[ 摘 要 ] 影视传播最本质的功能及目的，就在于为消费者提供“视听”感官体验式的服务，脱离了这些，其产品的升级和突破将失去意义。本文运用《数字电路基础》知识，对目前影视业传播与制作的热点 —— 4K，从其标准和图像技术发展方向进行分析和论述，以提高人们的关注和了解。
[ 关键词 ] 全高清FHD、超高清UHD、4K超高清、图像技术发展方向。
一．4K在路上
时间都去那儿了，转眼间已是乙未羊年艳阳高照的七月。半年来，国内在传媒与制作领域，最受关注的莫过于中央电视台和江苏省广播电视总台利用4K超高清现场转播系统，完成了《中央台2015年4K超高清春节联欢晚会》和《江苏卫视2015年4K超高清新年演唱会》的直播，这两场晚会的系统，与索尼在巴西世界杯上三场4K直播所使用的系统基本相同。
随后就要数今年三月的CCBN（中国国际广播电视信息网络展览会），4K成了众多厂商必争之地，索尼、松下、新奥特、集成世纪等厂家都推出了4K相关产品，整个展会从4K前期现场制作、后期制作、端到端（从采集到存储/监看）、到多种行业的应用等解决方案，可讲是应有尽有、包罗万象……。
2014年之前，在传媒与制作领域主要是一些OTT（业务的提供者勿需拥有自己的物理网络，可直接在运营商的互联网物理网络上运营的一种业务）和卫星电视提供商推出少许的4K节目服务；还有一些4K节目，是以HD（高清）格式分发的；尽管体量不大，但增加了人们对4K的了解和需求，从而出现了规模有限的4K传播与制作市场。
如今，对于真正需要4K进行制作和服务的媒介组织（如电视台、租赁公司等）来讲，则必须要购买大画幅成像器材和4K摄像机了……。
二．4K相关的概念及解读
目前，业内有些人士一提到最新一代超高清（Ultra High Definition；简写UHD），便是4K及其分辨率如何如何。
实际上，最新一代超高清标准的规范是ITU-RRecommendation BT.2020，有4K和8K两种格式。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；简写FHD）标准的规范是ITU-R Recommendations BT.709，似于2K格式。而最新一代超高清标准的规范是ITU-RRecommendation BT.2020，有4K和8K两种格式。因此，超高清并不完全等同于4K及其分辨率。
在4K超高清标准规范中，有分辨率（resolution），帧频（frames per second）、颜色深度（Color Depth）、沉浸式的音视频体验（Immersive Experience）等四个主要指标，都远远高于上一代全高清（Full High Definition；简写FHD）标准指标。
1．分辨率相关的Ppi、Pixel及屏幕
（1）Ppi是图像分辨率的单位，是英文Pixels per inch的缩写，其意是“每英寸所拥有的Pixel（像素）数”。因此，要提高Ppi，一是缩少屏幕的尺寸，二是提高屏幕的分辨率。一旦确定了Ppi，大屏幕（60寸以上）即可实现和小屏幕（20寸以下）一样近距离观看，当然节目源也将改变。
如今，人们在描述屏幕时有两种方法，一是多少英寸（对角线），二是多高分辨率。若要计算分辨率960×640屏幕的Ppi，可由勾股定理算出对角线的像素数，再除以3.5得出。
（2）Pixel是由 Picture（图像）和 Element（元素）两个单词组成，简称“像素”或“图素”。像素是个计算单位，它组成了图像的分辨率。分辨率与像素又成正比关系，分辨率越高，像素也就越多。因此，分辨率又被称为图像密度。
（3）视觉及视网膜屏幕
每个人的视觉水平及分辨率都不一样，都是有限的，正常人能分辨出的最大分辨率为300 Ppi，超过这个值，也看不出差别，也就是说尺寸相同的300 Ppi和600 Ppi两幅图像，人眼观看的效果是一样的。这也是全球冲印设备最高分辨率为300 Ppi的原因所在。一般情况下，当图像达到200 Ppi时，其效果大家都能满意。
