前言我们在科技资讯以及电脑显示器、数字电视等电子产品的宣传语中，经常能够看⻅ 4K 的字样。最近， B 站(哔哩哔哩)升级了 HTML5 播放器和视频云等相关服务，为广大用户提供了超高清(UHD: Ultra High Definition)的视频体验。借此机会，我们向大家科普下 4K 分辨率的相关知识，同时解答下大家 可能会遇到的相关疑问。 什么是 4K?4K 分辨率，或简称 4K(Kilo)，是指显示设备或显示内容的水平分辨率在 4000 像素左右。达到 4K 分辨率的视频，我们称之为 4K 视频。常⻅的 4K 分辨率有 3840 × 2160 和 4096 × 2160，在不同的多 媒体领域，使用的标准也各不相同。某些 4K 分辨率，比如:3840 × 2160，也常被称为 2160p (pixels)，它是指显示设备或显示内容的垂直分辨率等于 2160 像素。  分辨率是一个术语，它表示的是这些小点(像素)在显示屏上的密集程度。一个个像素聚集在一起构成 了您在屏幕上看到的图像，因此像素数越高，分辨率就越高。 在电视行业中，不同的品牌使用不同的表达方式或词汇来表达同一件事，比如 Ultra HD、4K TV、Ultra High Definition TV 和 4K UHD TV。随着时间的推移，电视行业发现“4K”一词对消费者来说简单、直 观，因此开始越来越多地品牌选择使用这个词汇。如今，大多数制造商和分销商都在使用 4K TV 或 4K 超高清电视的术语。 为什么需要 4K 视频? 因为电视屏幕和电脑显示器变得越来越大，分辨率也在逐步提高，我们相信 4K 显示设备终将会成为大 众的选择，所以 4K 视频的重要性不言而喻。4K 的总像素数量是 1080p(全高清 FHD: Full High Definition)的 4 倍，更多的像素数量意味着更多的细节。虽然 1080p 的视频在 65 英寸的电视或者 34 英寸的电脑显示器上的表现还不错，但是 4K 视频在这些设备上可以表现的更好，在更大的屏幕会更加 的优于 1080p 视频。即使在相同尺寸的显示设备上，4K 显示设备的画面质量也会因为像素密度的提高 而变得更加生动和细腻。  随着 4K 可用性的不断提高，大大改善了大屏幕应用程序的视频、图像的显示效果，并且会极大的减少 用户看⻅像素躁点的情况，这意味着文本、图像有着更平滑的边缘，从而获得沉浸式的观看体验，除非 您非常靠近显示设备。 视频分辨率和像素数量 其他方面4K 视频源和 4K 显示设备对于提升观看视频体验确实有很大的帮助，除此之外，网络速度、视频的解 码性能、色彩一致性、对比度、亮度、屏幕尺寸、环境光等等都是影响观看视频体验的重要因素。如果 您想要打造或者寻找一个满意的环境去观看视频，这些因素都需要考虑进去。 常⻅问题1.视频的码率/比特率是什么? 比特率指单位时间内传输送或处理的比特(bit)的数量。比特率经常在电信领域用作连接速度、 信息传输速率和数字带宽容量的同义词。常⻅单位为 bit/s(非正式缩写为 bps: bit per second)、kbps(kilo, 1kbps=1000bps) 、 Mbps(Mega, 1Mbps=1000kbps) 、 Gbps(Giga, 1Gbps=1000Mbps)。通常视频比特率越高，每秒传送数据就越多，画质就越清晰，但是这不 是绝对的。 2. 视频中的帧率是什么? 3.显示设备的物理分辨率和逻辑分辨率指的是什么? 物理分辨率指显示设备固有的分辨率，不可改变。物理分辨率又称为硬件分辨率、原生分辨率 等等。显示设备厂商宣传的 4K 分辨率指的就是设备的物理分辨率，物理分辨率下的像素点亦 称为物理像素点。常说的显示器坏点、暗点、亮点都是指某些物理像素点有缺陷，不能正常工 作。 逻辑像素点是软件(通常是操作系统)把多个物理像素点按照某种比例重新划分形成一个虚拟 的像素点，逻辑分辨率则是由这些逻辑像素点形成。由于物理像素点的划分比例是可变的，因 此逻辑分辨率也是可变的。因为物理像素点是显示设备的最小显示单元(物理像素点并不是最 小的发光单元)，所以逻辑分辨率通常小于或等于物理分辨率。当 UI 设计师指着屏幕说这里多 了 1 像素时，这里的像素指的是逻辑像素。 4. PPI、DPI 是什么意思?  DPI(dots per inch)表示每英寸可显示或输出的点数量，通常用于打印机领域。 5. 显示设备的物理分辨率和逻辑分辨率之比不是整数会怎么样?  假设有一个物理分辨率为 6×6，逻辑分辨率为 3×3 的显示设备。此时的物理分辨率和逻辑分辨 率之比是整数 2(这里只计算横向比率)，在显示设备上绘制黑色的字母“Y”(没有抗锯 ⻮)，结果如上图所示。  那如果此时的物理分辨率和逻辑分辨率之比是 1.5，绘制结果会是上图这样吗?答案是否定 的，我们之前有提过“物理像素点是显示设备的最小显示单元”，因此一个物理像素点不可能同 时显示白色和黑色。  