多数消费者无法分辨8K与4K的区别

本文为媒矿工厂编译的技术文章

原标题：8K vs 4K TVs: Double-blind study by Warner Bros. et al reveals most consumers can’t tell the difference

原文链接：https://www.techhive.com/article/3529913/8k-vs-4k-tvs-most-consumers-cannot-tell-the-difference.html

原作者：Scott Wilkinson

翻译整理：甘文耀

介绍

我一直认为8K显示器的价值不在于增加的像素数。在正常的座位距离下，人眼在屏幕上能辨别的分辨率是有限度的，增加超过这个限度的像素密度并没有任何好处。

但是，这一限制到底在哪里呢？更具体地说，在正常观看条件下，8K显示器在感知细节方面是否比4K显示器更有优势？华纳兄弟最近与皮克斯、Amazon Prime Video、LG和American Society of Cinematographers (ASC)合作，精心设计了一个双盲研究以观察人们是否能通过各种内容辨别4K和8K之间的差异。

在本文中，“4K”指的是3840x2160的分辨率，“8K”指的是7680x4320的分辨率。这些定义可能有些用词不当；从技术上讲，“4K”实际上是指4096x2160，“8K”是指8192x4320。但是这些术语已经被消费电子行业合作应用于相应的电视分辨率，所以我将在这里使用它们。

内容选择和准备

总共准备了7个片段，每个片段都是原生8K，大约10秒长，没有压缩。华纳兄弟的Dunkirk的两个片段（70mm胶片的8K扫描）包括一个角色的特写镜头和一个海滩的广角镜头。皮克斯的Brave和A Bug’s Life动画片段使用8K渲染。亚马逊真人版系列电影The Tick的两个片段，一个在山洞里，另一个在宇宙飞船里，都是用一台8K的Red数字电影摄像机拍摄的，是斯泰西·斯皮尔斯拍摄的自然片段。

所有七个片段也都是原生的HDR视频并使用HDR10编码。图1列出了每个片段的HDR10统计信息。

图1 所有七个片段都用HDR10编码。此表显示每个片段的MaxFALL (Maximum Frame Average Light Level)和Max CLL (Maximum Content Light Level)。这些片段代表了广泛的平均和最大亮度级别。

使用行业标准的Nuke后期制作软件将每个片段降采样到4K。然后使用Nuke的cubic滤波器将4K片段上采样到8K，该滤波器将每个像素复制四次再进行平滑，所以上采样后的片段虽然装在8K容器中，但是实际为4K的内容。

为什么要将4K版本上采样到8K？因为这两个版本将以随机的方式在同一个8K显示器上播放，为了无缝播放每个片段的4K和8K版本，并且不会因为切换分辨率导致触发显示器立即显示输入信号的分辨率，两者都必须在显示器上“看起来”为8K。

试验设备和流程

如图2所示，显示所有片段的显示器是一台LG 88Z9 88-inch 8K OLED电视。所有片段都加载到带有Intel 18核i9 CPU、固态硬盘RAID存储和Nvidia 1080Ti GPU的Windows PC上。BlackMagic 8K Pro视频接口通过4个12G SDI连接将视频发送到4个AJA Hi5-12G SDI-to-HDMI转换器，输出HDMI 2.0。四个转换器将HDMI 2.0发送到Astrodesign SD-7075，后者将其转换为一个HDMI 2.1比特流发送到电视。

图2 回放系统需要庞大的硬件来处理未压缩的8K画面。

未压缩文件以DPX professional格式和每秒24帧的速度传送。它们在BT.2100的编码精度为10比特。BT.2100使用BT.2020色域和PQ EOTF（电光传输函数）；这是HDR10的标准。这些文件需要至少3GBs的持续文件读取速率，这就是需要如此庞大的硬件系统的原因。

共有139人参加了为期三天的研究。每场有5名参与者，持续约30分钟。两名参与者在前排，离屏幕约5英尺，三名在后排，离屏幕约9英尺。距离屏幕7英尺等于两个屏幕高度，国际电信联盟（ITU）已经确定，无论屏幕大小，7英尺是家庭的平均观看距离。

在每个场次中，每个片段的4K和8K版本按三个序列播放。在其中两个序列中，4K和8K版本被随机分配了标签“A”和“B”，并以交替的方式播放了两次，即A-B-A-B，之后，参与者在评分表上指出哪一个看起来更好（见图3）。在第三个序列中，4K版本播放了四次，尽管参与者仍然看到标签“A”和“B”交替出现，并像以前一样给他们打分。这提供了一个控制组，以确保更稳健的统计数据。

图3 参与者在看到每个序列后输入一个分数，表示a或B是否slightly better、better、much better或者the same。

在每个场次中，参与者从一个片段中看到一个序列，然后从另一个片段中看到一个序列，依此类推，直到所有21个序列都呈现出来。在任何时候，他们都没有看到来自同一片段的两个序列一个接一个地播放。

