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选购4K HDR电视要注意什么?

2019-8-23 19:00| 发布者: 南召修电视| 查看: 99| 评论: 0

摘要: 4K的标准,最早来自于2004年电影行业的DCI标准,后来在2012年,国际电信联盟(International Telecommunication Union,即ITU)发布了超高清电视(Ultra HDTV)的国际标准。在该标准中,对4K电视做了如下定义:水平 ...
4K的标准,最早来自于2004年电影行业的DCI标准,后来在2012年,国际电信联盟(International Telecommunication Union,即ITU)发布了超高清电视(Ultra HDTV)的国际标准。在该标准中,对4K电视做了如下定义:水平分辨率3840,垂直分辨率2160,宽高比16:9,总约830万像素。其中,水平分辨率和垂直分辨率的像素数分别是之前1080P(1920×1080)标准的2倍,面积是HDTV标准即1080P的4倍,也就是4倍的像素数,画面信息更加丰富细腻。


2013年12月31日,创维在上海正式发布国内第一台4K家庭互联网电视——酷开U1。短短的五年时间,我国4K电视获得迅速普及,市场渗透率已经逼近60%。来自中国电子视像行业协会的数据显示,到2018年年底,我国4K电视渗透率将达到58%,预计3年后将达到71%。
普通消费者在购买新电视的时候,4K几乎已经成为电视的必备参数之一。而在选购电视时,4K电视厂商为了突出自己产品的差异性和独特性,吸引消费者的目光,各种新概念、新技术、新标准铺天盖地的宣传让消费者眼花缭乱。有些技术标准确实是代表着更好的画质和更高的性能,但也有不少的技术标准其实是为了降低成本,毕竟性价比也是消费者关注的一个地方。抛开性价比,只谈谈技术、标准对画面影响的重要因素。
四色VS三色


传统的液晶电视屏幕是通过RGB(红绿蓝)三原色来调和色彩及亮度显示的。每个像素点实际上有3个RGB子像素,3个子像素分别按照信号源的信号控制亮度,就能够调制出一个像素的颜色。在4K分辨率(3840×2160)下,一幅画面一共有8.3M(M为百万单位)个像素点,每个像素有三个子像素,总共有24.9M个子像素。


而4色4K,最早由韩系厂商三星和LG采用,在RGB基础上加入一个W(white)子像素,就是白色像素,单独控制亮度,这样液晶面板的亮度控制能力更强,透光率更高,细节及对比度表现会更好,而且更节能。

(纸质版由于键盘输入错误,WRGB4K打成了WRGN4K,特此更正)
那么是不是4色4K技术就一定比3色4K技术好呢?
要知道多出来的W子像素,并不是额外制作的,而是占用了原本像素点的位置。按老老实实的布局设定,4色4K应该是一幅画面有3840×2160个像素,每个像素有4个子像素,这样硬件上就应该比3色4K多3成的像素点才是正常情况。但在厂商(主要是韩系面板)“精打细算”下,这些4色4K面板,其设定的一个像素并不是有4个子像素的。

 

部分4K液晶面板像素点、分辨率及子像素量

厂家类型

子像素排列

分辨率

子像素总数量

三星面板之

Green UHD

(RGBW)

RGBWRGBW

BWRGBWRG

1920×2160×4

1个像素点由2个子像素组成(RG/BW)

16.6M

(2.7倍FHD)

LG面板之

G+ UHD

(RGBW)

RGBWRGBWRGBW

BWRGBWRGBWRG

2880×2160×4

1个像素点由2.5个子像素组成

RGBWR

24.9M

(4倍FHD)

三色4K面板

(RGB)

RGBRGBRGBRGB

BRGBRGBRGBRG

3840×2160×3

1个像素点由3个子像素组成

RGB

24.9M

(4倍FHD)

在这种“特殊”的定义下,一个像素并不是RBGW四个子像素,而是一个像素只有2个子像素(RG像素或者BW像素),等于是把原本一个像素拆成了2个来算。这样4色4K总共的子像素总数量是3840×2160×2=16.6M,比3色4K少了8.3M,也就是少了830万个子像素,如果按照RGBW4个子像素构成一个像素的算法来算,这种4色4K实际的分辨率只有1920×2160的水平,4K标准分辨率是3840×2160,两者差距自然分晓。
还有一种是以LG为主导的4色4K面板,是5个子像素算作2个像素;其物理分辨率是2880X2160,比三星那种1920×2160要好一些,但比起4K标准分辨率3840×2160,水平方向还是短了一大截,不过子像素的总数量依然是24.9M,和传统3色4K持平。有可能厂商极力宣传其“4色4K”,但在硬件上仍然属于子像素量和普通的“3色4K”没有增加,只是把显示模式换了,具体效果就看个人喜好了。
总而言之,“4色4K”面板在实际物理分辨率上都达不到3840×2160的4K标准分辨率的要求,可以看作“伪4K”,当然话说回来,这种“伪4K”电视也许在价格上更具有诱惑力,就看消费者怎么选择了。
YUV
与我们熟知的RGB类似,YUV也是一种颜色编码方法,主要用于电视系统以及模拟视频领域,它将亮度信息(Y)与色彩信息(UV)分离,没有UV信息一样可以显示完整的图像,只不过是黑白的,这样的设计很好地解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。并且YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输,所以用YUV方式传送占用极少的频宽。
有的厂商也把YUV4:4:4作为一个卖点进行炒作,这里就YUV进行一个简单的科普。
首先YUV格式分为两大类:planar和packed。
对于planar的YUV格式,先连续存储所有像素点的Y,紧接着存储所有像素点的U,随后是所有像素点的V。对于packed的YUV格式,每个像素点的Y,U,V是连续交叉存储的。
YUV分为三个分量,“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰度值;而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色。


