[科普中国]-4K显示器

4K显示器是指具备4K分辨率的显示器设备。4K的名称来源于其横向解析度约为4000像素，分辨率有3840x2160和4096×2160像素2种超高分辨率规格。相比最主流的1080P全高清分辨率，4K显示器增加数百万个像素点，画面的精细程度及显示品质有质的飞越。

简介上世纪90年代，美国电影电视工程师学会“数字影像层级结构”特别工作小组对成像系统的空间分辨率要求进行了研究，该小组从分辨率的角度将显示器分为低分辨率（低于0.8K）、常规分辨率（低于2K）、高分辨率（2K）和超高分辨率（4K甚至更高）等四个层级。2012年5月，国际电信联盟发布了“超高清电视UHDTV”（或“UltraHDTV”）标准的建议，将屏幕的物理分辨率达到3840x2160（4Kx2K）及以上的电视称之为超高清电视，业界因此亦简称为4K电视。4K的名称得自其横向分辨率约为4000像素，借用了投影机显示分辨率的概念。标准的4K分辨率为4096x2160的像素分辨率，其像素总数能够达到高清分辨率1920x1080的4倍。和主流的1080p（1920x1080）相比，4K分辨率是其显示清晰度的4倍，在屏幕尺寸相同的情况下可以显示更加精细的图像1。

分辨率显示分辨率（屏幕分辨率）是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少。由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重要的性能指标，在专业级的显示器中，对于分辨率的要求也越来越高。

4K分辨率是指屏幕分辨率等级，具体到数值上体现为屏幕横向像素达到4000以上，是继CRT显示器时代720P分辨率，LED显示器时代1080P、1440P之后一种新兴的数字电影及数字内容的解析度标准。内置立体声扬声器，7W×2高品质扬声器。窄玻璃边框，轻松多屏拼接，标准的4K分辨率为4096X2160，同时，4K分辨率又衍生了其他几种标准，如4096X3112、3656X2664等，而桌面4K显示器分辨率多数为3840X2160，这主要是为了配合16:9的图像比例。

分辨率表

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现状显示器分辨率越高，屏幕画质就越精细，高清视频及游戏视觉效果就越逼真，视觉体验就越好。因此，在观影或游戏时4K分辨率无疑能带来前所未有的画面表现。但是，受超高清资源缺少及成本投入过高等因素制约，在现阶段很难实现普及。受成本及应用环境等因素制约，4K显示器的普及度并不高。这里的成本主要是面板的成本，在同样尺寸的液晶面板上增加像素点，就意味着坏点产生几率增加。同时，超高的分辨率对显卡提出了更高的要求，要在4K分辨率下进行娱乐应用体验，还需购置高端显卡，这增加了用户的负担。

4K电视系统与关键技术点典型的4K电视系统模型，最上层是电视中心常见的节目生产层，包括节目生产过程中最重要的采、编、播环节，其下是节目信号分配层，按照更下层的分发层的需要产生不同类型的压缩编码流。分发层负责压缩编码流的传输，送到用户终端。最下层的用户终端将接收到的压缩编码流解码，再将解码得到的基带信号送给 4K 显示终端。

基带图像格式

从采集到用户终端呈现的过程中，经过了摄像、收录上载、非编、转码合成、播出、压缩、传输、接收解码、显示等一系列过程，节目信号形态发生了多次改变。测试过程中，应

重点关注基带图像格式，使每个处理环节的基带图像格式满足设计要求。主要从以下几个方面检验基带图像格式的合规性：

1. 分辨率4K 电视系统的图像分辨率为 3840×2160。

2. 帧频帧频可以是 120、120/1.001、100、60、 60/1.001、50、30、30/1.001、25、24、24/1.001Hz

中的一种，我国的电网工频是50Hz，因此 4K 电视系统一般使用 25Hz、50Hz和100Hz。

采样结构

正交采样：像素量化比特数

10比特或12比特。

扫描方式：随着硬件运算能力的发展和显示技术的提高，出现了压缩效率更高的新型编码算法，例如 HEVC/H.265，4K电视系统可以占用更高的数据带宽，为降低屏闪，采用了逐行扫描方式，行中的像素寻址是从左到右，帧中的行寻址是从上到下。

幅型比

幅型比是图像格式的基础参数，而且在图像格式转换过程中，不同幅型比之间的图像转换极容易出现画面失真，4K 电视系统推荐的像素形状为方形（1：1），图像幅型比是16：9。

节目制作与交换信号格式：4K 电视系统的信号有多种表示方式。如果目标是保证最高图像质量，可采用RGB信号格式；如果目标是最大程度地准确重现亮度（对色度重现的要求不高）或为了提高编码效率。

非线性校正

在模拟和数字信号的转换过程中，有两种情况需要使用非线性编码，一是为了提高编码效率，二是为了补偿摄像和显示环节的光—电转换失真，因此在摄像机和显示器测试中，要注意非线性补偿开关的设置，避免因不当设置导致测试误差。

多声道音频系统

4K电视系统建议采用22.2 声道音频系统，较高清电视系统复杂得多，测试中应关注以下几个方面 ：

1. 检查各处理环节的声道配置是否正确，避免出现混乱。

2. 检查各处理环节的音频压缩编码格式是否正确。

3. 检查音频通道特性指标，避免出现声道间相位差过大、通道幅频特性不良、失真、插入增益异常等现象。

压缩编码与传输

压缩编码方式：4K电视基带信号的码率很高，传输和存储之前均需对其进行压缩，常用的压缩编码算法为HEVC/H.265。在测试编码环节时，应关注编码数据格式的合规性，通过主、客观图像质量评价手段评估编码过程产生的图像质量损伤。

文件素材：对文件素材来说，压缩编码数据一般封装在特定的文件格式里面，例如 AVI、MXF、GXF，测试中应关注封装格式的合规性。

实时码流：对实时节目信息来说，压缩编码流一般封装到TS数据包中，再通过ASI或IP接口传送，测试中应关注接口的数据格式和电气特性的合规性2。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学