前言
我們在科技資訊以及電腦顯示器、數字電視等電子產品的宣傳語中，經常能夠看見4K的字樣。最近，B站（嗶哩嗶哩）升級了HTML5播放器和視頻雲等相關服務，為廣大用戶提供了超高清（UHD: Ultra High Definition）的視頻體驗。借此機會，我們向大家科普下4K分辨率的相關知識，同時解答下大家可能會遇到的相關疑問。
什么是4K？
4K分辨率，或簡稱4K（Kilo），是指顯示設備或顯示內容的水平分辨率在4000像素左右。達到4K分辨率的視頻，我們稱之為4K視頻。常見的4K分辨率有3840 × 2160和4096 × 2160，在不同的多媒體領域，使用的標准也各不相同。某些4K分辨率，比如：3840 × 2160，也常被稱為2160p（progressive scan），它是指顯示設備或顯示內容的垂直方向有2160條水平掃描線。
分辨率是一個術語，它表示的是這些小點（像素）在顯示屏上的密集程度。一個個像素聚集在一起構成了您在屏幕上看到的圖像，因此像素數越高，分辨率就越高。
在電視行業中，不同的品牌使用不同的表達方式或詞匯來表達同一件事，比如Ultra HD、4K TV、Ultra High Definition TV 和4K UHD TV。隨着時間的推移，電視行業發現“4K”一詞對消費者來說簡單、直觀，因此開始越來越多地品牌選擇使用這個詞匯。如今，大多數制造商和分銷商都在使用4K TV或4K超高清電視的術語。
為什么需要4K視頻？
因為電視屏幕和電腦顯示器變得越來越大，分辨率也在逐步提高，我們相信4K顯示設備終將會成為大眾的選擇，所以4K視頻的重要性不言而喻。4K的總像素數量是1080p（全高清FHD: Full High Definition）的4倍，更多的像素數量意味着更多的細節。雖然1080p的視頻在65英寸的電視或者34英寸的電腦顯示器上的表現還不錯，但是4K視頻在這些設備上可以表現的更好，在更大的屏幕會更加的優於1080p視頻。即使在相同尺寸的顯示設備上，4K顯示設備的畫面質量也會因為像素密度的提高而變得更加生動和細膩。
隨着4K可用性的不斷提高，大大改善了大屏幕應用程序的視頻、圖像的顯示效果，並且會極大的減少用戶看見像素噪點的情況，這意味着文本、圖像有着更平滑的邊緣，從而獲得沉浸式的觀看體驗，除非您非常靠近顯示設備。
視頻分辨率和像素數量
| 視頻分辨率 | 像素數量（單位：百萬像素） |
|---|---|
| 1080p (1920×1080) | ~2.1 megapixels |
| 4K (3840×2160 or 4096×2160) | ~8.5 megapixels |
| 8K (7680×4320) | ~33.2 megapixels |
其他方面
4K視頻源和4K顯示設備對於提升觀看視頻體驗確實有很大的幫助，除此之外，網絡速度、視頻的解碼性能、色彩一致性、對比度、亮度、屏幕尺寸、環境光等等都是影響觀看視頻體驗的重要因素。如果您想要打造或者尋找一個滿意的環境去觀看視頻，這些因素都需要考慮進去。
常見問題
- 視頻的碼率/比特率是什么？
比特率指單位時間內傳輸送或處理的比特（bit）的數量。比特率經常在電信領域用作連接速度、信息傳輸速率和數字帶寬容量的同義詞。常見單位為bit/s(非正式縮寫為bps: bit per second)、kbps(kilo, 1kbps=1000bps)、Mbps(Mega, 1Mbps=1000kbps)、Gbps(Giga, 1Gbps=1000Mbps)。通常視頻比特率越高，每秒傳送數據就越多，畫質就越清晰，但是這不是絕對的。
- 視頻中的幀率是什么？
幀率（frames per second or FPS）是用於測量顯示幀數的量度。一般用於描述影片、視頻拍攝、計算機繪圖、游戲和動畫系統，通常使用FPS或Hz作為單位。例如：常見的視頻幀率有24FPS、25FPS、30FPS、60FPS，常見的顯示器刷新率有60Hz、120Hz、144Hz。通常幀率越高，畫面運動越流暢。