YUV码流的存储格式与其采样的方式密切相关,主流的采样方式有三种:“YUV4:4:4”、“YUV4:2:2”、“YUV4:2:0”;其详细原理这里就不一一介绍了,下面分别用三个图直观地表示“YUV4:4:4”、“YUV4:2:2”、“YUV4:2:0”如何根据其采样格式来从码流中还原每个像素点的YUV值。只有正确地还原了每个像素点的YUV值,才能通过YUV与RGB的转换公式提取出每个像素点的RGB值,然后显示出来。
其中黑点表示采样该像素点的Y分量,空心圆圈表示采用该像素点的UV分量。

如图所示,在YUV 4:4:4采样中,每一个Y对应一组UV分量;YUV 4:2:2采样中,每两个Y共用一组UV分量;YUV 4:2:0采样中,每四个Y共用一组UV分量。另外除了4:4:4,常见的还有4:2:2、4:2:0、4:1:1三种采样格式。
可以看出YUV 4:4:4像素点采集最为全面,也就是说4:4:4的信号是无损的,信息更加丰富,画面色彩更好。不过这种采样对存储空间及传输带宽要求也是非常高。其他三种方式是为了节约带宽和存储空间,对色彩进行了压缩;有的厂商为了降低成本会相应地选择其他几种方式。
不过从片源(信号源)上讲,因为4:4:4信号数据量实在太大,存储及传输成本都很高。实际上通过蓝光光盘、网络下载、机顶盒、各种网络盒子,得到的片源都是经过压缩的,而且大部分是4:2:0、4:1:1的方式压缩的,4:2:2的片源都是很少见。支持YUV4:4:4的电视机在播放这类片源时并没有太大意义。
但是如果要玩游戏的话,将电视机作为主屏,不管是从电脑、PS4、Xbox One、甚至机顶盒里面的游戏APP,这些本地生成的视频信号,大部分都支持以YUV4:4:4方式传送,如果用支持YUV4:4:4的电视来显示,带来的画面、色彩,及文字显示的提升是非常明显的。并且随着移动5G以及带宽的提升,在网络上收看高容量的片源也不是不可能的事。
有人也许会问:“为什么要用YUV编码,而不是干脆直接用RGB编码?”。因为YUV的压缩方式,比起RGB有先天优势,就是可以把轮廓和色彩的信息分开,只压缩色彩,不影响轮廓。Y信号就是Luma,代表的是亮度信息,直观来看就是轮廓。
无论是4:2:2或者4:2:0还是4:1:1,亮度Y对应的都是4,也就是说不会对保存轮廓信息的Y信号进行有损压缩。而压缩的都是色彩信息,即U和V信号,这样就非常不容易看出画质损失。RGB压缩三原色的信号更容易影响轮廓清晰度,相比之下,YUV只压缩色彩,不影响轮廓清晰度,是一种非常好的压缩方式。
HDR
关于HDR,也就是高动态范围(High-Dynamic Range),本版也讲解了一些概念性知识,随着越来越多的拍摄设备及片源使用了10bit甚至更高的编码;而HDR编码格式包括了HDR10/10+,Dolby Vision,HLG和Technicolor HDR;其内容可以用一种或多种格式编码。

支持HDR的电视的品牌/型号决定了它兼容的格式。比如HLG标准由英国BBC和日本NHK电视台联合开发的,最大的特点就是所广播的单独信号流可以同时兼容HDR和非HDR电视。而PS4 PRO和XBOX One X这两款游戏主机仅支持HDR 10标准。最后是4K UHD蓝光影碟则基本上都支持HDR 10格式,还有一小部分支持杜比视界(Dolby Vision)。

规范的厂商都会明确标注产品所支持的HDR标准


三星,索尼,海信,夏普,飞利浦等品牌都展示了自己的HDR电视支持HDR 10标准;而LG电子则同时支持HDR 10和Dolby Vision两种标准。国产的大品牌也会注明自家产品相对的HDR标准,而一些低价位(2000元以下)的“伪HDR”4K电视则是含糊其辞地表示支持HDR,这种情况就要当心。

