[ 摘 要 ] 影視傳播最本質的功能及目的，就在于為消費者提供“視聽”感官體驗式的服務，脫離了這些，其產品的升級和突破將失去意義。本文運用《數字電路基礎》知識，對目前影視業傳播與制作的熱點 —— 4K，從其標準和圖像技術發展方向進行分析和論述，以提高人們的關注和了解。
[ 關鍵詞 ] 全高清FHD、超高清UHD、4K超高清、圖像技術發展方向。
一．4K在路上
時間都去那兒了，轉眼間已是乙未羊年艷陽高照的七月。半年來，國內在傳媒與制作領域，最受關注的莫過于中央電視臺和江蘇省廣播電視總臺利用4K超高清現場轉播系統，完成了《中央臺2015年4K超高清春節聯歡晚會》和《江蘇衛視2015年4K超高清新年演唱會》的直播，這兩場晚會的系統，與索尼在巴西世界杯上三場4K直播所使用的系統基本相同。
隨后就要數今年三月的CCBN（中國國際廣播電視信息網絡展覽會），4K成了眾多廠商必爭之地，索尼、松下、新奧特、集成世紀等廠家都推出了4K相關產品，整個展會從4K前期現場制作、后期制作、端到端（從采集到存儲/監看）、到多種行業的應用等解決方案，可講是應有盡有、包羅萬象……。
2014年之前，在傳媒與制作領域主要是一些OTT（業務的提供者勿需擁有自己的物理網絡，可直接在運營商的互聯網物理網絡上運營的一種業務）和衛星電視提供商推出少許的4K節目服務；還有一些4K節目，是以HD（高清）格式分發的；盡管體量不大，但增加了人們對4K的了解和需求，從而出現了規模有限的4K傳播與制作市場。
如今，對于真正需要4K進行制作和服務的媒介組織（如電視臺、租賃公司等）來講，則必須要購買大畫幅成像器材和4K攝像機了……。
二．4K相關的概念及解讀
目前，業內有些人士一提到最新一代超高清（Ultra High Definition；簡寫UHD），便是4K及其分辨率如何如何。
實際上，最新一代超高清標準的規范是ITU-RRecommendation BT.2020，有4K和8K兩種格式。因此超高清并不完全等同于4K及其分辨率。
而上一代全高清（Full High Definition；簡寫FHD）標準的規范是ITU-R Recommendations BT.709，似于2K格式。而最新一代超高清標準的規范是ITU-RRecommendation BT.2020，有4K和8K兩種格式。因此，超高清并不完全等同于4K及其分辨率。
在4K超高清標準規范中，有分辨率（resolution），幀頻（frames per second）、顏色深度（Color Depth）、沉浸式的音視頻體驗（Immersive Experience）等四個主要指標，都遠遠高于上一代全高清（Full High Definition；簡寫FHD）標準指標。
1．分辨率相關的Ppi、Pixel及屏幕
（1）Ppi是圖像分辨率的單位，是英文Pixels per inch的縮寫，其意是“每英寸所擁有的Pixel（像素）數”。因此，要提高Ppi，一是縮少屏幕的尺寸，二是提高屏幕的分辨率。一旦確定了Ppi，大屏幕（60寸以上）即可實現和小屏幕（20寸以下）一樣近距離觀看，當然節目源也將改變。
如今，人們在描述屏幕時有兩種方法，一是多少英寸（對角線），二是多高分辨率。若要計算分辨率960×640屏幕的Ppi，可由勾股定理算出對角線的像素數，再除以3.5得出。
（2）Pixel是由 Picture（圖像）和 Element（元素）兩個單詞組成，簡稱“像素”或“圖素”。像素是個計算單位，它組成了圖像的分辨率。分辨率與像素又成正比關系，分辨率越高，像素也就越多。因此，分辨率又被稱為圖像密度。
（3）視覺及視網膜屏幕
每個人的視覺水平及分辨率都不一樣，都是有限的，正常人能分辨出的最大分辨率為300 Ppi，超過這個值，也看不出差別，也就是說尺寸相同的300 Ppi和600 Ppi兩幅圖像，人眼觀看的效果是一樣的。這也是全球沖印設備最高分辨率為300 Ppi的原因所在。一般情況下，當圖像達到200 Ppi時，其效果大家都能滿意。