- 顯示設備的物理分辨率和邏輯分辨率指的是什么？
物理分辨率指顯示設備固有的分辨率，不可改變。物理分辨率又稱為硬件分辨率、原生分辨率等等。顯示設備廠商宣傳的4K分辨率指的就是設備的物理分辨率，物理分辨率下的像素點亦稱為物理像素點。常說的顯示器壞點、暗點、亮點都是指某些物理像素點有缺陷，不能正常工作。
邏輯像素點是軟件（通常是操作系統）把多個物理像素點按照某種比例重新划分形成一個虛擬的像素點，邏輯分辨率則是由這些邏輯像素點形成。由於物理像素點的划分比例是可變的，因此邏輯分辨率也是可變的。因為物理像素點是顯示設備的最小顯示單元（物理像素點並不是最小的發光單元），所以邏輯分辨率通常小於或等於物理分辨率。當UI設計師指着屏幕說這里多了1像素時，這里的像素指的是邏輯像素。
- PPI、DPI是什么意思？
PPI（pixels per inch） 表示每英寸包含的物理像素數量，用於衡量顯示設備的像素密度，通常用於電子顯示設備。PPI越高顯示效果越好，越不容易出現像素噪點，用戶對不同類型的顯示設備要求也各不相同。常用的PPI計算公式
（當發光單元的排列方式不同時，PPI計算公式也會有所差異），其中length和width是顯示設備的橫向物理像素和縱向物理像素，size是顯示設備的尺寸。
DPI（dots per inch）表示每英寸可顯示或輸出的點數量，通常用於打印機領域。
- 顯示設備的物理分辨率和邏輯分辨率之比不是整數會怎么樣？
假設有一個物理分辨率為6×6，邏輯分辨率為3×3的顯示設備。此時的物理分辨率和邏輯分辨率之比是整數2（這里只計算橫向比率），在顯示設備上繪制黑色的字母“Y”（沒有抗鋸齒），結果如上圖所示。
那如果此時的物理分辨率和邏輯分辨率之比是1.5，繪制結果會是上圖這樣嗎？答案是否定的，我們之前有提過“物理像素點是顯示設備的最小顯示單元”，因此一個物理像素點不可能同時顯示白色和黑色。
最終的繪制結果如上圖，介於黑色和白色之間的灰色會填充既要顯示白色也要顯示黑色的像素點。顯示一個文字需要許多物理像素點同時工作，因此在實際使用中，用戶不會感受到明顯的顏色差異，但字體會有模糊、發虛等明顯的不舒適感，在低PPI的顯示設備上尤為明顯。
- 顯示設備的刷新率和視頻FPS之比不是整數會怎么樣？
假設顯示設備的刷新率為60Hz，視頻的FPS為24。顯示設備的第1、2幀顯示視頻的第1幀，顯示設備的第3、4、5幀顯示視頻的第2幀，顯示設備的第6、7幀顯示視頻的第3幀，如此循環，這種方式在電視、電影領域被稱為2:3 pull down，結果如下圖所示，還有另一種較少使用的3:2 pull down方式，原理和2:3 pull down一樣，不再累述。
- 視頻參數中常見YUV是什么？
YUV（明亮度Y、色度U、濃度V），是一種顏色編碼方法。常使用在各個影像處理組件中。 YUV在對照片或影片編碼時，考慮到人類的感知能力，允許降低色度的帶寬。通俗的講，使用YUV編碼視頻可以減少視頻的體積。
| 顏色編碼方式（8bits format） | 單個像素的比特率（bpp: bits per pixel） |
|---|---|
| YUV444 | 32 bits |
| YUV422 | 16 bits |
| YUV420 | 16 bits |
| YUV420 | 12 bits |
| RGB | 24 bits |
| RGBA | 32 bits |
- 視頻的分辨率、幀率、碼率之間有什么關聯？
對於一個30FPS采用YUV422格式的1080p（1920×1080）視頻而言，碼率是
，可見其數據量之大，不壓縮根本無法在網上觀看。經過壓縮處理后的視頻，碼率會大大降低，便於網絡觀看和傳播。
- 使用1080p的顯示設備觀看4K視頻會獲得更好的觀感體驗嗎？