视网膜屏幕，是乔布斯在2010年iPhone 4发布会上提出的，其定义是：“当屏幕距离你10～12英寸（约25～30cm）时，屏幕分辨率只要达到300 Ppi以上，你的视网膜就无法分辨出像素点了，超过300 Ppi的屏幕都可称为视网膜屏幕。”
（4）4K及K
4K原指电视系统。“是以更大屏幕、不损失图像细腻度、更高分辨率、可以坐得更近、并拥有更大的观赏视角、达到沉浸式的视音频体验、类似于高大上IMAX（Image Maxium：图像最大化）电影那种身临其境的真实直观享受的电视系统。”
如今的4K已不单指电视系统，它涉及到影视传媒业所有的视音频系统，从图一可以看出，4K与720p图像的Ppi相同，因而4K可实现近距离观看大屏幕影视节目和大幅图片。
K是《数字电路》及《计算机工程》一个计算单位，图像信号数字化后，就成了数据，在计算机语言中，数据传输是以bit（位）为单位，用2进制表示，2的10次方是1024，为一个计算单位，简称1K。
因此，多少K的图像，就用多少直接乘以1024就行了，4K的图像是由4096×2160个像素数构成，其中4096表示水平方向的像素数，2160表示垂直方向的像素数。
在具体的影视图像节目传播与制作中，人们还要根据画幅宽高比的不同要求，对图像画面水平方向或垂直方向的像素数进行调整计算，因此同样是2K或4K的影视图像画面，具体的像素数或分辨率不一样，也属正常。
2．超高清帧频
（1）帧（Frames Per Second，fps）及帧数
帧是影视图像中最小单位的单幅画面，相当于电影胶片上的每一格镜头。一帧就是一副静止的画面，连续的帧就形成动画，快速连续地显示帧便形成了运动图像的假象。
帧数是1秒钟时间里传输的图片数量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新次数。每秒帧数越多，则显示的动作图像就会越流畅、越逼真。
（2）帧频
帧频是每秒钟传送整幅电视图像的帧数。隔行扫描（Interlace）时，一帧图像分两场扫描，故帧频为场频的一半。按照我国电视标准，帧频为25赫，即每秒钟可传送25帧图像。
在电影、电视以及计算机图像显示中，帧频是指每秒钟放映或显示的帧或图像的数量。
当然，帧频还有一个更为重要的功能，就是用于电影、电视或网络视频中图像信号与音频信号的同步。
（3）全帧
全帧就是无损格式的视频，以我国电视标准为例，每秒的画面有25帧的静帧构成（美国是每秒29.97帧）。全帧就是每秒的25帧画面都在，没有被抽走。25帧中被抽走几帧的情形称为压缩，如互联网上WMV视频文件，每秒画面只有15帧，也就是说每秒被抽走了10帧。
（4）逐行扫描及超高清帧频
全高清标准支持的帧频包括隔行扫描和逐行扫描（Progressive）两种模式。隔行扫描就像百叶窗，是不完整的图像，由两次扫描来显示一幅完整的图像；而逐行扫描是由一次扫描来显示一幅完整的图像。
全高清支持的最高帧频有：p24，p25/p50，p30/p60，p24/1.001=23.976，p30/1.001=29.97，p60/1.001=59.94等。
而超高清标准去掉了低端的隔行扫描模式，又在逐行扫描模式中确定了更高标准的帧频，有：p100，p120，p120/1.001=119.88等。这些更高的帧频可以更细腻地表达快速变换的运动图像场景。
3．颜色深度
（1）颜色深度简单说就是最多支持多少种颜色。用“位”来描述，又称色深位。
（2）颜色深度是一个调色板，它决定了屏幕上每个像素点能支持多少种颜色。由于显示器中每一个像素都由红绿蓝（RGB）三原色组成，像素的亮度也由三原色控制，当三原色都为最大值时，像素就为白色。每一原色使用比特数多少，就决定了色深位数多少，色深位数越多，颜色种类就越多，所显示的画面色彩就越逼真。但是当颜色深度增加时，也加大了图形加速卡所要计算和处理的数据量，从而增添了系统平台建设的难度。