視網膜屏幕，是喬布斯在2010年iPhone 4發布會上提出的，其定義是：“當屏幕距離你10～12英寸（約25～30cm）時，屏幕分辨率只要達到300 Ppi以上，你的視網膜就無法分辨出像素點了，超過300 Ppi的屏幕都可稱為視網膜屏幕。”
（4）4K及K
4K原指電視系統。“是以更大屏幕、不損失圖像細膩度、更高分辨率、可以坐得更近、并擁有更大的觀賞視角、達到沉浸式的視音頻體驗、類似于高大上IMAX（Image Maxium：圖像最大化）電影那種身臨其境的真實直觀享受的電視系統。”
如今的4K已不單指電視系統，它涉及到影視傳媒業所有的視音頻系統，從圖一可以看出，4K與720p圖像的Ppi相同，因而4K可實現近距離觀看大屏幕影視節目和大幅圖片。
K是《數字電路》及《計算機工程》一個計算單位，圖像信號數字化后，就成了數據，在計算機語言中，數據傳輸是以bit（位）為單位，用2進制表示，2的10次方是1024，為一個計算單位，簡稱1K。
因此，多少K的圖像，就用多少直接乘以1024就行了，4K的圖像是由4096×2160個像素數構成，其中4096表示水平方向的像素數，2160表示垂直方向的像素數。
在具體的影視圖像節目傳播與制作中，人們還要根據畫幅寬高比的不同要求，對圖像畫面水平方向或垂直方向的像素數進行調整計算，因此同樣是2K或4K的影視圖像畫面，具體的像素數或分辨率不一樣，也屬正常。
2．超高清幀頻
（1）幀（Frames Per Second，fps）及幀數
幀是影視圖像中最小單位的單幅畫面，相當于電影膠片上的每一格鏡頭。一幀就是一副靜止的畫面，連續的幀就形成動畫，快速連續地顯示幀便形成了運動圖像的假象。
幀數是1秒鐘時間里傳輸的圖片數量，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新次數。每秒幀數越多，則顯示的動作圖像就會越流暢、越逼真。
（2）幀頻
幀頻是每秒鐘傳送整幅電視圖像的幀數。隔行掃描（Interlace）時，一幀圖像分兩場掃描，故幀頻為場頻的一半。按照我國電視標準，幀頻為25赫，即每秒鐘可傳送25幀圖像。
在電影、電視以及計算機圖像顯示中，幀頻是指每秒鐘放映或顯示的幀或圖像的數量。
當然，幀頻還有一個更為重要的功能，就是用于電影、電視或網絡視頻中圖像信號與音頻信號的同步。
（3）全幀
全幀就是無損格式的視頻，以我國電視標準為例，每秒的畫面有25幀的靜幀構成（美國是每秒29.97幀）。全幀就是每秒的25幀畫面都在，沒有被抽走。25幀中被抽走幾幀的情形稱為壓縮，如互聯網上WMV視頻文件，每秒畫面只有15幀，也就是說每秒被抽走了10幀。
（4）逐行掃描及超高清幀頻
全高清標準支持的幀頻包括隔行掃描和逐行掃描（Progressive）兩種模式。隔行掃描就像百葉窗，是不完整的圖像，由兩次掃描來顯示一幅完整的圖像；而逐行掃描是由一次掃描來顯示一幅完整的圖像。
全高清支持的最高幀頻有：p24，p25/p50，p30/p60，p24/1.001=23.976，p30/1.001=29.97，p60/1.001=59.94等。
而超高清標準去掉了低端的隔行掃描模式，又在逐行掃描模式中確定了更高標準的幀頻，有：p100，p120，p120/1.001=119.88等。這些更高的幀頻可以更細膩地表達快速變換的運動圖像場景。
3．顏色深度
（1）顏色深度簡單說就是最多支持多少種顏色。用“位”來描述，又稱色深位。
（2）顏色深度是一個調色板，它決定了屏幕上每個像素點能支持多少種顏色。由于顯示器中每一個像素都由紅綠藍（RGB）三原色組成，像素的亮度也由三原色控制，當三原色都為最大值時，像素就為白色。每一原色使用比特數多少，就決定了色深位數多少，色深位數越多，顏色種類就越多，所顯示的畫面色彩就越逼真。但是當顏色深度增加時，也加大了圖形加速卡所要計算和處理的數據量，從而增添了系統平臺建設的難度。
