高分辨率电视屏幕的演变:从高清到8K及以上

话题:
作者:
Anne Corning

对于普通消费者来说,用于描述当今电视屏幕的术语、英文首字母缩写词和数字可能会令人感到困惑。首先,显示器技术有很多种,包括:LCD、LED、等离子、OLED、QLED (QDEF)等等。其次,屏幕分辨率也有很多种,包括HDTV、HDR、4K、8K、1420 x 1080、4406、全高清、超高清(UHD)…… 随着消费类电子产品制造商竞相提供更高的图像分辨率和视觉逼真感,这个列表还在继续增加。这些标签对于显示器质量、性能和现实观看体验而言意味着什么?制造商们如何能够确保满足消费者对高端电视屏幕的期望?

分辨率竞赛

推动行业不断提高屏幕分辨率的因素可以部分归因于自20世纪90年代开始的数字电视图像的主流化。到2009年6月,美国政府强制要求广播公司完全转向数字信号。这种转变使得像素(数字显示屏的微小发光元素)成为了每个电视屏幕的核心。

一个像素通常由三个亚像素组成,它们分别为红色、蓝色和绿色,由薄膜晶体管(TFT)控制,并沉积在较薄的玻璃背板或其他基板上。不可避免地,开发人员找到了增加像素数量、使像素变得更小但更强大以及增加像素密度(每英寸像素/点,简称“ppi”或“dpi”)的方法,有时甚至同时完成所有这些目标。

Television pixels

在显微镜下观察的电视屏幕像素,每个像素包含红色、绿色和蓝色亚像素各一个。

不断演变的电视技术和术语

首先,我们来看看一些定义:HDTV当然是指“高清电视”,该术语在电视技术发展的中期变得很常见,取代了较早期的SDTV(标准清晰电视)数字格式。两者之间的主要区别在于像素数量。SDTV通常拥有480行像素,每行包含640像素(即480 x 640)。相比之下,HDTV通常拥有720或1080行像素,所提供的分辨率达到SDTV屏幕的两倍。

本质上,包含更多的像素意味着更高的分辨率,对应于屏幕上包含更多细节、更清晰的图像。“如今,大多数HDTV被描述为全高清(FHD):它们采用1080行像素x 1920列的格式,总共拥有约200万像素。”1简而言之,它们通常被称为“1080p”电视屏幕。

但请不要弄混淆了,“HDR”中的“HD”并不代表高清;它代表“高动态范围”。动态范围是指屏幕显示清晰的对比度(从深黑色到亮白色的亮度渐变)以及更广泛的鲜艳颜色的能力。高分辨率电视通常提供更佳的动态范围,正如它们通常提供更高的帧速率及其他增强的规格一样,这是因为制造商们努力通过多个设备参数提供最佳性能。

2010年代初期,市场上出现了提供3840 x 2160像素(称为“4K”)的电视机。是的,3,840并未达到4,000,而且从技术上讲,“4K”一开始是指4,096 x 2,160,这是影院使用的一种格式。但这些尺寸必须调整为16:9的比例,因此4K术语也适用于3840 x 2160像素的电视屏幕。事实上,市场上现在销售的大多数 50 英寸以上的电视机都是这种“4K”类型。

更令人困惑的是,“超高清(UHD)”这一术语最初是为3849 x 2160像素的显示屏而创造的(以区别于适用于4K相机的“真正的”4096像素)。但现在,我们经常听到UHD用于任何极高分辨率的电视机,比如“4K UHD”。新型8K屏幕也被贴上了UHD标签。而且4K也是的确拥有4096 x 2160像素的投影仪和专业相机的规格,通常称为4K x 2K。3以上只是一些简短的概述;要详细梳理像素数量和屏幕分辨率的细节,可能需要一篇单独的博客文章。

分辨率 测量值(以像素为单位) 像素数量
8K (超高清) 7,680 x 4,320 33,177,600
4K (超高清) 3,840 x 2,160 8,294,400

1080p (全高清),亦称2K

1,920 x 1,080 2,073,600
720p (HD) 1,280 x 720 921,600
480p (SD) 640 x 480 307,000

不同的屏幕分辨率和像素。其中,4K电视的尺寸(测量值)大约是2K电视的两倍,但像素数量是其四倍,因此可以显示分辨率相对更高的图像。(来源:Synopi

8K电视的曙光

如今市场上最令人兴奋的是“8K”显示屏,其拥有7680 × 4320像素。夏普(Sharp)于2015年发布了市场上的首款商用8K电视4,而首款OLED 8K电视则是LG Display公司于2019年发布的88英寸屏幕。虽然我们可以简单地将8K看作是SD→HD→4K→8K发展趋势的下一阶段,但它有望提供显著的性能改进。它包含HDR元素,并创造“透过窗口观看”的图像质量,几乎就像3D一样;此外,由于能够采集8K格式的内容,因此可以提高图像质量,甚至包括在2K和4K电视上。5