（3）全高清支持的颜色深度为8-bits和10-bits，是指红绿蓝（RGB）三原色的每一种可以使用多少个比特，当8-bits时即3×8=24bits可以表达16.78M种颜色；10-bits时即3×10=30bits可以表达1.073B种颜色。
（4）超高清支持的颜色深度为10-bits和12-bits，当12-bits时即可以表达68.71B种颜色，超高清比全高清支持更丰富的颜色范围及颜色深度。从图二的颜色空间图可看出，最外圈的曲线表达了人眼能够识别的色彩空间；最内的三角形是全高清能支持的颜色空间；较大的那个三角形是超高清能支持的颜色空间。
4．沉浸式的音视频
（1）全高清的音频标准为Dolby Digital AC-3，简称AC-3，支持5.1声道，是杜比公司开发的家庭影院多声道数字音频系统。但杜比定向逻辑系统是一个模拟系统，它的四个声道是从编码后的两个声道分解出来的，难免有分离度不佳、信噪比不高，缺乏环绕声的立体感，且环绕声的频带较窄。
（2）超高清支持多种带宽的音频编码，目前配置的Dolby Digital Plus音频标准，由于具体运用环境不同，有三种不同的名称：EC-3、DD+、Enhanced AC-3，EC-3应用较为普遍。
EC-3是DVD/BlueRay（蓝光格式）的音频标准Dolby Digital（AC-3）的增强版，解决了AC-3存在的问题，并新增2个声道，声道总数达到了7.1个，就是7个方向的声音加一个低音炮，如图三所示。
5．小结
综上超高清四个主要指标来看，4K超高清系统平台的建设并非容易，因而人们本着“按照需求，合理建设、逐级跟进”的原则，约定俗成了4K超高清平台建设高中低三个门槛及级别。
（1）入门级，初期建设，为4K p30/8-bits配置，在相关带宽比较紧张的广播或网络传输信道中应用。
（2）标配级，中期建设，为4K p60/10-bits配置，在相关带宽比较富裕的信道或者存贮介质中应用。
（3）高配级，终期建设，为4K p120/12-bits配置，在相关的内容制作中心或体育节目中应用。
实际上，4K超高清带给人们的最大享受，不只是可以看到更大屏幕和不损失图像细腻度（及分辨率），而是因为更高分辨率的缘故可以让人们坐得更近，听得更细腻，达到身临其境的真实直观享受。
三．电视和电影的4K标准是不同的
目前，全球4K标准的应用有两大类，一类是4K数字电视；一类是4K数字电影。由于应用环境不同，两类标准有所不同，但可以通过转码技术，进行相互的交流和应用，最终的发展将趋于大同。
1．4K数字电视
随着数字电路及技术的不断发展，数字电视行业标准先后经过了四个阶段：
（1）Low Definition Television（低清晰度电视）阶段，简称LDTV，目前很少应用，如VCD影碟机。
（2）Standard Definition Television（标准清晰度电视）阶段，简称SDTV，目前还有应用，如DVD影碟机。
（3）High Definition Television（高清晰度电视）阶段，简称HDTV，目前正在普及，如EVD影碟机。
（4）Ultra HDTV（超高清晰度电视）阶段，利用大数据进行推送。目前Ultra HDTV有4K Ultra HDTV和8K Ultra HDTV两种格式，简称4K和8K，4K只是Ultra HDTV标准中的一种，见表一。
2．4K数字电影
数字电影行业标准从系统图像清晰度来分有0.8K、1.3K、2K、4K四种格式，也称四个阶段：
（1）0.8K阶段，图像达1024×768=78.6万像素，为乡村级标准，用于乡村电影放映，目前应用很少。