（3）全高清支持的顏色深度為8-bits和10-bits，是指紅綠藍（RGB）三原色的每一種可以使用多少個比特，當8-bits時即3×8=24bits可以表達16.78M種顏色；10-bits時即3×10=30bits可以表達1.073B種顏色。
（4）超高清支持的顏色深度為10-bits和12-bits，當12-bits時即可以表達68.71B種顏色，超高清比全高清支持更豐富的顏色范圍及顏色深度。從圖二的顏色空間圖可看出，最外圈的曲線表達了人眼能夠識別的色彩空間；最內的三角形是全高清能支持的顏色空間；較大的那個三角形是超高清能支持的顏色空間。
4．沉浸式的音視頻
（1）全高清的音頻標準為Dolby Digital AC-3，簡稱AC-3，支持5.1聲道，是杜比公司開發的家庭影院多聲道數字音頻系統。但杜比定向邏輯系統是一個模擬系統，它的四個聲道是從編碼后的兩個聲道分解出來的，難免有分離度不佳、信噪比不高，缺乏環繞聲的立體感，且環繞聲的頻帶較窄。
（2）超高清支持多種帶寬的音頻編碼，目前配置的Dolby Digital Plus音頻標準，由于具體運用環境不同，有三種不同的名稱：EC-3、DD+、Enhanced AC-3，EC-3應用較為普遍。
EC-3是DVD/BlueRay（藍光格式）的音頻標準Dolby Digital（AC-3）的增強版，解決了AC-3存在的問題，并新增2個聲道，聲道總數達到了7.1個，就是7個方向的聲音加一個低音炮，如圖三所示。
5．小結
綜上超高清四個主要指標來看，4K超高清系統平臺的建設并非容易，因而人們本著“按照需求，合理建設、逐級跟進”的原則，約定俗成了4K超高清平臺建設高中低三個門檻及級別。
（1）入門級，初期建設，為4K p30/8-bits配置，在相關帶寬比較緊張的廣播或網絡傳輸信道中應用。
（2）標配級，中期建設，為4K p60/10-bits配置，在相關帶寬比較富裕的信道或者存貯介質中應用。
（3）高配級，終期建設，為4K p120/12-bits配置，在相關的內容制作中心或體育節目中應用。
實際上，4K超高清帶給人們的最大享受，不只是可以看到更大屏幕和不損失圖像細膩度（及分辨率），而是因為更高分辨率的緣故可以讓人們坐得更近，聽得更細膩，達到身臨其境的真實直觀享受。
三．電視和電影的4K標準是不同的
目前，全球4K標準的應用有兩大類，一類是4K數字電視；一類是4K數字電影。由于應用環境不同，兩類標準有所不同，但可以通過轉碼技術，進行相互的交流和應用，最終的發展將趨于大同。
1．4K數字電視
隨著數字電路及技術的不斷發展，數字電視行業標準先后經過了四個階段：
（1）Low Definition Television（低清晰度電視）階段，簡稱LDTV，目前很少應用，如VCD影碟機。
（2）Standard Definition Television（標準清晰度電視）階段，簡稱SDTV，目前還有應用，如DVD影碟機。
（3）High Definition Television（高清晰度電視）階段，簡稱HDTV，目前正在普及，如EVD影碟機。
（4）Ultra HDTV（超高清晰度電視）階段，利用大數據進行推送。目前Ultra HDTV有4K Ultra HDTV和8K Ultra HDTV兩種格式，簡稱4K和8K，4K只是Ultra HDTV標準中的一種，見表一。
2．4K數字電影
數字電影行業標準從系統圖像清晰度來分有0.8K、1.3K、2K、4K四種格式，也稱四個階段：
（1）0.8K階段，圖像達1024×768=78.6萬像素，為鄉村級標準，用于鄉村電影放映，目前應用很少。
