Các yếu tố chính ảnh hưởng đến băng thông cho tín hiệu Video là độ phân giải, tốc độ khung hình (Frame Rate),  độ sâu bit mầu và và mẫu chroma (chroma subsampling). Tín hiệu UHD có độ phân giải gấp 4 lần full HD 1080p nghĩa là gấp 4 lần điểm ảnh trong mỗi khung hình. Như vậy truyền dẫn sẽ đòi hỏi tốc độ băng thông nhất định (tham khảo bảng thông số sau). 

Như vậy, theo bảng tính toán trên với tín hiệu 4K, full 60Hz frame Rate, Chroma Subsampling 4:4:4 và color 10-bit thì yêu cầu tốc dữ liệu sẽ là 22.28 Gbps.

c. Băng thông tương thích với các định dạng tín hiệu Video kỹ thuật số

 Năm 2005, thế giới phát minh ra công nghệ phim số - Digital Cinema Initiatives (DCI) đã đưa ra một độ phân giải tiêu chuẩn là 4096 x 2160 cho các máy chiếu phim kỹ thuật số 4K được gọi là 4K DCI. Độ phân giải này vẫn duy trì tỉ lệ khung hình là 17:9 như độ phân giải 2K DCI là 2048 x 1080. Máy chiếu hỗ trợ 4K DCI có thể nói là một trong số các hệ thống hiển thị 4K đầu tiên xuất hiện trên thị trường. Ngành công nghiệp truyền hình cũng áp dụng độ với độ phân giải 3840 x 2160 cùng tỷ lệ khuôn hình 16:9 với độ phân giải full HD 1080p. 

d. Tìm hiểu về HDMI 

Tiêu chuẩn HDMI 1.4a được công bố năm 2009, với khả năng hỗ trợ tốc độ truyền lớn nhất lên tới 10.2 Gbps. Nó có thể hỗ trợ độ phân giải 4K hoặc là UHD 8-bit color với frame rate là 24Hz, 25Hz, hoặc 30Hz trên một cáp HDMI. 

HDMI 2.0 được đưa ra vào tháng 9 năm 2013 nó có khả năng tăng tốc độ dữ liệu lên tới 18 Gbps với frame rate 60 Hz cho 4K/ UHD trên một cáp HDMI với 8-bit color hoặc có thể lên tới 10 bit-color ở frame rate 30 Hz. HDMI 2.0 cũng hỗ trợ cho mẫu mầu 4:2:0. Về độ sáng, Y của tín hiệu đơn YcbCr với  mẫu mầu 4:2:0 được phân chia giữa hai kênh TMDS còn các sắc độ Cb và Cr thì được gộp lại trên một kênh TMDS duy nhất. Điều này cho phép một tín hiệu UHD 4:2:0 với frame rate là 60Hz được gửi cùng một mức so với tín hiệu UHD 4:4:4 ở 30Hz. Tuy nhiên yêu cầu là cả hai nguồn tín hiệu và màn hình hiển thị phải hỗ trợ tính năng này. 

e. Tìm hiểu về DisplayPort 

DisplayPort được đưa ra cũng nhằm để hỗ trợ nâng cấp lên video 4K với frame rate 60 Hz. Với tốc độ truyền 10.8 Gbps, Displayport 1.1a hỗ trợ tín hiệu UHD 8-bit với frame rate 30 Hz trên một cáp đơn. 

Năm 2009, DisplayPort 1.2 được công bố với khả năng tốc độ truyền tăng gấp đôi: 21.6Gbps, 10-bit 60 Hz UHD với chroma subsampling 4:4:4 trên một cáp đơn. 

Với khả năng của DisplayPort 1.2 có thể thấy rất thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi lên độ phân giải 4K, thể hiện mầu sắc chính xác và khả năng hiển thị hình ảnh chi tiết với chất lượng cao. 

f. Tìm hiểu về 3G-SDI 

Giới hạn về băng thông của công nghệ 3G-SDI không thể đáp ứng được truyền tín hiệu với độ phân giải cao chuẩn 4K hoặc UHD trên một cáp đơn. Với tốc độ truyền lớn nhất là 2.97 Gbps vì vậy một giải pháp đưa ra là có thể áp dụng việc dùng nhiều làn cho việc truyền dẫn, một số nhà sản xuất đã bắt đầu đưa ra các sản phẩm cho phép hoạt động với tốc độ lên tới 6 hoặc 12 Gbps. 

2. Những chú ý khi thiết kế hệ thống nhằm đáp ứng được việc hỗ trợ nhiều độ phân giải khác nhau 

Dựa trên các ứng dụng và chức năng mong muốn từ phía khách hàng trong việc sử dụng công nghệ cho các màn hình hiển thị, Camera, Streaming encoders, Video processor, thiết bị ghi hình hoặc kết nối mở rộng trong việc phân chia tín hiệu... Vì vậy, khi thiết kế cần phải giải quyết các yêu cầu và lên mô hình cho các thiết bị có khả năng hoạt động với phạm vi rộng. 

