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YUV420破解真假HDMI2点0之谜

在上一期我们给大家详细列出了目前国产HDMI2.0液晶电视的品牌和型号,一些细心的朋友或许会看到很多电视机的备注一栏中写着“YUV420”。那么问题来了,YUV420到底是什么?为什么它会出现在HDMI2.0的备注之中?

事实上,对于很多4K电视机而言,YUV420是一个让它们在不配置HDMI2.0前提下实现4K60Hz画面的关键因素。它是一种技术,但它同时也成为了不少厂商混淆视听的手段。现在,就让我们一起来了解YUV420和HDMI之间的联系吧!

非HDMI2.0输出4K60Hz?早有先例

对于大多数人的认知而言,想要在4K电视或者显示器上输出4K60Hz,那么输出端和输入端都必须支持HDMI2.0才行(DP接口不在此文讨论之中)。但事实上,早有厂商实现了在非HDMI2.0接口下输出4K60Hz画面。

NVIDIA在2013年曾经推出过一款驱动程序,利用这款驱动程序,NVIDIA的显卡可以在HDMI1.4接口下输出4K60Hz的画面,这在当时可算是一个轰动事件(当然,现在NVIDIA的Maxwell核心显卡都配置了真正的HDMI2.0接口,所以这一技术在Maxwell核心显卡上意义不是很大了)。

开普勒显卡在驱动支持下可以实现HDMI1.4接口输出4K60Hz的画面

无偶的是,索尼早期的4K电视配置的是HDMI1.4接口,并不支持4K分辨率下60Hz的刷新,但是在一段时间后像X9000A(2013年索尼旗舰电视机)这样的产品在介绍中都特别标注了自己可达到的分辨率为“3840×2160/60fps/8Bit/YUV420”。

有趣的是,在2014年索尼的4K新品中,索尼宣布使用HDMI2.0,但事实上多数人在购买了索尼的4K电视后,都发现自己无法在正常情况下将分辨率设置在4K60Hz。

索尼在2014年的4K新品中明确使用HDMI2.0,但要达到4K60Hz则需要YUV420

在这种情况下,自然有消费者感到疑惑,为什么HDMI1.4的接口能输出4K60Hz,而写明了HDMI2.0的产品却不支持4K60Hz?到底是我们不了解HDMI2.0还是HDMI有其他猫腻?事实上答案很简单,这一切都要归功或者说是归罪于YUV420!

YUV420,4K分辨率下的带宽游戏

在具体解释什么是YUV420,以及它和HDMI之间的联系之前,让我们先了解一下在4K分辨率下正常输出60Hz刷新率所需要的必要条件。

一般来说,视频信号的规范能否实现,主要取决于带宽。以最普通的3840×2160分辨率为例,色深我们采用常见的8bit,那么RGB三原色就是24bit,要达到60Hz的刷新,我们需要的带宽就是3840×2160×24×60=11.94Gbps。考虑到HDMI信号传输的机制以及8bit/10bit的编码方式,通常实际效率是理论效率的80%,也就是说正常情况下,我们要输出4K60Hz的带宽为11.94Gbps/0.8=14.925Gbps。HDMI1.4的带宽为10.2Gbps,HDMI2.0的带宽为18Gbps,所以理论上HDMI1.4是无法输出4K60Hz的,只有HDMI2.0才可以。

那么如何才能让HDMI1.4也能输出4K60Hz呢?从技术原理而言就只能降低4K60Hz这一目标所需的带宽了。既然分辨率和刷新率都已经固定,厂商就只能从色深上下功夫,如果RGB三原色24bit的色深能降低一半,那么HDMI1.4就能满足4K60Hz所需要的带宽了。而YUV420正是实现这一目标的手段。

YUV是一种颜色编码的方式,在欧洲电视以及我国电视的制式上都有使用。YUV的原理很复杂,这里我们不过多解释。YUV420其实就是一种颜色压缩方式,它以4:2:0的方式对颜色进行压缩,水平方向和垂直方向的压缩率都是2:1。采用YUV压缩方式之后,这样原本RGB三原色24bit,就变成了8+8/4+8/4=12bit。那么在这种压缩格式下,4K60Hz所需要的带宽就只要3840×2160×12×60/0.8=7.465Gbps了。这个带宽已经低于HDMI1.4的带宽,让HDMI1.4输出4K60Hz也就成为了现实。

答案已经很明显了,无论是索尼电视也好,NVIDIA的显卡也好,要在HDMI1.4下实现4K60Hz,那么它输出和输入端都必须支持YUV420的编/解码格式才行。由此我们也可以反证出,如果只能在YUV420下才能输出4K60Hz的电视,那么它们采用的HDMI接口实际上都不是真正的HMDI2.0接口。

