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認識 4K (UHD) 解析度的特性,以及需要的硬體配置

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目前主流的電腦顯示器解析度是1920x1080,也就是常說的FHD標準,不過在智能手機都開始朝2560x1440前進了,PC顯示器顯然還需要更進一步的強化,下一代的標準就是4K解析度,也就是Utlra HD標準。今年以來,戴爾、聯想、華碩、三星等公司紛紛推出廉價型4K顯示器,最便宜的只有4000多即可買到,預計今年底明年初就能降到3000元內,用戶也更容易接受。

4K對我們來說不僅是一次解析度升級,其影響遠遠比之前1680x1050解析度升級到1920x1080還要大,從應用體驗、UI優化及性能上都提出了更嚴峻的挑戰,更重要的是4K即將來臨之前,很多人對4K尚無清晰的認識。從本文開始,超能網也會推出一系列有關4K解析度的科普文章,從4K顯示器到4K電視,從4K基礎知識再到4K視頻、遊戲應用皆有涉及。

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今天我們就從頭開始,首先來談一談4K解析度到底是什麼。

回想前兩年各家電視廠商還在以自家產品能上全高清作為賣點,可是自索尼推出4K電視後,全高清一下子成了電視機領域中“落後”的代名詞,先是各品牌在旗艦級產品中推出4K型號,然後是把4K型號普及至主流產品甚至是入門級產品中,期間當然少不了的還有各種“4K就是比全高清”好的宣傳,一時間消費者看得眼花繚亂,有些無從下手的感覺。

實際上,有很多消費者會選擇購買4K電視,純屬是因為賣場推銷人員告訴他“4K電視很好,要買就買4K電視”,但4K電視有什麼用甚至4K電視是什麼等問題,他們自己是完全不知道。這次我們就和大家談談關於4K解析度以及4K電視、4K顯示器的選擇問題,讓大家瞭解4K究竟是什麼,現在追隨潮流買4K產品是不是真的有意義。

我們常說的4K是什麼?

想要瞭解4K產品,首先就要從4K圖像的相關標準入手。圖像的大小可以用像素解析度來表示,例如1920*1080的解析度就意味著圖像是由水平方向每行1920個像素以及垂直方向每列1080個像素組成的。出於方便交流的原因,業界也常常以圖像水平方向上的像素值來表示圖片大小,而且為了簡化交流過程,一般情況下會用“K”來描述像素值,其中1K相當於1024個像素,幾K就是指圖像的水平方向每行像素值達到或者接近1024的幾倍。

4K分辨率究竟是什麼 你真的知道嗎?
點擊查看4K解析度圖像

以此為標準,4K圖像就是指水平方向每行像素值達到或者接近4096個的圖像,多數情況下特指4096*2160解析度。而根據使用範圍的不同,4K圖像也有各種各樣的衍生解析度,例如Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664以及UHDTV標準的3840*2160等,都屬於4K圖像解析度的範疇。

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如今常見的4K解析度有4096*2160和3840*2160兩種,前者主要用於數字電影領域,後者則多用在4K電視或者4K顯示器上。採用3840*2160解析度的電視或顯示器也叫做UHDTV標準產品。UHDTV標準是由國際電信聯盟制定,全稱是Ultra High Definition Television,也就是超清電視。與1920*1080解析度的Full High Definition Television(FHDTV,全高清電視)相比,UHDTV的解析度剛好是FHDTV的四倍,在屏幕尺寸相同的情況下可以顯示更加精細的圖像,而且由於高寬比同樣是16:9,UHDTV標準產品也能很好地兼容FHDTV的圖像,更容易被消費者接受。

不過從嚴格意義來說,4K電視與超清電視並不是完全等同的,因為UHDTV標準除了3840*2160解析度外,還包含有7680*4320解析度,後者也被稱為8K解析度。因此從技術上來說,4K電視屬於超清電視,但是超清電視卻不僅限於4K電視。現在電視或者顯示器廠商的宣傳重點會放在“4K”而不是“超清”上,除了前者讀上去科技感更強一些外,其中一個原因就是希望給未來的“8K”產品留出區別的空間。

 

4K產品需要多高的刷新率?