（2）1.3K階段，圖像達1280×1024=131萬像素，為國家級標準，用于城市電影放映，目前還有應用。
（3）2K階段，圖像達2048×1080 =221萬像素，為國際級標準，用于城市電影放映，目前正在普及。
（4）4K階段，是目前數字影院是最高端，國內外大城市已有應用，其放映效果，只有在20米以上的寬銀幕上才能看出與2K系統（設備）的差別。目前的4K電影，都做了2K的同步制作。也就是說4K拍攝的節目2K都有。
由于影院標準頒布和認證機構不同，4K影院標準的圖像分辨率等又有四種表達方式，見表二。
3．4K影視標準與頒布/認證組織
早在2003年，美國電影界的7大電影公司（迪斯尼、二十世紀福克斯、米高梅、索尼娛樂、環球、華納兄弟等）共同設立的電影創新DCI（數字影院創導組織），就制定了4K超高清電影標準，并規定為好萊塢新一代大片標準。
2004年DCI向SMPTE（美國電視電影工程師協會）提交請求，并得到了SMPTE下屬組織DC28的認證。
如今，超高清和標清、高清、全高清等影視標準一樣，已成為全球性的國際標準，如表三所示。
四．影視圖像技術指標的變化和發展
從表一和表二可以看出，全球數字影視標準頒布/認證及相關格式及顯示模式可分為D1～D5、2K、4K、8K八種，這八種格式函蓋了數字影視圖像從標清到全高清再到超高清的發展的全過程及技術發展方向。
D1格式：又稱480i顯示模式，與模擬電視清晰度相同。
D2格式：又稱480p顯示模式，與逐行掃描的DVD光盤規格相同。
D3格式：又稱1080i顯示模式，是HDTV的基本格式，兼容720p格式的播放。
D4格式：又稱720p顯示模式。
D5格式：又稱1080p顯示模式，普遍應用于影視制作。電視臺發送的1080i和720p電視信號都是由1080p信號源轉換播出的。1080p是一個事實上存在的專業格式標準，不是民用領域使用的標準。
2K格式：又稱數字2K，是目前數字影視圖像常規的標準格式。
4K格式：是一種新興的數字影視及數字圖像的解析度標準。它不同于我們在家里看的1080p高清電視，也不同于傳統數字影院的2K格式，而是具有超精細畫面有格式。
簡單比喻一下，在家里看到的HDTV是1920×1080的207萬像素的畫面，而在傳統數字影院里看到的是2048×1080的221萬像素的畫面，在4K格式影院里，則能看到4096×2160的885萬像素的超高清晰畫面。
4K格式的分辨率是D4格式（高清）的8倍、D5格式（全高清）的4倍，其芯片能解碼同等分辨率的片源，并向下兼容D5格式（全高清）。
不過，4K格式像素多的優勢，在小尺寸屏幕上是體現不了的，在正常的觀看距離（看電視），人眼是無法分辨出4K和1080p。這是因為人眼對于小尺寸屏幕上的圖像質量是沒有多大的區別。
一般說來，低清的VCD圖像與標清的DVD圖像，在7英寸以上的屏幕上才能區別出來；標清與高清圖像，在19英寸以上的屏幕上才能區別出來；高清與全高清圖像，要在47英寸以上的屏幕上才能區別出來；全高清與超高清圖像，要在60英寸以上屏幕上才能區別出來。
從全球影視業的交流/應用和技術發展來看，各類技術指標，如：分辨率/清晰度、圖像寬高比、顯示模式等將趨勢于統一，如圖四所示。
五．4K普及需要解決的問題還很多
隨著4K電視的銷量的增加，更多的系列/品牌產品豐富著4K電視的產業鏈。但4K電視市場份額的提升速度并沒有與價格下降的速度所持平。在4K影視普及的道路上，除了系列/品牌產品和片源，需要解決的問題還很多。
1．大屏4K電視機價格過高