難以斷定，取決於每個人的觀感、視頻源、外部設備等諸多因素。我們上面提到了影響觀看體驗的一些因素，而這些因素均能影響觀看體驗，並且每個人的畫面敏感度也不是完全相同的。根據自己的網絡情況，親自嘗試，然后選擇適合自己當前設備的清晰度即可。
- 全景視頻是什么？
全景視頻，又被稱為360°視頻，是一種同時記錄全方位視角畫面的視頻。素材通常是通過全景攝像機捕捉，攝像機同時對同一空間下的物體進行多角度拍攝，將全景畫面組合成視頻。在播放全景視頻時，用戶的視角處於相機的位置，可以通過切換用戶視角來觀看其他方位的畫面。
- 全景視頻和Web XR（AR and VR）有什么關系？
AR(Augmented Reality) 譯為增強現實，是指透過攝影機影像的位置及角度精算並加上圖像分析技術，讓屏幕上的虛擬世界能夠與現實世界場景進行結合與交互的技術。
VR(Virtual Reality) 譯為虛擬現實，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關於視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身歷其境，可以即時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。
Web XR是Web端AR和VR的混合物。通過定義來看，Web XR的發展可能更接近混合現實（Mixed Reality, 代表產品是Microsoft HoloLens）。
目前看來，全景視頻和Web XR沒有太大關系。
- 4K視頻為什么更加容易卡頓？
通常4K視頻的碼率要比1080p的更高，這味着每秒傳送數據更多，對網絡帶寬的要求也更高。當您的網絡帶寬無法滿足4K視頻要求時，就會產生網絡卡頓，此時我們建議您切換到1080p或者自動清晰度。對於4K@30Hz的視頻需要滿足至少 15Mbps的穩定帶寬。
除此之外，隨着視頻碼率的提升，對用戶機器的視頻解碼性能也有着更高的要求。當您的機器視頻解碼性能不足時，也會產生卡頓。
- B站的Web端為什么不使用H.265(HEVC, High Efficiency Video Coding)編解碼？
直到最近，H.264（也稱為AVC: Advanced Video Coding）還是用於優化質量和減小文件大小的首選編解碼器。相較於 AVC，升級到 HEVC要求更高的計算能力，但效率要高得多，並且以更低的比特率提供更好的視頻質量。H.265 視頻編解碼器在 2017 年蘋果全球開發者大會 (WWDC) 上達到了全球影響的臨界點，蘋果公司宣布 HEVC 編解碼器為“下一代視頻編解碼器”。 由於對 HEVC 的承諾，並且大多數移動芯片組中的硬件在發布時已經支持 HEVC 視頻編碼，視頻提供商了解到，HEVC 編解碼器已成為流視頻的新視頻壓縮標准。
HEVC 比 AVC 的效率大約高出 40%。這就意味着，用戶將會看到啟動速度有 40% 的大幅提升，並且，當播放器完全適應其方式后，用戶將會看到內容質量也有 40% 的提升。使用 HEVC 編解碼器，可以在與 AVC 相同的帶寬下獲得更高的視頻質量，或者可以使用 AVC 的一半帶寬提供相同的視頻質量。
好處說了這么多，那Web端為什么不用呢？
上圖展示了Web端瀏覽器的支持情況，其中綠色表示支持，紅色表示不支持，淺綠色表示硬件支持即可支持，可以看出只有部分IE11、Edge和Safari瀏覽器原生支持HEVC。在瀏覽器不支持的情況，只能通過其他手段實現軟件解碼，軟件解碼4K HEVC視頻速度慢，占用較高的CPU，增加移動設備的功耗，減少電池的可使用時長，在移動筆記本或配置較低的設備上表現較差，因此Web端暫時沒有大規模使用HEVC。我們將會在原生支持HEVC的瀏覽器上試點使用HEVC編解碼，敬請期待！
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