對於4K解析度來說,它只有水平方向像素值和垂直方向像素值兩個屬性,不過對4K電視和4K顯示器產品來說,除了解析度要達標外,刷新率的高低也不容忽視。 刷新率是指屏幕圖像的更新速率,以往的CRT顯示器是依靠電子激發屏幕上的螢光粉顯示圖像的,但是由於同一時間只有一個像素點被點亮,要顯示一張完整的圖像,顯示器就必須在螢光粉餘光熄滅前重新對其進行激發。

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只是CRT顯示器的螢光粉餘光維持時間實際上是很短的,因此電子必須在極短時間重新激發螢光粉,才能維持圖像的穩定,而這個激發的頻率就是我們現在常說的刷新率,如果刷新率不夠,CRT顯示器的畫面就會出現閃爍,看起來很不舒服 。一般來說,CRT顯示器的刷新率是越高越好,至少也要在85Hz以上,人眼才不會感覺到明顯的閃爍。

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如今電視機和顯示器都已經走進了LCD液晶時代,LCD的工作原理與CRT完全不同,它更像是幻燈片,只是用LCD來取代了膠片。LCD的像素點可以看作是單獨的開關,只需一次刷新動作就可以顯示穩定的圖像,完全可以做到只在圖像變化後才刷新屏幕。現在LCD屏幕之所以還會以恆定的頻率刷新圖像,哪怕只是靜態圖像,更多的是處於產品兼容性的考慮,同時也有利於動態畫面的快速變換。當然相比於“刷新率越高越好”的CRT屏幕,LCD屏幕對刷新率的要求無疑要低得多,基本上不低於24Hz就可以保證圖像的流暢。

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因為人眼視覺殘留效果,我們可以用旋轉的LED燈帶做出這樣的圖案

那為什麼LCD屏幕需要24Hz以上的刷新率呢?實際上這是由人眼的視覺殘留時間或者說是視神經的反應時間決定的,這個時間大約是1/24秒,換句話說,當圖片的變換速度達到每秒鐘24幅的時候,由於視覺殘留效應,人眼看到的圖像不再是一幅幅的單獨畫面,而是一個連貫的動畫,這也就電影的原理以及視頻幀速多數是24FPS的主要原因。由於LCD屏幕在圖像發生變化時需要重新刷新畫面,在播放每秒24FPS的視頻時,就需要每秒至少刷新24次屏幕,才能保證視頻的每一幀都出現在屏幕上,才能保證人眼看到連貫的圖像,這就是LCD屏幕的刷新率要求不低於24Hz的緣故。

對4K解析度產品來也是同樣的道理,想要輸出流暢的4K解析度動態圖像,屏幕刷新率同樣不能低於24Hz,因此以目前主流的兩種4K解析度3840*2160以及4096*2160來說,它們就有24/25/30/50/60Hz等多種不同的刷新率規格,其中比較常見的是24Hz、30Hz和60Hz,前兩種常見於4K電視上,而60Hz的規格基本上只有PC顯示器或者是旗艦級電視產品才會用上。至於為何會是這樣的安排,我們會在後續文章中給大家進行詳細講解。

 

哪些視頻接口可以輸出4K解析度?

目前可以輸出4K解析度的接口只有HDMI和DisplayPort,其中HDMI接口想要輸出刷新率4K解析度,就必須使用支持HDMI 1.4a或更高標準的產品,可以輸出的4K解析度規格最高為4096*2160@24 Hz或者是3840*2160@30Hz;DisplayPort接口需要輸出4K解析度的話要支持DP 1.2標標準,不過其最高可以輸出刷新率為60Hz的4096*2160以及3840*2160解析度。