（2）1.3K阶段，图像达1280×1024=131万像素，为国家级标准，用于城市电影放映，目前还有应用。
（3）2K阶段，图像达2048×1080 =221万像素，为国际级标准，用于城市电影放映，目前正在普及。
（4）4K阶段，是目前数字影院是最高端，国内外大城市已有应用，其放映效果，只有在20米以上的宽银幕上才能看出与2K系统（设备）的差别。目前的4K电影，都做了2K的同步制作。也就是说4K拍摄的节目2K都有。
由于影院标准颁布和认证机构不同，4K影院标准的图像分辨率等又有四种表达方式，见表二。
3．4K影视标准与颁布/认证组织
早在2003年，美国电影界的7大电影公司（迪斯尼、二十世纪福克斯、米高梅、索尼娱乐、环球、华纳兄弟等）共同设立的电影创新DCI（数字影院创导组织），就制定了4K超高清电影标准，并规定为好莱坞新一代大片标准。
2004年DCI向SMPTE（美国电视电影工程师协会）提交请求，并得到了SMPTE下属组织DC28的认证。
如今，超高清和标清、高清、全高清等影视标准一样，已成为全球性的国际标准，如表三所示。
四．影视图像技术指标的变化和发展
从表一和表二可以看出，全球数字影视标准颁布/认证及相关格式及显示模式可分为D1～D5、2K、4K、8K八种，这八种格式函盖了数字影视图像从标清到全高清再到超高清的发展的全过程及技术发展方向。
D1格式：又称480i显示模式，与模拟电视清晰度相同。
D2格式：又称480p显示模式，与逐行扫描的DVD光盘规格相同。
D3格式：又称1080i显示模式，是HDTV的基本格式，兼容720p格式的播放。
D4格式：又称720p显示模式。
D5格式：又称1080p显示模式，普遍应用于影视制作。电视台发送的1080i和720p电视信号都是由1080p信号源转换播出的。1080p是一个事实上存在的专业格式标准，不是民用领域使用的标准。
2K格式：又称数字2K，是目前数字影视图像常规的标准格式。
4K格式：是一种新兴的数字影视及数字图像的解析度标准。它不同于我们在家里看的1080p高清电视，也不同于传统数字影院的2K格式，而是具有超精细画面有格式。
简单比喻一下，在家里看到的HDTV是1920×1080的207万像素的画面，而在传统数字影院里看到的是2048×1080的221万像素的画面，在4K格式影院里，则能看到4096×2160的885万像素的超高清晰画面。
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，其芯片能解码同等分辨率的片源，并向下兼容D5格式（全高清）。
不过，4K格式像素多的优势，在小尺寸屏幕上是体现不了的，在正常的观看距离（看电视），人眼是无法分辨出4K和1080p。这是因为人眼对于小尺寸屏幕上的图像质量是没有多大的区别。
一般说来，低清的VCD图像与标清的DVD图像，在7英寸以上的屏幕上才能区别出来；标清与高清图像，在19英寸以上的屏幕上才能区别出来；高清与全高清图像，要在47英寸以上的屏幕上才能区别出来；全高清与超高清图像，要在60英寸以上屏幕上才能区别出来。
从全球影视业的交流/应用和技术发展来看，各类技术指标，如：分辨率/清晰度、图像宽高比、显示模式等将趋势于统一，如图四所示。
五．4K普及需要解决的问题还很多
随着4K电视的销量的增加，更多的系列/品牌产品丰富着4K电视的产业链。但4K电视市场份额的提升速度并没有与价格下降的速度所持平。在4K影视普及的道路上，除了系列/品牌产品和片源，需要解决的问题还很多。
1．大屏4K电视机价格过高