最终的绘制结果如上图，介于黑色和白色之间的灰色会填充既要显示白色也要显示黑色的像素 点。显示一个文字需要许多物理像素点同时工作，因此在实际使用中，用户不会感受到明显的 颜色差异，但字体会有模糊、发虚等明显的不舒适感，在低 PPI 的显示设备上尤为明显。 6. 显示设备的刷新率和视频 FPS 之比不是整数会怎么样? 假设显示设备的刷新率为 60Hz，视频的 FPS 为 24。显示设备的第 1、2 帧显示视频的第 1 帧，显示设备的第 3、4、5 帧显示视频的第 2 帧，显示设备的第 6、7 帧显示视频的第 3 帧， 如此循环，这种方式在电视、电影领域被称为 2:3 pull down，结果如下图所示，还有另一种 较少使用的 3:2 pull down 方式，原理和 2:3 pull down 一样，不再累述。  7. 视频参数中常⻅ YUV 是什么?  8. 视频的分辨率、帧率、码率之间有什么关联? 码率 = 视频分辨率的横向数值 × 视频分辨率的纵向数值 × 单个像素的比特率 × 帧率 对于一个 30FPS 采用 YUV422 格式的 1080p(1920×1080)视频而言，码率是 1920 × 1080 × 16 × 30 = 995328000𝑏𝑝𝑠 = 995.328𝑀𝑏𝑝𝑠，可⻅其数据量之大，不压缩根本无 法在网上观看。经过压缩处理后的视频，码率会大大降低，便于网络观看和传播。 9. 使用 1080p 的显示设备观看 4K 视频会获得更好的观感体验吗? 难以断定，取决于每个人的观感、视频源、外部设备等诸多因素。我们上面提到了影响观看体 验的一些因素，而这些因素均能影响观看体验，并且每个人的画面敏感度也不是完全相同的。 根据自己的网络情况，亲自尝试，然后选择适合自己当前设备的清晰度即可。 10. 全景视频是什么? 全景视频，又被称为 360°视频，是一种同时记录全方位视⻆画面的视频。素材通常是通过全景 摄像机捕捉，摄像机同时对同一空间下的物体进行多⻆度拍摄，将全景画面组合成视频。在播 放全景视频时，用户的视⻆处于相机的位置，可以通过切换用户视⻆来观看其他方位的画面。 11. 全景视频和 Web XR(AR and VR)有什么关系? VR(Virtual Reality) 译为虚拟现实，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户 关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以即时、没有限制地观察三维空间内的 事物。 Web XR 是 Web 端 AR 和 VR 的混合物。通过定义来看，Web XR 的发展可能更接近混合现实 (Mixed Reality, 代表产品是 Microsoft HoloLens)。 12. 4K 视频为什么更加容易卡顿? 13. B 站的 Web 端为什么不使用 H.265(HEVC, High Efficiency Video Coding)编解码?  直到最近，H.264(也称为 AVC: Advanced Video Coding)还是用于优化质量和减小文件大 小的首选编解码器。相较于 AVC，升级到 HEVC 要求更高的计算能力，但效率要高得多，并且 以更低的比特率提供更好的视频质量。H.265 视频编解码器在 2017 年苹果全球开发者大会 (WWDC) 上达到了全球影响的临界点，苹果公司宣布 HEVC 编解码器为“下一代视频编解码 器”。 由于对 HEVC 的承诺，并且大多数移动芯片组中的硬件在发布时已经支持 HEVC 视频编 码，视频提供商了解到，HEVC 编解码器已成为流视频的新视频压缩标准。 HEVC 比 AVC 的效率大约高出 40%。这就意味着，用户将会看到启动速度有 40% 的大幅提 升，并且，当播放器完全适应其方式后，用户将会看到内容质量也有 40% 的提升。使用 HEVC 编解码器，可以在与 AVC 相同的带宽下获得更高的视频质量，或者可以使用 AVC 的一 半带宽提供相同的视频质量。 好处说了这么多，那 Web 端为什么不用呢? 上图展示了 Web 端浏览器的支持情况，其中绿色表示支持，红色表示不支持，浅绿色表示硬件 支持即可支持，可以看出只有部分 IE11、Edge 和 Safari 浏览器原生支持 HEVC。在浏览器不支 持的情况，只能通过其他手段实现软件解码，软件解码 4K HEVC 视频速度慢，占用较高的 CPU，增加移动设备的功耗，减少电池的可使用时⻓，在移动笔记本或配置较低的设备上表现 较差，因此 Web 端暂时没有大规模使用 HEVC。我们将会在原生支持 HEVC 的浏览器上试点 使用 HEVC 编解码，敬请期待! |
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