4K时代下的蓝光新标准 浅析Ultra HD Blu-ray

　　在跟影像相关的领域中，似乎已经到了言必提4K的状况。但如果我们留心观察就会发现为4K摇旗呐喊的更多是电视机、显示器厂商，在内容层面却乏善可陈。这是因为目前在4K资源上走在前列的并非我们熟悉的光存储，而是依托于互联网的流媒体，但宽带的速度限制了流媒体的适用范围，至少目前国内宽带的大环境支撑不起4K流媒体的普及。不过4K存储介质缺席的情况随着4K蓝光标准的发布已经得以改观，4K资源层面的发展迎来了新的曙光。

　　4K无疑是最近一两年最热门的概念之一，市场上越来越多的硬件产品—智能电视机、显示器甚至是相机，都冠以支持4K显示或4K视频录制之名。但在这股4K热潮之下，或许许多人根本没有注意到，作为传统视频存储介质的蓝光光盘却一直没有相应的标准。直到最近，蓝光光盘协会(Blu-ray Disc Association，简称BDA)才正式公布了Ultra HD Blu-ray标准，并预计在今年夏天正式开放授权，4K时代已然不远。

　　为4K而生的Ultra HD Blu-ray

酝酿了这么久的Ultra HD Blu-ray标准，自然包含了目前各种热门元素，同时相比此前Blu-ray标准的提升是全方位的。除了支持的分辨率从现在的1920×1080提升到3840×2160(也就是我们俗称的4K)，画面的帧率也提高到60fps。视频编码部分将采用我们已经很熟悉的H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)编码。相比Blu-ray标准采用的AVC编码，HEVC的算法复杂性有了大幅提升，这给它带来了更好的压缩性能。根据在多种分辨率下的对比，在保证主观画质无差异的情况下，采用HEVC编码的视频文件压缩效率能提升50%左右。对于分辨率大幅度提升的4K视频来说，HEVC更为高效的压缩效率无疑能更好地帮助它控制文件大小。新标准在色域方面也有所变化，增加了对BT.2020(也被称为Rec.2020)色彩空间的支持。此前的蓝光标准采用的是BT.709(也被称为Rec.709)色彩空间，在色域图上BT.2020涵盖的范围比BT.709大不少，这意味着BT.2020能够显示更多的色彩。连带改善的还有色彩深度，由之前的8bit提升到10bit，色彩取样则确定为4∶2∶0。

　　Ultra HD Blu-ray标准新增加的还有高动态范围(High Dynamic Range，HDR)，这意味着它能够保留画面中更多明暗细节，而不是牺牲过亮或过暗的部分，使细节呈现更为精细。从松下制作的一副色域与高动态范围示意图上可以看到，现有蓝光影片的亮度峰值约为100nit，而Ultra HD Blu-ray则将这个数值提高到1000nit~10000nit之间。可见这次Ultra HD Blu-ray并不是单纯在分辨率上做文章，它还能带给我们更加逼真艳丽、富于层次感的色彩与画面表现。从资料来看，Ultra HD Blu-ray还支持一项名为Digital Bridge的技术，蓝光光盘协会虽然没有给出其详细的应用说明，但根据它与Digital Copy相仿来推断，它的作用是让用户“跨家用和移动设备”，利用手机、平板之类的设备来观看Ultra HD Blu-ray的影片。

　　新标准加入了如此多新的元素，那么落脚到存储内容的介质—蓝光光盘上，它是如何定义的？可以看到，由于分辨率和各种技术的加入，4K蓝光光盘的容量必然有所增加。Ultra HD Blu-ray标准的蓝光光盘目前分为66GB双层光盘和100GB三层光盘两种。对比现有蓝光光盘25GB单层和50GB双层的容量，新标准下的光盘容量提升不少，这也是必然的。让我们来做个简单的计算，Ultra HD Blu-ray标准下的视频分辨率从1920×1080提升到3840×2160，那么视频文件的大小会变为原有的4倍。加上色彩深度从8bit提升到10bit，视频文件又要增加25%。以目前一部蓝光影片40GB左右的视频文件大小标准计算，4K蓝光视频文件将为40×4×1.25＝200GB，按照HEVC较AVC编码减小50%的标准看，100GB的容量是够用的。最后再来说说Ultra HD Bluray标准下的硬件设备。首先是播放设备，现有的蓝光播放器由于并不支持H.265/HEVC压缩格式解码，而且至多配备的H DMI 1.4输出接口无法达到3840×2160@60Hz的输出要求，所以并不能支持Ultra HD Blu-ray标准的蓝光光盘。倒是Ultra HD Blu-ray播放器能够向下兼容现有蓝光标准，不用担心已有的蓝光碟片无用武之地。而在显示设备方面，由于加入了HDR，这就必然对显示设备的亮度大动态范围显示能力提出了要求。由此来看，目前4K显示设备的升级不仅仅包括分辨率的提升，还要包括10bit色深度、BT.2020超广色域和高亮大动态H DR显示方面的升级，只有完全具备以上视频显示能力的设备才能完美地表现Ultra HD Blu-ray的升级。至于何时能看到相应的设备？其实早在今年年初的CES上，松下就曾展示了Ultra HD Blu-ray播放器原型机。而在Ultra HD Blu-ray标准正式公布后，相关设备的上市时间也将提速，最快在今年9月的I FA(柏林消费电子展)上，我们就有可能看到松下、三星、索尼等厂商推出的相关设备。