这种仅表示“支持HDR”的说明就需要小心了


检测是否兼容“4K HDR”最简单的方式:直接连上XBOX ONE X或者PS4 PRO根据相应的提示就知道了。
如果电视无法检测到兼容的HDR格式,它将显示没有HDR提升的图像。SDR到HDR处理:与电视高分辨率显示低分辨率视频信号以匹配电视的显示分辨率类似,SDR的视频到具有HDR功能的电视上可以分析SDR信号的对比度和亮度信息并提升对比度范围这样就近似了HDR的质量。

并非所有具有HDR的电视都是可以提升SDR


支持HDR的电视能够显示HDR的效果取决于电视的最大亮度。这称为峰值亮度,以Nits为单位进行测量。
比如说,以Dolby Vision HDR格式编码的内容可以在最暗的白色和最白的白色之间提供4000Nits的范围。很少有HDR电视可以达到如此的亮度,目前的能支持1000Nits的HDR电视已经越来越多了。但大多数HDR电视都还达不到这个。OLED HDR电视最大可达750-800Nits,许多低端LED/LCD HDR电视可能低至500Nits。并且根据发光原理OLED电视可以显示绝对黑色,但LED/LCD电视则不能。
当电视检测到HDR信号但无法发出足够的亮度以显示其全部范围时,它将采用色调映射的方式以最佳地匹配HDR内容的动态范围与电视自身的亮度输出能力。
其他影响


HDR是指在电视屏幕上显示的扩展亮度和对比度范围,因此HDR与分辨率无关,这表示HDR的应用不会改变基础视频分辨率,HDR是在4K之上实现的,而不是代替它。由于其对亮度和对比度的影响,HDR还增强了色彩,所以可以在任何屏幕尺寸上看到SDR和HDR之间的视觉差异。
另外,由于亮度输出能力的不同,同一信号HDR效果可能在不同电视之间看起来有不同效果。可以这么说:所有HDR电视都是4K电视,但并非所有4K电视都是HDR电视。并非所有HDR电视都具有SDR到HDR处理功能。购买具有HDR功能的电视时,除了考虑兼容HDR10/10+,Dolby Vision和HLG格式外,还要考虑到电视的峰值亮度,这对HDR的范围影响十分重要。
接口方面
接口起到传输信号的作用,就目前来讲单一从网络上接收大量的高清信号的时候不多,更多的时候还是借助蓝光光碟或者游戏机,这时候接口的带宽就显得非常重要了。
HDMI
首先是HDMI接口,它有好几代标准:1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,2.0a,2.0b,目前2.0a是位宽最宽的标准,可以达到18G。相较于老旧的SDR,HDR需要更多的数据量来存储亮度信息。在4k分辨率下的4k HDR片源,比2k HDR片源,传输带宽的要求也提升了4倍,需要更高的传输带宽。同样包括YUV4:4:4,10bit这些改善画面的技术规格,都是对传输接口的带宽有更高要求的。
DP(DisplayPort)接口

一般只有高端的竞技显示器才会有HDMI和DP接口并存的情况

假如遇上4k HDR60Hz 10bit的信号源,并且还是YUV4:4:4的,就算是最快的HDMI 2.0a线都抗不住了,其信号数据量太大会导致线路塞车,为了保证正常运行,信号源会自动降低颜色深度到8bit甚至更低。那么这种情况就需要DisplayPort 接口的数据线,因为HDMI接口速度已经跟不上了。

Signal

Color Depth

bit

HDMI1.4

HDMI2.0

Level C

Level B

Level A

4096/60p

YUV 4:2:2

12

No

No

Yes

3840/60p

4096/50p

YUV 4:4:4

8

No

No

Yes

3840/50p

4096/30p

YUV 4:4:4

12

No

No

Yes

4096/60p

YUV 4:2:0

8

No

Yes

Yes

3840/60p

4096/50p

YUV 4:2:0

8

No

Yes

Yes

3840/50p

4096/24p

YUV 4:4:4

8

Yes

Yes

Yes

YUV 4:2:2

10

3840/30p

YUV 4:4:4

8

Yes

Yes

Yes

YUV 4:2:2

10

有的厂商要么没有HDMI 2.0接口,要么用1.4甚至更低速的接口;而目前已知的具有DP接口的4K电视只有松下的AX800C这款产品,这还是差不多2017年的产品了。出于各种各样的原因和考虑,基本没有厂商把DP接口加入到新产品中。但是从PS4、Xbox或者高配PC主机来讲,真正要享受4:4:4 60p的 高规格4k HDR画面,还只有一个选择。
总结
本文单从参数角度讲解了一些东西,实际在选购电视时大家还是注重性价比,也不是说一些节约成本的技术性东西就不好,只是其中几个概念让大家明白清楚,做到明明白白的消费,不一定某些参数非要达到业内顶尖水准才购买,根据自己的需求选择合适的产品。

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