采集8K格式内容的能力还有助于实现更宽广的视野,举例来说,将可以拍摄整个运动场上的动作。2022年东京奥运会(原计划2020年进行)将以8K格式采集内容和进行播放,以在8K屏幕上提供更多的“如同就在现场”的观看体验。

LGD 88-inch 8K television

LG Display的88Z9配备88英寸OLED面板,具有8K超高清分辨率(7680 x 4320),像素是 4K面板的四倍。OLED面板本身是 LG 在电视产品领域生产的最大尺寸面板。(图片:LG)

对于观看者而言意味着什么?

虽然人类视觉非常敏锐,但并非是无限敏锐的。在正常对比度和最小焦距下,人类眼睛的感知能力可以达到每英寸250到290个点。最近的研究表明,我们的眼睛可以分辨大约5.76亿像素6。然而,人类视觉并不是均匀的,中心(中央凹)的聚焦区域增加,而外围的聚焦区域则减少。此外,观看距离也会产生影响:当观看者离屏幕越远时,单个像素则会同时变得越模糊:“随着观看距离的增加,空间分辨率将会急剧下降(在超过1米远后,将只能达到75 DPI以下),在低对比度的情况下甚至也会下降。”7

这对于观看高分辨率显示器意味着什么?举例来说,在近距离观看的情况下,普通高清显示器与4K显示器之间的区别是可以分辨出来的。然而,在距离屏幕约一米的距离之外,普通观看者通常无法分辨出图像清晰度存在多大差异。当坐在房间对面的沙发上观看时,两个屏幕可能看上去具有几乎相同的分辨率。对于大于85英寸的超大屏幕而言,8K技术将会对图像质量产生影响。

一些分析人士认为,8K技术对于普通观看者并不会产生显著影响8;据许多其他专家预计,寻求更具沉浸感和逼真感体验的消费者将会对这项技术作出积极回应。尽管如此,目前几乎没有8K内容可供观看。但如果以历史为鉴,技术变革的步伐将会继续,消费者的预期将会继续上升,8K技术最终将变得很普遍。或者最终,随着未来数代技术和新突破带来我们今天难以想象的观看体验,8K技术甚至可能会令人感觉过时。

TV format comparison

不同面板分辨率下所显示图像内容之比较。 (图片: Geoffrey Morrison/CNET)

质量考虑因素

无论消费者购买的是号称4K、8K、超高清(UHD)还是任何其他类型的电视,他们都期望这些高价格的高端屏幕拥有近乎完美的外观和性能。为了确保产品质量,制造商们必须在整个生产过程的多个阶段对显示器进行严格检测。随着屏幕分辨率和像素密度的增加(并且像素大小缩小至仅数微米宽的microLED尺寸),制造商们需要先进的高分辨率检测系统。

经过广泛验证的成像性能和更高的分辨率

随着显示器不断发展以提供越来越高的分辨率,基于图像的显示器测量系统也必须提高分辨率和测量精度。长期以来,瑞淀一直提供行业一流的高分辨率、低噪声成像亮度计和色度计以及专门设计以优化系统性能的软件和配件。请继续关注即将到来的信息显示协会(“SID”)2021年显示周活动,抢先一睹瑞淀发布的最新一代显示器检测解决方案,这些解决方案经过专门设计,旨在跟上显示器分辨率的发展。

 

引用文献

  1. Woodford, C., “HDTV (High-definition television).” ExplainThatStuff!, last updated January 28, 2021. (Retrieved April 28, 2021).
  2. Morrison, G., “4K vs 8K vs 1080p: TV Resolutions Explained.” CNET, April 22, 2021.
  3. Pendlebury, T., “What is 4K UHD? Next-generation resolution explained.” CNET, January 29, 2014.
  4. The Evolution of Resolution” on Corning.com, The Glass Age / Science of Glass. (Retrieved April 28, 2021)
  5. Chinnock, C., “The Status of 8K & Light Field/Holographic Development”, SID-LA One-Day Conference 2021, March 25, 2021
  6. Hamer, Ashley, “How Many Megapixels Is the Human Eye?” Discovery.com, April 1, 2019.
  7. TV and Monitors HD 4K: Resolution / Resolution of the Human Eye.” on Stari.co. (Retrieved April 29, 2021).
  8. Wilkinson, S., “8K vs. 4K TVs: Double blind study by Warner Bros. et al. reveals most consumers can’t tell the difference.” TechHive, February 28, 2020.
     
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