探讨4K技术在电视中的应用和原理

2014-06-18李卫祖

中国科技纵横 2014年5期

关键词：背光源全高清液晶

李卫祖

(上海东方传媒集团有限公司,上海 200041)

探讨4K技术在电视中的应用和原理

李卫祖

(上海东方传媒集团有限公司,上海 200041)

近年来,虽然电脑的普及程度已经很高了,但它还是没能取代电视产品作为家庭娱乐中心的地位。随着生活水平的提高,人们对电视产品也提出了更高的要求,如大屏幕、高分辨率和高视觉享受等。为了迎合消费者的这种需求,科技人员研发了4k技术。本文主要探讨了4K技术在电视中的工作原理以及相对于传统显示技术的特点,最后,对4K技术的未来发展做了展望。

4K技术原理应用分辨率

4K技术是指使电视屏幕的物理分辨率达到4Kx2K，清晰度达到全高清1080P电视四倍的技术，它是在消费者对电视的清晰度要求越来越高的时代背景下被提出来的。广播电视清晰度的发展经历了模拟电视、数字标清电视、HD高清电视、FHD高清电视和4K超高清电视五个阶段。4K超高清电视主要运用4K技术，实现了电视节目从拍摄到传输、解码、和显示的全过程超高清化，全面提升了电视节目的画质，使观看者如同身临其境，有着更强的视觉冲击和娱乐效果。

1 4K技术的原理

4K技术的基本原理是通过超高清4K×2K解码芯片，实现超高清信号从输入、解码到显示的全程超高清处理，从而将内部图像信号细腻、稳定、流畅地显示在UHD超高清显示屏上，真正达到无损解码和全程点对点显示的效果。因为SNOY是4K技术的领军企业，其4K产品的发展已经可以代表着4K技术的发展，下面我们结合索尼4K投影技术，具体地对4K技术进行分析。

高分辨率是索尼4K投影技术的特点之一，这得归功于硅晶体反射(SXRD)装置。它将近885万像素集成于8.5微米大小的硅晶体反射(SXRD)芯片上，这些高密度的像素点的大小要比2K分辨率投影系统的像素小四分之三，可以在多幅画面的模式下，使每幅画面都是高质量和高精度的。

高对比度是索尼4K投影技术的另一特点，其对比度高达4000：1。高对比度是通过“垂直排列液晶”系统和“超细液晶单元间隙”来实现的。高对比度实现的关键在于显示绝对黑色的能力，即有效阻挡光源的能力。所有的液晶显示设备是通过在液晶间隙中施加电场来控制投影光线的多少。在典型的液晶显示设备中，电场施加在液晶单元缝隙之间时即产生黑色。垂直排列液晶系统克服了传统典型液晶显示设备因导向膜的影响而产生光线泄露的问题，它在没有施加电场时显示黑色，其准确的分子排列和光线排列使其黑色显示更加纯正，从而实现了高对比度的效果。超薄液晶单元间隙技术是通过创新的平面化技术和先进的硅片安装工艺来实现小于两微米的液晶极小单元间隙的。同时，它还采用了无间隔的结构，克服了传统反射式液晶器件因液体单元基面和顶部之间的恒定间隙容易分散和反射光线的缺点，提高了图像的对比度。

当前的液晶电视一般是采用冷阴极荧光管技术(CCFL)背光源，该技术成熟、寿命长，缺点是色域小，且材料中含汞，不利于环保，还有就是存在漏光现象。为了应对以上问题，现在各大厂商推出了各种改进方法，有索尼的WCG-CCFL亮艳色背光源，东芝的广色域WCG背光源等。但是应对以上问题最终方法是LED背光源系统，它具有更好的色彩表现，对比度达到10000：1，寿命更长，更环保。但是当前此技术的主要缺点是价格昂贵，现在折中的方法是使用RGBLED背光源技术，其较真正的白色LED技术有一定差距，但是可以在成本和显像质量上取得平衡，是下一步背光源系统的改进方向。

2 4K技术显示系统的特点分析

2.1 分辨率高画质精细

4K平板电视给人的直观感觉就比传统1080P全高清的机型画质更加精细，画质的精细程度与两个因素有关，首先，当然是画面的像素，另外一个因素是画面的垂直分辨率。画面的像素如果较高的话，在一样尺寸的显示屏上的像素就越精细，晶格较小，因此画面会更加清晰。另一方面，人的眼睛对画面的垂直分辨率比水平分辨率敏感得多，因此垂直分辨率从高的时候，人的眼睛就可以识别更多的细节和层次，使画面看起来更加精细。

1080P的像素约为200万，垂直分辨率1080。而4K显示器的像素则达到了惊人的800万，达到1080P的4倍之多，垂直分辨率也达到了2160，因此，不论是在理论上还是人的实际感受，4K显示的画面精细程度都比1080P更好。

2.2 视频信号采用12BIT编码

目前国内多数的高清或者是全高清的视频系统都采用8BIT，而4K技术则采用10BIT甚至达到12BIT，因此，4K技术不管是在色深层次的表现还是在灰阶层次的过度，都远远超过了高清系统。

但是，这里面出现的问题是，目前的8BIT信号源设备将不能处理10BIT甚至12BIT的视频信号。同时以往8BIT的画面的校正图案也不能满足4K技术了，因为其标准峰值和标准黑位的取值也不相同。比如说，10BIT的视频有效信号范围是64—940，而8BIT却是256—3760。另外，目前的相关的很多设备也不能满足4K技术，需要全面的升级，这些在4K的普及上会造成一定的阻碍。

2.3 增强了3D画面表现

近年来，3D显示一直是很热门的话题，在近年来推出的家庭影院投影机和平板电视都包含了3D显示的功能。一般来说，显示技术有2种，即主动式快门3D眼镜技术和被动式3D眼睛技术。就目前的市场销售情况来看，主动式快门3D眼镜技术由于可以实现左右眼同时达到全高清的分辨率，因此占据了较大的市场，而被动式3D眼镜技术则不能实现。但是，被动式也有其自己的优点，如不会出现左右眼串扰、画面不闪烁、眼镜佩戴舒适等都是主动式不能比的也同样有其存在的价值。

最早的3D电视都采用的是被动式3D眼镜技术，在4K出现后，被动3D眼镜技术也可以达到左右眼同时全高清，其效果和主动式3D眼镜技术不相上下，同时具有被动式3D眼镜技术的优点，这就大大地体现了4K技术在3D显示上的优势所在。

3 4K技术的发展及展望

4K技术和显示设备一样，都是朝着精细化的方向发展的。在发展过程中，它存在着一些问题。首先，片源紧张，观众获取4K片源的途径有限。由于4K电视的制作复杂，真正的4K电视节目其实并不多，这给4K电视的推广增添了很大的阻力。其次，配套设施和相关产业还没形成。4K技术要能扬帆起航，这个问题必须解决，但在短时间内很难将其解决。

4k技术的推广，除了依托于各类4K显示设备带来的完美视觉体验外，更重要的是应该让更多的消费者看到4K视频。因为对于一般消费者来说，他们承受不起4K电视机和4K投影仪昂贵的价格。因此，如何改进压缩技术，使得4K视频能在网络中传输，这是4K技术发展的趋势。