视力测试

在测试开始之前，每个参与者都会被评估他们的视力，毕竟，如果他们没有感知精细细节的能力，这项研究将是毫无意义的。所有人都接受了标准视力测试，使用的是验光室的Snellen眼图。

一种量化视力的方法是用两个数字来表示“20/X”，其中20/20被认为是正常的；也就是说，在20英尺的距离上，20/20视力的人可以分辨出与该距离上正常视力的人相同的细节水平。20/200的视力意味着，在20英尺的距离上，你可以分辨出和正常人在200英尺的距离上分辨的细节，说明视力差。相反，20/10的视力意味着，在20英尺的距离上，你可以分辨出与正常人在10英尺的距离上分辨出的细节，说明视力好。

正如我对这项研究所希望的那样，大多数参与者的视力都在20/20或更好（见图4）：27%的人比20/20好，34%的人为20/20，39%的人比20/20差，视力差的绝大多数人是20/25或20/30。

图4 大多数参与者视力在20/20或以上。

结果

分数以几种方式制成表格。在所有结果的平均值中，对8K片段的评级为“略好于4K片段”（见图5左半部分）。平均值不超过0.252，是“slightly better”的四分之一。在图5右半部分中还可以看到具有20/20或更高视力的参与者的平均结果。在这种情况下，某些片段的平均值略微偏向8K，而其他片段的略微偏低。

图5 在所有结果的平均值（左）中，8K版本被评为“marginally slightly better”。在20/20或更高视力的参与者（右）的平均结果中，平均值略有变化，但不显著。

从坐在前排的20/10视力的参与者的平均结果来看（见图6），8K版本的两个片段——A Bug’s Life和斯泰西·斯皮尔斯的自然片段得分要高得多，正好在“slightly better”的附近。其他片段仍然偏向略小。这组参与者的结果被特别强调，是因为根据对视力极限的更技术和更精确的表达，他们能够在88英寸的屏幕上完全分辨出该距离处的8K分辨率。

图6 坐在前排（离屏幕5英尺）的20/10视力的参与者的平均结果显示，来自A Bug’s Life和斯泰西·斯皮尔斯自然片段的评分高于其他片段，但仍然“slightly better”4K。

以不同的方式统计这些数字，将所有“slightly better”、“better”和“much better”回答合并成一个“better”的分数。据华纳兄弟公司技术副总裁、研究报告作者之一的Michael Zink说，“我们的目标是消除这种细微差别。对一个人来说“slightly better”的东西可能对另一个人来说是“much better”。最核心的是，我们希望看到在任何级别上得分“相同”和“更好”的人之间的区别。

图7的左半部分描绘了结果数据的另一有趣的视图。图中显示了4K看起来比8K好，两个版本看起来一样，8K看起来比4K好的结果分布。有趣的是，斯泰西·斯皮尔斯的自然片段的分数分布不同于其他片段，更多的结果将8K版本评定为比4K版本好。

图7：左边的图表显示了对4K版本的评分高于8K版本（蓝色），对两个版本的评分相同（橙色），对8K版本的评分高于4K版本（绿色）的分数分布。右边的图表显示了当每一边的三个不同等级的“better”聚集成一个单独的“better”分数时的结果。

我很惊讶看到这么对人对4K版的评分比8K版好。当我问Michael Zink这个问题时，他回答说：“我相信你看到很多人评价‘4K比8K好’的原因是，他们真的看不到区别，只是在猜测。更有趣的一点是，除了第7段以外的所有片段，大多数人的得分都是’4K和8K一样‘，’8K比4K好‘是得分第二最高的选项。对于片段7来说是不同的，大多数人的得分都是‘8K比4K好’，这是一个有趣的结果“。

结论

当然，Zink和他的同事从这些结果中得出了一些结论。一方面，在典型的观看条件下，将空间分辨率从4K提高到8K并不能显著改善视觉效果。而且，感知上的差异在某种程度上取决于内容；特别是斯泰西·斯皮尔斯的自然片段中8K分数高于4K，可能是因为它有很多高频细节。

这项研究没有解决的一个问题是，显示技术是否对8K的识别能力有影响，如果显示器是8K液晶电视而不是OLED，结果会有什么不同吗？我不这么认为，但这需要另一个研究来客观地确定。

也许最重要的是，感知差异取决于视力和座位距离。排在第一排的20/10敏锐度的参与者自信地评价了8K版本的A Bug’s Life和自然片段优于4K版本。另一个辅助结论是，国际电联可能希望修改其关于视距的建议，将视力为20/10或20/15的观众包括在内。

这项研究支持这样一种观点，即8K在感知细节方面仅略优于4K，并且只有在离屏幕较近的距离上且具有良好的视力。否则，4K提供的细节是绝大多数消费者所能感知到的。即便如此，我相信电视制造商将继续生产8K电视，并将这种分辨率降低到他们的中档型号，就像4K电视刚问世时那样，我怀疑制片厂很快会用原生8K制作很多内容。8K电视显示上采样的低分辨率视频会带来多好的效果，或许这可以成为另一项研究的主题。