多數消費者無法分辨8K與4K的區別
- 2020 年 3 月 4 日
- 筆記
本文為媒礦工廠編譯的技術文章
原標題：8K vs 4K TVs: Double-blind study by Warner Bros. et al reveals most consumers can』t tell the difference
原文鏈接：https://www.techhive.com/article/3529913/8k-vs-4k-tvs-most-consumers-cannot-tell-the-difference.html
原作者：Scott Wilkinson
翻譯整理：甘文耀
介紹
我一直認為8K顯示器的價值不在於增加的像素數。在正常的座位距離下，人眼在螢幕上能辨別的解析度是有限度的，增加超過這個限度的像素密度並沒有任何好處。
但是，這一限制到底在哪裡呢？更具體地說，在正常觀看條件下，8K顯示器在感知細節方面是否比4K顯示器更有優勢？華納兄弟最近與皮克斯、Amazon Prime Video、LG和American Society of Cinematographers (ASC)合作，精心設計了一個雙盲研究以觀察人們是否能通過各種內容辨別4K和8K之間的差異。
在本文中，「4K」指的是3840×2160的解析度，「8K」指的是7680×4320的解析度。這些定義可能有些用詞不當；從技術上講，「4K」實際上是指4096×2160，「8K」是指8192×4320。但是這些術語已經被消費電子行業合作應用於相應的電視解析度，所以我將在這裡使用它們。
內容選擇和準備
總共準備了7個片段，每個片段都是原生8K，大約10秒長，沒有壓縮。華納兄弟的Dunkirk的兩個片段（70mm膠片的8K掃描）包括一個角色的特寫鏡頭和一個海灘的廣角鏡頭。皮克斯的Brave和A Bug』s Life動畫片段使用8K渲染。亞馬遜真人版系列電影The Tick的兩個片段，一個在山洞裡，另一個在宇宙飛船里，都是用一台8K的Red數字電影攝像機拍攝的，是斯泰西·斯皮爾斯拍攝的自然片段。
所有七個片段也都是原生的HDR影片並使用HDR10編碼。圖1列出了每個片段的HDR10統計資訊。
圖1 所有七個片段都用HDR10編碼。此表顯示每個片段的MaxFALL (Maximum Frame Average Light Level)和Max CLL (Maximum Content Light Level)。這些片段代表了廣泛的平均和最大亮度級別。
使用行業標準的Nuke後期製作軟體將每個片段降取樣到4K。然後使用Nuke的cubic濾波器將4K片段上取樣到8K，該濾波器將每個像素複製四次再進行平滑，所以上取樣後的片段雖然裝在8K容器中，但是實際為4K的內容。
為什麼要將4K版本上取樣到8K？因為這兩個版本將以隨機的方式在同一個8K顯示器上播放，為了無縫播放每個片段的4K和8K版本，並且不會因為切換解析度導致觸發顯示器立即顯示輸入訊號的解析度，兩者都必須在顯示器上「看起來」為8K。
試驗設備和流程
如圖2所示，顯示所有片段的顯示器是一台LG 88Z9 88-inch 8K OLED電視。所有片段都載入到帶有Intel 18核i9 CPU、固態硬碟RAID存儲和Nvidia 1080Ti GPU的Windows PC上。BlackMagic 8K Pro影片介面通過4個12G SDI連接將影片發送到4個AJA Hi5-12G SDI-to-HDMI轉換器，輸出HDMI 2.0。四個轉換器將HDMI 2.0發送到Astrodesign SD-7075，後者將其轉換為一個HDMI 2.1比特流發送到電視。
圖2 回放系統需要龐大的硬體來處理未壓縮的8K畫面。
未壓縮文件以DPX professional格式和每秒24幀的速度傳送。它們在BT.2100的編碼精度為10比特。BT.2100使用BT.2020色域和PQ EOTF（電光傳輸函數）；這是HDR10的標準。這些文件需要至少3GBs的持續文件讀取速率，這就是需要如此龐大的硬體系統的原因。
共有139人參加了為期三天的研究。每場有5名參與者，持續約30分鐘。兩名參與者在前排，離螢幕約5英尺，三名在後排，離螢幕約9英尺。距離螢幕7英尺等於兩個螢幕高度，國際電信聯盟（ITU）已經確定，無論螢幕大小，7英尺是家庭的平均觀看距離。
在每個場次中，每個片段的4K和8K版本按三個序列播放。在其中兩個序列中，4K和8K版本被隨機分配了標籤「A」和「B」，並以交替的方式播放了兩次，即A-B-A-B，之後，參與者在評分表上指出哪一個看起來更好（見圖3）。在第三個序列中，4K版本播放了四次，儘管參與者仍然看到標籤「A」和「B」交替出現，並像以前一樣給他們打分。這提供了一個控制組，以確保更穩健的統計數據。
圖3 參與者在看到每個序列後輸入一個分數，表示a或B是否slightly better、better、much better或者the same。
在每個場次中，參與者從一個片段中看到一個序列，然後從另一個片段中看到一個序列，依此類推，直到所有21個序列都呈現出來。在任何時候，他們都沒有看到來自同一片段的兩個序列一個接一個地播放。