　　音频提升——支持Dolby Atoms和DTS：X

　　说了这么多Ultra HD Blu-ray标准的内容，你可能注意到了其中并没有提到音频部分的改变。之所以将音频部分独立出来分析，是因为相比画质方面的改进，音频部分的变化更有可能成为Ultra HD Blu-ray相比竞争对手的优势。因为Ultra HD Blu-ray的对手早已不是几年前的HD DVD，它面对的是同样采用H.265/HEVC编码格式，同时也有计划加入高帧率和HDR的4K在线流媒体。但从技术角度判断，在画质方面它们很可能存在肉眼不能分辨的差异，那么音频方面就会成为一个胜负手。

　　可以说Ultra HD Blu-ray标准在音频方面的改变是很大的。虽然大方向上Ultra HD Blu-ray仍然延续了前代的音频标准，包括Dolby和DTS的相应标准，但与此同时也都融入了它们最新的技术—Dolby Atoms(杜比全景声)和DTS：X。从技术上来看，Dolby Atoms和DT S：X很类似，都是基于对象的多维空间音频技术。所以在下一页的Tips中，我们摘取了本刊2015年2月上刊中有关Dolby Atoms技术解析的文章里的部分内容来说明它的技术特点( 详细内容请参阅该期《听，电影声音也“3D” 解读杜比全景声》)。

　　最后进行一个简单的小结，Ultra HD Blu-ray支持的这两种音频技术，能够不受固定位置的扬声器摆位或具体声道信号的束缚，它能根据回放环境的不同进行灵活调试，从而获得在该环境下最佳的音效表现。它还能够在观众周围的精确位置上营造逼真的声音效果。当然，对于家庭用户来说，首先你得搭建一套支持这两种技术的设备才行。但至少在这个方面，Ultra HD Blu-ray相比现有的4K流媒体是有优势的。

　　写在最后

　　从年中公布Ultra HD Blu-ray这一时间节点来看，最早在今年夏天、最晚在今年年底，我们就能看到支持Ultra HD Blu-ray标准的光盘以及播放设备的问世，当然其普及必定还有一段较长的过程。首先从内容端来看，如今发行蓝光影碟已成为电影在影院下线后的惯例，4K蓝光影碟什么时候能有同样的待遇？短时间内可能还不行。再者是用户端，从显示设备到播放设备的升级是必不可少的，支持4K分辨率的电视机价格倒是已经进入主流市场，而Ultra HD Blu-ray播放设备在上市初期相信价格不会便宜，4K蓝光影碟的价格也是未知数。要知道2006年第一台蓝光播放器上市时的价格是1000美元，而现在购买一台能够连接网络、并安装应用的蓝光播放器只需要100美元，Ultra HD Blu-ray的设备想达到这样的价格水平不知道需要多久。但要抢占市场，Ultra HD Blu-ray的相关产业必须提速才行，毕竟随着光纤的普及、存储介质价格的下降以及4K流媒体的高速发展，留给Ultra HD Blu-ray的时间已经很紧迫了。

　　Tips：

　　“一般来说，目前声音大多是以声道为基础。以声道为基础就是传统的多声道立体声技术，这项技术无论是制作还是实现都比较容易，在实际使用中重现也很容易。但是，这种技术对一些需要精确展示声音位置的情况来说不太适合，毕竟它过于宽泛。实际上，声音还可以紧盯某个对象，以实现对静止或者移动的对象声音的精确重现，目前这种应用还不算很多。Dolby Atoms的技术本质就是充分结合了声道音频和对象音频两者的优势，既可以使用传统的声道方式实现场景上的音效展现，又可以使用对象来精确地实现音频效果，最终结合两者优点，呈现出全包围的、全立体的音频效果。

　　Dolby Atoms相比传统的7.1声道或者5.1声道最主要的区别在于环绕声扬声器的数量和摆放位置。从位置来看，Dolby Atoms主要在观众头顶上方增加了两排音箱，这两排音箱和两侧的两排音箱联合起来组成了一个音箱矩阵，实现了声音对观众的全包围。需要重点说明的是，和之前多声道音箱分组可调完全不同的是，杜比全景声的每个音箱都是独立可调节的，这就为丰富多彩的音频变化和出色的立体效果打下了坚实的物质基础。”

　　Dolby Atoms的优势在什么地方？首先它能够实现真正的顶部声音。由于更改了扬声器的排布方位，设计了真正居于影院顶部的扬声器矩阵，因此Dolby Atoms的声音能够更为自然和谐地从顶部发出并带来逼真的效果。其次，Dolby Atoms的音质更为出色。它不再像之前一样对同一个声道的扬声器实现一组一组的控制，而是直接对每一个具体的扬声器进行控制。也就是说，声道这个概念在杜比全景声中被削弱了，每个扬声器都可以独立控制意味着每个扬声器都是独立声道，这就大大增加了声音的灵活性，提高了声音立体感，大幅度增加了声音的分隔度和结像感。在兼容性方面，Dolby Atoms实际上是多声道立体声技术的超集，因此也可以很轻松地兼容传统的5.1、7.1等多声道立体声技术。

　　文/黄佳、张臻