近年来，4K电视机的屏幕不知不觉已经超过了60英寸，110英寸的也面世了。当然，市场上也有一些低价的4K电视机型，但这些多为小尺寸机型，在显示效果上其实并不能完全体现出4K超高清分辨率的水平。因此，面对大屏4K机型，人们的第一感觉就是贵。如：索尼65英寸4K电视KD-65X9000A目前特价22999元（两年前34499元），三星55英寸4K电视UA55F9000AJXXZ目前特价15499元（两年前29999元），创维50英寸4K电视50E8EUD目前特价4899元（两年前也在万元左右）。虽然大屏4K电视在价格上每个月都有不同程度的下滑，但依旧比同品牌、同尺寸的全高清电视价格高很多。这将成为4K电视普及之路上的第一道屏障。
2．技术先进并不代表普及和应用
电视机和手机不同，7至8年的使用期，因此电视应当追求高画质、高音质，确保用户在几年之内都不会因产品过时而更换电视机。尽管如此，人们仍然有理由对技术表示怀疑，自从高清电视机的销售在过去10年达到最高潮以来，电视机生产商们一直试图让价格和利润率无情下滑的速度放慢下来，它们纷纷推出带有3D显示或网络接口的高端智能机型。如今，这些技术已经成了主流电视机的必备性能，但又没有多大用途，也没有逆转电视机价格下滑的趋势。
在目前有线电视传输平台中，高清电视频道只有十多个，收视费用比普通数字电视价格要高。市场上不少厂商都推出了4K电视，但4K影视的电视频道及其服务都还没有跟上。
一部4K影片的数据量都在100GB以上，之前承载高清电影的蓝光光盘无法较好的存放4K内容，而当我们拥有4K电视后，用哪种载体存放4K影片？而又用哪种播放器能够很好的解码4K影片，这些也都成为了摆在4K电视面前的难题。虽然我们也不时看到过一些解决方案，但对于广大的消费者来说4K电视还有些遥远，因为科技含量提升，智能水平提高，并不代表实实在在的应用。
3．广播影视行业支持力度不够
4K电视的普及对广播影视行业来讲，可讲是缺乏动力。这是因为广播影视行业需要完成对4K节目的录制、编辑处理、传播等多个方面工作，而这些工作都需要相关的4K设备来支持，只要明白4K所带来的视频数据量是全高清的4倍，那就必须更新制播网络硬、软件等设备和设施。还必须考虑如何才能承受4K分配和4K广播等大问题。而这些问题不是有钱就能解决的，有些还需要相关的人材及知识储备。
4．4K节目的传输是一个难题
近期我们经常看到，某某电视台使用4K超高清技术直播了一场英超比赛等等消息，或许拍摄的设备问题好解决，而如何传输到观众的家中，是一件非常麻烦的事情。
目前国外4K电视台支持的4K节目传输的方式，是先将4K内容拆分成4个独立的内容，并由4个不同的通道进行传输，到接受端之后再进行汇合。而对于国内来说，高清信号传输的问题才刚刚勉强得以解决，想要普及4K，谈何容易。
当然也可用宽带网络传送，由于4K自适应码率码流一般要求10-20Mb/s带宽，因此单纯从网速来看，15Mb/s上下最可能支撑此码流。若大家都在用宽带网络传送，高峰期的带宽要求谁也不知如何承受。
六．4K将成为影视业的主流
如今的4K，已不是一个概念词汇，也不仅是一系列产品的代名词，而是整个电子行业的新一代核心标准，它将带动符合该标准的一系列硬、软件产品源源不断地出现，让生产厂商有规可循。
随着家庭客厅电视的屏幕越来越大，4K电视机数量将显著增长，4K影视之门也将随之打开，未来影视制作领域对4K设备的关注也将持续升温，其技术在新一代影视系统的应用会越来越广泛。从这个意义上来说，4K电视将成为未来电视发展的新趋势。这将至使广大的消费者在更换（选择）电视机时，朝着更大的屏幕、更高的清晰度方面发展。
可以预见，一个更逼真、更完整、全新的视听时代，其展现方式将会给影视传媒业的发展带来新的契机和挑战，4K将成为影视业的主流，成为当代人们消费的时尚。
参考资料
《4K超高清电视选购标准》中国电子商会、国家广播电视产品质量监督检验中心、TCL（2013年5月）
《超高清显示认证技术规范》国家广播电视产品质检中心、中国电子商会（2014年4月）
《4K超高清电视色彩性能评价规范》国家广播电视产品质检中心、中国电子商会（2015年4月）
《4K超高清蓝光光盘标准》蓝光光盘协会 —— BDA（2015年5月）