Vấn đề truyền dẫn tín hiệu 4K và UHD với khoảng cách lớn 

Trong việc mở rộng hệ thống với việc sử dụng Switch, Matrix hay các thiết bị phân phối khác hoạt động trên tín hiệu có độ phân giải cao 4K/UHD, cần phải quan tâm đến nguồn phát, đầu nhận tín hiệu và khoảng cách nhằm đảm bảo chất lượng hình ảnh. Với khoảng cách 100 m trở lại việc sử dụng công nghệ Twist pair có thể là một lựa chọn hữu hiệu cả về mặt chất lượng cũng như kinh tế. Tuy nhiên khi khoảng cách xa hơn thì sẽ cần phải áp dụng trong việc sử dụng cáp quang hoặc công nghệ Streaming. Tuỳ thuộc vào các sản phẩm lựa chọn, có thể ứng dụng cấu trúc phân phối theo các cách khác nhau. 

a. Sử  dụng 1 cáp cho việc truyền dữ liệu 

Để sử dụng một cáp duy nhất trong khi các giải pháp thiết kế vẫn phải phù hợp với tín hiệu Video có độ phân giải cao: 3840x2160 hoặc 4096x2160. Do những hạn chế về bằng thông. Vì vậy tốc độ khung hình hoặc việc mã hoá mầu sẽ phải giảm xuống. Những hạn chế này vẫn chưa được giải quyết bởi các tiêu chuẩn mới đây như HDMI 2.0 cho đến khi các nhà sản xuất IC tiết hành tích hợp các Chipset mới trong thời gian tới.

b. Sử  dụng 2 cáp cho việc truyền dữ liệu

Việc sử dụng 2 cáp là một lựa chọn được ứng dụng nhiều hơn cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn (có thể ở 60Hz) và làm tăng độ sâu của mầu sắc. Tuy nhiên việc  sử dụng nguồn phát và màn hình hiển thị cần phải tương thích với yêu các yêu cầu về kỹ thuật. Trong việc truyền tín hiệu, hệ thống cần phải hỗ trợ độ phân giải lên tới 1920 x 2160 hoặc 2048 x 2160. Hai tín hiệu này về cơ bản như là một nửa của hình ảnh ( trái và phải) sau đo sẽ hợp lại cùng hiển thị trên hình ảnh thống nhất với chất lượng hình ảnh 4K/UHD.

c. Sử  dụng 4 cáp cho việc truyền dữ liệu

Phương thức được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay mà vẫn hỗ trợ được tín hiệu Video có độ phân giải cao 4K/UHD đó là việc truyền 4 luồng tín hiệu song song bằng cơ chế sử dụng 4 luồng tín hiệu với độ phân giải 1920 x 1080 hoặc 2048 x 1080 tức là các tín hiệu này là ở các góc phần tư của tín hiệu 4K/UHD. Điều này cho phép tốc độ khung hình ở mức 60Hz hoặc lớn hơn trong khi vẫn duy trì được độ sâu mầu sắc với chất lượng hình ảnh cao. Trong các ứng dụng phát sóng, đây là phương pháp chủ đạo của việc phân phối tín hiệu do kích thước cố định của tín hiệu SDI. Khi sử dụng phương pháp này, các thiết bị phân phối phải có khả năng duy trì mức độ đồng bộ cao để tránh việc bị lệch các khung hình khi được ghép lại với nhau ở màn hình gốc.

Nguồn phát và hệ thống hiển thị hỗ trợ 4K

Nguồn phát và hệ thống hiển thị có khả năng hỗ trợ tín hiệu 4K hoặc UHD đang phát triển với tốc độ khá nhanh. Các thiết bị này sử dụng một loạt các định dạng tín hiệu và kết nối. Đối với người tiêu dùng, việc sử dụng 4K cho Tivi thường được sử dụng kết nối với chuẩn HDMI 1.4a dùng 1 cáp duy nhất để sử dụng ở độ phân giải UHD 3840 x 2160 ở 30Hz hoặc 4K 4096 x 2160 ở 24 Hz với giới hạn độ sâu mầu sắc là 8-bit.

Đối với hệ thống AV ứng dụng 4K chuyên nghiệp, các hệ thống có thể sử dụng HDMI 1.4a chạy một dây đơn tuy nhiên có những yêu cầu đòi hỏi cao hơn thì cần sử dụng kết hợp 2 hoặc 4 DisplayPort, HDMI/DVI hoặc tín hiệu 3G-SDI để đạt được độ phân giải 4K/UHD với 60Hz có chất lượng hình ảnh cao và tỷ lệ khung hình đầy đủ.