压缩的4K60Hz,想说爱你不容易

YUV420格式的图像,相比正常的图像,是经过压缩的。所以YUV420格式的图像比正常图像有一定的差距,这主要体现在色彩和清晰度上。

YUV420的图像在色彩准确度上有所不足,同时显示的图片和文字都相比正常的图像要更为模糊。不过两者之间的差异在实际体验中用肉眼来观察并不明显,如果是在看电影或者玩游戏的时候,恐怕根本没人会注意到。

采用YUV420输出时,蓝色和红色字体会变得模糊

那么肯定就会有人说:既然两者在应用中体验差别不大,那么大家都用YUV420输出4K不就结了?如果真是这样,那么索尼也不会煞费苦心在2015年新的4K电视中全线采用真HDMI2.0接口了……

NVIDIA早就说过,YUV420虽然可以让HDMI1.4输出4K60Hz,但是显示设备的HDMI1.4标准和扩展显示识别比较混乱,所以不是每一款HDMI1.4显示设备都支持YUV420的画面输入;同时除了NVIDIA显卡,也很少有设备可以直接输出经过压缩的YUV4204K画面。我们总不能要求每一个用户都购买NVIDIA显卡和支持YUV420输入的4K电视机吧?

这就是为什么这么多人在购买一些厂商所谓的HDMI2.0电视,却无法正常输出4K60Hz画面的真实原因,因为这些电视只是能够在YUV420格式下实现4K60Hz,就可以自夸采用了HDMI2.0。而正是由于读者对这部分知识的不了解以及相关产品的缺失,厂商才能肆无忌惮地进行虚假宣传,毕竟现在真正支持4K60Hz输出的设备实在太少了,用户很难去分辨自己买到的产品是不是HDMI2.0。

索尼以及海信等厂商在一些产品中号称自己采用了HDMI2.0接口,但也说明了是使用YUV420来达到4K60Hz的画面;而像一些争议较大的电视产品,比如同样宣传自己是HDMI2.0的PPTV-P50以及联想的17TV,却从来没有给用户具体说明过,这也造成了一些用户在应用中无法将画面设置到4K60Hz,从而导致了用户的疑惑和不满!

教你如何利用HDMI1.4实现4K60Hz输出

买到这类“假”HDMI2.0电视的用户,在未来自然无法在正常情况下,支持HDMI2.0设备输出到4K60Hz。不过所幸的是,目前HDMI2.0的设备并不多,而真正有4K60Hz需求的用户基本都是接驳PC用于游戏,毕竟电影是不需要这么高的刷新率。所以如果用户拥有一块NVIDIA的显卡,那么还是可以在电视上实现YUV420图像的4K60Hz输出,这样玩游戏其实和真HDMI2.0电视相比也没有多大差异。这里我们简单介绍一下实现的方式。

首先用户要将NVIDIA的显卡驱动升级到340.43版本以上,然后再使用HDMI1.4线缆连接好NVIDIA显卡和电视。打开NVIDIA的驱动,进入驱动的“应用以下增强功能”一栏,将“数字颜色格式”从默认的“YCbCr444”改为“YCbCr420”。如果用户的4K电视没有真正的HDMI2.0接口,但支持YUV420图像输入,那么此时分辨率一栏中就会出现“3840×2160 60Hz”的选项,选中确定即可。

将数字颜色格式改为YCbCr420就可以了

编辑观点

技术不能拿来忽悠用户

平心而论,利用YUV420压缩图像,让非HDMI2.0也可以输出4K60Hz是一项相当有趣的技术。但是我们不认为在HDMI2.0设备尚不普及之际,拿这样的技术用以虚假宣传,特别是宣传自己本不存在的配置规格是一个正常合理的事。

诚然,在目前HDMI2.0并没有太多用武之地,即便是YUV420的压缩格式,直接支持画面输出的产品也相当少,而且大多数消费者也很难识别自己买的电视是不是HDMI2.0,这种手段被大众识破的可能性相对较低。但就像我们所说,这本质上就是一种欺骗,是一种忽悠用户的方式。

我们希望家电厂商们能用一种更直接更透明的方式来告诉大众自己产品的功能和特点,而不是将产品的销售寄托在用户对信息和技术的不了解上,毕竟有道德和良知的厂商,才能经得起时间的考验!

本文出自2015-07-27出版的《电脑报》2015年第29期 A.新闻周刊 (网站编辑:ChengJY)

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