近年來，4K電視機的屏幕不知不覺已經超過了60英寸，110英寸的也面世了。當然，市場上也有一些低價的4K電視機型，但這些多為小尺寸機型，在顯示效果上其實并不能完全體現出4K超高清分辨率的水平。因此，面對大屏4K機型，人們的第一感覺就是貴。如：索尼65英寸4K電視KD-65X9000A目前特價22999元（兩年前34499元），三星55英寸4K電視UA55F9000AJXXZ目前特價15499元（兩年前29999元），創維50英寸4K電視50E8EUD目前特價4899元（兩年前也在萬元左右）。雖然大屏4K電視在價格上每個月都有不同程度的下滑，但依舊比同品牌、同尺寸的全高清電視價格高很多。這將成為4K電視普及之路上的第一道屏障。
2．技術先進并不代表普及和應用
電視機和手機不同，7至8年的使用期，因此電視應當追求高畫質、高音質，確保用戶在幾年之內都不會因產品過時而更換電視機。盡管如此，人們仍然有理由對技術表示懷疑，自從高清電視機的銷售在過去10年達到最高潮以來，電視機生產商們一直試圖讓價格和利潤率無情下滑的速度放慢下來，它們紛紛推出帶有3D顯示或網絡接口的高端智能機型。如今，這些技術已經成了主流電視機的必備性能，但又沒有多大用途，也沒有逆轉電視機價格下滑的趨勢。
在目前有線電視傳輸平臺中，高清電視頻道只有十多個，收視費用比普通數字電視價格要高。市場上不少廠商都推出了4K電視，但4K影視的電視頻道及其服務都還沒有跟上。
一部4K影片的數據量都在100GB以上，之前承載高清電影的藍光光盤無法較好的存放4K內容，而當我們擁有4K電視后，用哪種載體存放4K影片？而又用哪種播放器能夠很好的解碼4K影片，這些也都成為了擺在4K電視面前的難題。雖然我們也不時看到過一些解決方案，但對于廣大的消費者來說4K電視還有些遙遠，因為科技含量提升，智能水平提高，并不代表實實在在的應用。
3．廣播影視行業支持力度不夠
4K電視的普及對廣播影視行業來講，可講是缺乏動力。這是因為廣播影視行業需要完成對4K節目的錄制、編輯處理、傳播等多個方面工作，而這些工作都需要相關的4K設備來支持，只要明白4K所帶來的視頻數據量是全高清的4倍，那就必須更新制播網絡硬、軟件等設備和設施。還必須考慮如何才能承受4K分配和4K廣播等大問題。而這些問題不是有錢就能解決的，有些還需要相關的人材及知識儲備。
4．4K節目的傳輸是一個難題
近期我們經常看到，某某電視臺使用4K超高清技術直播了一場英超比賽等等消息，或許拍攝的設備問題好解決，而如何傳輸到觀眾的家中，是一件非常麻煩的事情。
目前國外4K電視臺支持的4K節目傳輸的方式，是先將4K內容拆分成4個獨立的內容，并由4個不同的通道進行傳輸，到接受端之后再進行匯合。而對于國內來說，高清信號傳輸的問題才剛剛勉強得以解決，想要普及4K，談何容易。
當然也可用寬帶網絡傳送，由于4K自適應碼率碼流一般要求10-20Mb/s帶寬，因此單純從網速來看，15Mb/s上下最可能支撐此碼流。若大家都在用寬帶網絡傳送，高峰期的帶寬要求誰也不知如何承受。
六．4K將成為影視業的主流
如今的4K，已不是一個概念詞匯，也不僅是一系列產品的代名詞，而是整個電子行業的新一代核心標準，它將帶動符合該標準的一系列硬、軟件產品源源不斷地出現，讓生產廠商有規可循。
隨著家庭客廳電視的屏幕越來越大，4K電視機數量將顯著增長，4K影視之門也將隨之打開，未來影視制作領域對4K設備的關注也將持續升溫，其技術在新一代影視系統的應用會越來越廣泛。從這個意義上來說，4K電視將成為未來電視發展的新趨勢。這將至使廣大的消費者在更換（選擇）電視機時，朝著更大的屏幕、更高的清晰度方面發展。
可以預見，一個更逼真、更完整、全新的視聽時代，其展現方式將會給影視傳媒業的發展帶來新的契機和挑戰，4K將成為影視業的主流，成為當代人們消費的時尚。
參考資料
《4K超高清電視選購標準》中國電子商會、國家廣播電視產品質量監督檢驗中心、TCL（2013年5月）
《超高清顯示認證技術規范》國家廣播電視產品質檢中心、中國電子商會（2014年4月）
《4K超高清電視色彩性能評價規范》國家廣播電視產品質檢中心、中國電子商會（2015年4月）
《4K超高清藍光光盤標準》藍光光盤協會 —— BDA（2015年5月）