視力測試
在測試開始之前，每個參與者都會被評估他們的視力，畢竟，如果他們沒有感知精細細節的能力，這項研究將是毫無意義的。所有人都接受了標準視力測試，使用的是驗光室的Snellen眼圖。
一種量化視力的方法是用兩個數字來表示「20/X」，其中20/20被認為是正常的；也就是說，在20英尺的距離上，20/20視力的人可以分辨出與該距離上正常視力的人相同的細節水平。20/200的視力意味著，在20英尺的距離上，你可以分辨出和正常人在200英尺的距離上分辨的細節，說明視力差。相反，20/10的視力意味著，在20英尺的距離上，你可以分辨出與正常人在10英尺的距離上分辨出的細節，說明視力好。
正如我對這項研究所希望的那樣，大多數參與者的視力都在20/20或更好（見圖4）：27%的人比20/20好，34%的人為20/20，39%的人比20/20差，視力差的絕大多數人是20/25或20/30。
圖4 大多數參與者視力在20/20或以上。
結果
分數以幾種方式製成表格。在所有結果的平均值中，對8K片段的評級為「略好於4K片段」（見圖5左半部分）。平均值不超過0.252，是「slightly better」的四分之一。在圖5右半部分中還可以看到具有20/20或更高視力的參與者的平均結果。在這種情況下，某些片段的平均值略微偏向8K，而其他片段的略微偏低。
圖5 在所有結果的平均值（左）中，8K版本被評為「marginally slightly better」。在20/20或更高視力的參與者（右）的平均結果中，平均值略有變化，但不顯著。
從坐在前排的20/10視力的參與者的平均結果來看（見圖6），8K版本的兩個片段——A Bug』s Life和斯泰西·斯皮爾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。這組參與者的結果被特彆強調，是因為根據對視力極限的更技術和更精確的表達，他們能夠在88英寸的螢幕上完全分辨出該距離處的8K解析度。
圖6 坐在前排（離螢幕5英尺）的20/10視力的參與者的平均結果顯示，來自A Bug』s Life和斯泰西·斯皮爾斯自然片段的評分高於其他片段，但仍然「slightly better」4K。
以不同的方式統計這些數字，將所有「slightly better」、「better」和「much better」回答合併成一個「better」的分數。據華納兄弟公司技術副總裁、研究報告作者之一的Michael Zink說，「我們的目標是消除這種細微差別。對一個人來說「slightly better」的東西可能對另一個人來說是「much better」。最核心的是，我們希望看到在任何級別上得分「相同」和「更好」的人之間的區別。
圖7的左半部分描繪了結果數據的另一有趣的視圖。圖中顯示了4K看起來比8K好，兩個版本看起來一樣，8K看起來比4K好的結果分布。有趣的是，斯泰西·斯皮爾斯的自然片段的分數分布不同於其他片段，更多的結果將8K版本評定為比4K版本好。
圖7：左邊的圖表顯示了對4K版本的評分高於8K版本（藍色），對兩個版本的評分相同（橙色），對8K版本的評分高於4K版本（綠色）的分數分布。右邊的圖表顯示了當每一邊的三個不同等級的「better」聚集成一個單獨的「better」分數時的結果。
我很驚訝看到這麼對人對4K版的評分比8K版好。當我問Michael Zink這個問題時，他回答說：「我相信你看到很多人評價『4K比8K好』的原因是，他們真的看不到區別，只是在猜測。更有趣的一點是，除了第7段以外的所有片段，大多數人的得分都是』4K和8K一樣『，』8K比4K好『是得分第二最高的選項。對於片段7來說是不同的，大多數人的得分都是『8K比4K好』，這是一個有趣的結果「。
結論
當然，Zink和他的同事從這些結果中得出了一些結論。一方面，在典型的觀看條件下，將空間解析度從4K提高到8K並不能顯著改善視覺效果。而且，感知上的差異在某種程度上取決於內容；特別是斯泰西·斯皮爾斯的自然片段中8K分數高於4K，可能是因為它有很多高頻細節。
這項研究沒有解決的一個問題是，顯示技術是否對8K的識別能力有影響，如果顯示器是8K液晶電視而不是OLED，結果會有什麼不同嗎？我不這麼認為，但這需要另一個研究來客觀地確定。
也許最重要的是，感知差異取決於視力和座位距離。排在第一排的20/10敏銳度的參與者自信地評價了8K版本的A Bug』s Life和自然片段優於4K版本。另一個輔助結論是，國際電聯可能希望修改其關於視距的建議，將視力為20/10或20/15的觀眾包括在內。
這項研究支援這樣一種觀點，即8K在感知細節方面僅略優於4K，並且只有在離螢幕較近的距離上且具有良好的視力。否則，4K提供的細節是絕大多數消費者所能感知到的。即便如此，我相信電視製造商將繼續生產8K電視，並將這種解析度降低到他們的中檔型號，就像4K電視剛問世時那樣，我懷疑製片廠很快會用原生8K製作很多內容。8K電視顯示上取樣的低解析度影片會帶來多好的效果，或許這可以成為另一項研究的主題。