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之所以會有這樣的區別,歸根到底是兩個接口對應的數據帶寬有所不同導致的,HDMI 1.4a接口的數據帶寬為10.2Gbps,而DP 1.2接口的數據帶寬高達21.6Gbps,是前者的兩倍多一點。HDMI接口想要輸出60Hz刷新率的4K解析度,只有等到HDMI 2.0接口正式登場後方方可實現,HDMI 2.0接口的數據帶寬為18Gbps,完全可以滿足60Hz刷新率下4K解析度的輸出需求。

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值得一說的是,目前HDMI接口和DP接口是產品能否在4K解析度下輸出60Hz刷新率的最直觀區別,目前環境下僅配置HDMI接口的產品肯定不可以輸出60Hz刷新率下4K畫面,只有配置了DP接口的設備才有這個可能性。現在多數主流級的4K電視的屏幕規格最高也就是3840*2160@30Hz,因此它們多數隻配置了HDMI接口,只有少數旗艦級產品會配置DP接口,支持輸出60Hz刷新率的4K解析度畫面。

 

輸出4K解析度需要什麼硬件?

想要輸出4K解析度的圖像,硬件方面的也不能含糊。雖然較早之前就有聲稱可以解碼4K視頻的高清播放機,但是支持輸出4K解析度的高清播放機也是在最近才開始登陸市場,而且大都只能輸出24Hz或者是30Hz的刷新率 。想要輸出60Hz刷新率下的4K圖像,目前PC仍然是最好的選擇。 決定PC能否輸出4K解析度的硬件是顯卡,目前只有Kepler架構、GCN架構或者是更新架構的獨立顯卡支持輸出4K解析度,集顯平台方面則要用到Haswell架構處理器或者是Kaveri APU方能支持。

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首先我們來看看集顯平台如何輸出4K解析度,英特爾平台必須選用配置HD Graphics 4200/4400/4600/5000以及Iris Pro Graphics 5200、Iris Graphics 5100核芯顯卡的產品,也就是第四代Core i3/i5/i7系列處理器。這些核芯顯卡可以通過HDMI接口輸出4096*2304@24Hz以及3840*2160@24Hz的解析度規格,想要輸出60Hz刷新率的4K解析度,就必須使用DP接口進行輸出,最高可以輸出3840*2160@60Hz的規格。

而且值得注意的是,移動版的U系列產品最高只能輸出3840*2160@30Hz的解析度規格,Y系列在60Hz刷新率下只能輸出2560*1600解析度,只有H系列也就是配置了Iris系列核心顯卡的產品才能輸出3840*2160@60Hz的解析度規格。至於上一代Ivy Bridge則最高只能輸出2560*1600,全部不支持輸出4K解析度。

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AMD的APU則要更好識別一些,只有搭配GCN架構圖形核心的產品才能支持4K解析度,刷新率方面也是HDMI接口最高輸出30Hz,DP 1.2接口最高輸出60Hz,換句話說想要在APU平台上輸出4K解析度,目前就只有使用Socket FM2+接口的Kaveri APU可以選擇了。

順帶一提的是,結構基於APU平台的PS4以及Xbox One都支持4K解析度,不過由於他們都沒有配置DP 1.2接口,因此即便可以輸出4K解析度的視頻信號,那最多也就是30Hz的刷新率,基本上只有視頻播放以及靜態圖片瀏覽等地方會用上,4K遊戲還是不要想了。

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獨顯平台方面,首先我們來看看NVIDIA顯卡產品,從Kepler架構的產品開始就基本具備了4K解析度輸出能力,不過更早之前的Fermi架構產品就無能為力了,最高只能輸出2560*1600解析度。同樣地,輸出3840*2160@60Hz的規格需要標配DP 1.2接口的產品,按照公版產品的話要到GTX 650 Ti Boost以上才會標配DP接口。

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AMD顯卡方面需要GCN架構產品,HDMI接口最高可以輸出4096*2160@30Hz規格,DP接口則可以輸出4096*2160@60Hz規格。由於AMD在入門級GCN獨顯上也有配置DP 1.2接口,因此AMD獨顯平台上輸出60Hz刷新率的4K解析度在成本上要低一些。

 

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