)展，下面我們結(jié)合索尼4K投影技術(shù)，具體地對(duì)4K技術(shù)進(jìn)行分析。

高分辨率是索尼4K投影技術(shù)的特點(diǎn)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(diǎn)的大小要比2K分辨率投影系統(tǒng)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(zhì)量和高精度的。

高對(duì)比度是索尼4K投影技術(shù)的另一特點(diǎn)，其對(duì)比度高達(dá)4000：1。高對(duì)比度是通過“垂直排列液晶”系統(tǒng)和“超細(xì)液晶單元間隙”來實(shí)現(xiàn)的。高對(duì)比度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于顯示絕對(duì)黑色的能力，即有效阻擋光源的能力。所有的液晶顯示設(shè)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(shè)備中，電場施加在液晶單元縫隙之間時(shí)即產(chǎn)生黑色。垂直排列液晶系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)典型液晶顯示設(shè)備因?qū)蚰さ挠绊懚a(chǎn)生光線泄露的問題，它在沒有施加電場時(shí)顯示黑色，其準(zhǔn)確的分子排列和光線排列使其黑色顯示更加純正，從而實(shí)現(xiàn)了高對(duì)比度的效果。超薄液晶單元間隙技術(shù)是通過創(chuàng)新的平面化技術(shù)和先進(jìn)的硅片安裝工藝來實(shí)現(xiàn)小于兩微米的液晶極小單元間隙的。同時(shí)，它還采用了無間隔的結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)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(diǎn)，提高了圖像的對(duì)比度。

當(dāng)前的液晶電視一般是采用冷陰極熒光管技術(shù)(CCFL)背光源，該技術(shù)成熟、壽命長，缺點(diǎn)是色域小，且材料中含汞，不利于環(huán)保，還有就是存在漏光現(xiàn)象。為了應(yīng)對(duì)以上問題，現(xiàn)在各大廠商推出了各種改進(jìn)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(yīng)對(duì)以上問題最終方法是LED背光源系統(tǒng)，它具有更好的色彩表現(xiàn)，對(duì)比度達(dá)到10000：1，壽命更長，更環(huán)保。但是當(dāng)前此技術(shù)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，現(xiàn)在折中的方法是使用RGBLED背光源技術(shù)，其較真正的白色LED技術(shù)有一定差距，但是可以在成本和顯像質(zhì)量上取得平衡，是下一步背光源系統(tǒng)的改進(jìn)方向。

2 4K技術(shù)顯示系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

2.1 分辨率高畫質(zhì)精細(xì)

4K平板電視給人的直觀感覺就比傳統(tǒng)1080P全高清的機(jī)型畫質(zhì)更加精細(xì)，畫質(zhì)的精細(xì)程度與兩個(gè)因素有關(guān)，首先，當(dāng)然是畫面的像素，另外一個(gè)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(xì)，晶格較小，因此畫面會(huì)更加清晰。另一方面，人的眼睛對(duì)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(shí)候，人的眼睛就可以識(shí)別更多的細(xì)節(jié)和層次，使畫面看起來更加精細(xì)。

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

2.2 視頻信號(hào)采用12BIT編碼

目前國內(nèi)多數(shù)的高清或者是全高清的視頻系統(tǒng)都采用8BIT，而4K技術(shù)則采用10BIT甚至達(dá)到12BIT，因此，4K技術(shù)不管是在色深層次的表現(xiàn)還是在灰階層次的過度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了高清系統(tǒng)。

但是，這里面出現(xiàn)的問題是，目前的8BIT信號(hào)源設(shè)備將不能處理10BIT甚至12BIT的視頻信號(hào)。同時(shí)以往8BIT的畫面的校正圖案也不能滿足4K技術(shù)了，因?yàn)槠錁?biāo)準(zhǔn)峰值和標(biāo)準(zhǔn)黑位的取值也不相同。比如說，10BIT的視頻有效信號(hào)范圍是64—940，而8BIT卻是256—3760。另外，目前的相關(guān)的很多設(shè)備也不能滿足4K技術(shù)，需要全面的升級(jí)，這些在4K的普及上會(huì)造成一定的阻礙。

2.3 增強(qiáng)了3D畫面表現(xiàn)

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(jī)和平板電視都包含了3D顯示的功能。一般來說，顯示技術(shù)有2種，即主動(dòng)式快門3D眼鏡技術(shù)和被動(dòng)式3D眼睛技術(shù)。就目前的市場銷售情況來看，主動(dòng)式快門3D眼鏡技術(shù)由于可以實(shí)現(xiàn)左右眼同時(shí)達(dá)到全高清的分辨率，因此占據(jù)了較大的市場，而被動(dòng)式3D眼鏡技術(shù)則不能實(shí)現(xiàn)。但是，被動(dòng)式也有其自己的優(yōu)點(diǎn)，如不會(huì)出現(xiàn)左右眼串?dāng)_、畫面不閃爍、眼鏡佩戴舒適等都是主動(dòng)式不能比的也同樣有其存在的價(jià)值。

最早的3D電視都采用的是被動(dòng)式3D眼鏡技術(shù)，在4K出現(xiàn)后，被動(dòng)3D眼鏡技術(shù)也可以達(dá)到左右眼同時(shí)全高清，其效果和主動(dòng)式3D眼鏡技術(shù)不相上下，同時(shí)具有被動(dòng)式3D眼鏡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，這就大大地體現(xiàn)了4K技術(shù)在3D顯示上的優(yōu)勢所在。

3 4K技術(shù)的發(fā)展及展望

4K技術(shù)和顯示設(shè)備一樣，都是朝著精細(xì)化的方向發(fā)展的。在發(fā)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(fù)雜，真正的4K電視節(jié)目其實(shí)并不多，這給4K電視的推廣增添了很大的阻力。其次，配套設(shè)施和相關(guān)產(chǎn)業(yè)還沒形成。4K技術(shù)要能揚(yáng)帆起航，這個(gè)問題必須解決，但在短時(shí)間內(nèi)很難將其解決。

4k技術(shù)的推廣，除了依托于各類4K顯示設(shè)備帶來的完美視覺體驗(yàn)外，更重要的是應(yīng)該讓更多的消費(fèi)者看到4K視頻。因?yàn)閷?duì)于一般消費(fèi)者來說，他們承受不起4K電視機(jī)和4K投影儀昂貴的價(jià)格。因此，如何改進(jìn)壓縮技術(shù)，使得4K視頻能在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，這是4K技術(shù)發(fā)展的趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，4K技術(shù)有著較好的發(fā)展前景，但目前4K電視市場缺乏統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，市場上的4K電視產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。因此，我們應(yīng)該在推廣4K技術(shù)的同時(shí)，統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)4K電視產(chǎn)業(yè)的又好又快發(fā)展。

[1]張儀.異軍突起的4K電視.衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2013(11).

[2]王春樸,黃徐霞.4K電視發(fā)展展望及制作實(shí)踐.視聽界:廣播電視技術(shù),2013(3).

[3]張成功.LED背光源驅(qū)動(dòng)及光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D].中國海洋大學(xué)學(xué)位論文,2009.

[4]劉敬偉,王剛,馬麗,等.大尺寸液晶電視用LED背光源的設(shè)計(jì)與制作[J].液晶與顯示,2006,21(5):539-544.