近两年来,4K技术逐渐从广播电视领域拓展到安防及其它领域,4K超高清监控引起了行业的广泛关注。目前,围绕安防行业设计的4K产品逐渐开始完善,部分安防企业开始推出4K产品。但是,在高清尚未完全普及的今天,作为超高清技术的4K是否有推广的必要?4K超高清的关键技术是什么?4K超高清监控产品的出现会对监控系统提出哪些要求?本文将就4k技术的概念、发展以及在安防中的应用进行一些阐述。
4K是什么
4K技术首先发展于电视领域。2012年5月,国际电信联盟发布了BT.2020“超高清电视UHDTV”标准的建议,将屏幕物理分辨率达到3840×2160及以上的电视称之为超高清电视,因此4K又称为2160P。
值得留意的是,BT.2020标准也将8K(7680×4320)纳入超高清标准。同时可以发现所有超高清标准的影像都是基于逐行扫描的,经历近百年的隔行扫描技术在超高清时代退出了历史舞台。在色彩方面,BT.2020标准相对于之前的Rec.709标准作出了大幅度的改进。比如色深方面由Rec.709标准的8bit提升至10bit或12bit,其中10bit针对的是4K系统,12bit则是针对8K系统。这一提升对于整个影像在色彩层次与过渡方面的增强起到了关键的作用。色深标准的变化同时导致调整画面最佳动态范围的标准也产生了变化。BT.2020标准定义的超高清系统除了在分辨率、刷新率、色彩深度上进行了提高,还在色彩空间、伽玛校正等方面进行了调整,特别是色域三角形方面的扩展,使画面的色彩表现远胜于高清系统。
传输接口方面,支持4K的传输接口目前主要有HDMI和DisplayPort(DP接口)两种,其中HDMI1.4a可以支持的4K分辨率规格最高为4096×2160@24Hz或3840×2160@30Hz;最新的HDMI2.0则可以支持60Hz的4K分辨率传输;而DP1.2标准最高可以支持60Hz的4096×2160以及3840×2160分辨率。
另外,提到4K技术,不得不提及HEVC。因为伴随高分辨率而来的是高的传输带宽以及大容量的存储需求,4K技术的推出,给视频数据的存储和传输带来了很大的压力,而HEVC就是在视频应用不断向高清晰度、高帧率、高压缩率方向发展的背景下应运而生。2013年1月25日,ITU-T正式宣布HEVC标准发布。新的HEVC标准仍然基于传统的混合视频编码框架,但该框架中每个模块都有技术创新,包括灵活的块划分模式、基于竞争的运动视频预测、高效的自适应算术编码以及波形并行处理技术等——这些新技术使得HEVC的压缩效率比其前一代
H.264/AVC提高了近一倍。另外,H.265最高支持8K(8192×4320)超高清视频,在资源充足的场景下可以提供更舒适的视频及应用效果。
4K的行业发展
4K技术的发展在4K电视上表现得最为活跃。近几年来,随着4K标准的确定,创维、长虹、康佳、夏普、索尼、三星、海信等传统电视厂商纷纷推出4K电视,2013年尤为突出,得益于4K液晶屏的批量化,4K电视市场出现了百花齐放的局面。另外值得注意的是,近一段时间以来,不少通信和互联网企业如乐视、爱奇艺、小米等也在尽力通过进入4K电视抢占“客厅”市场,推出低价的4K互联网电视,对传统电视形成了不小的冲击。目前市面上4K电视的价格甚至低到3000以内,价格的下降也在一定程度上带动了用户需求的增多,而且随着市场的逐步普及,将会形成价格和应用之间的一个良性循环。
除了电视以及显示终端的普及外,纵观消费类电子和广电行业,4K技术可以说是发展迅猛,这在近几年的CES消费电子展上就可以看出来,4K一直是这几届CES展会的一大主题,各种4K设备层出不穷。比如,在4K摄像机方面,Sony、佳能、redone等厂家都已经推出支持4K的专业摄像机和家用摄像机,甚至一些消费类电子厂家如GoPro亦推出了支持4K分辨率的头戴式摄像机产品。芯片厂家如高通、NVIDIA、Broadcom、MTK、爱立信等近两年都推出了支持4K分辨率的芯片,而且大部分都支持HEVC*。一些厂商,如高通和MTK甚至在最新的芯片产品中声称支持HEVC的4K×2K编码。
支持4K芯片的量产促进了整个4K行业的蓬勃发展,市面上开始大量涌现支持4K*显示的机顶盒或互联网电视盒子、4K投影仪、4K蓝光播放器、甚至支持4K的手机终端等产品。此外,传统的PC芯片或显卡厂家如Intel、AMD、NVIDIA等也纷纷在其GPU中集成4K的处理能力,这些对于完善整个4K应用的产业链,加速4K应用的普及都起到了很好的推动作用。
4K在安防领域的应用
随着4K技术在广电和消费类电子行业如火如荼的发展,安防行业也逐渐开始了对4K技术的重视。因为对于视频监控而言,图像清晰度是最关键的特性之一,图像越清晰,细节越明显,观看体验越好。因此近几年来,众多安防企业在追求画面清晰度上进行了孜孜不倦地探索,4K技术代表了高清视频目前的最高点,已开始逐渐进入人们的视野。
4K超高清摄像机可以很好的纵览全局,当随机事件发生,各个业务部门可以用同一台摄像机在同一幅图像中找到各自感兴趣的点,经过多级放大后,仍能得到高清的细节画面。因此4K摄像机可以在不改变摄像机数量、焦距、角度的条件下,进行全天候、全场景下的监控。4K画面的丰富细节,可以让我们各个业务部门进行信息共享,同一个场景下,不用为了看清不同区域而架设多台摄像机,另一方面也节约投资成本。让可视化管理更高效、联动响应更及时、安全系统更有保障。近年来不少厂家开始纷纷推出4K的IPC产品,包括各类枪机、鱼眼摄像机、甚至支持变焦的球机等等。
其实,4K最早在安防的实际应用应该从交通道路智能监控开始,因为在交通领域,需要较大分辨率的摄像机来
监控多个车道的车辆情况,这样可以提高对车道的覆盖范围。从2011年开始,国内的一些智能交通厂家开始陆续推出800万像素,甚至千万像素的高清电警卡口相机,但是由于传感器能力以及后端Soc芯片处理能力的限制,一般只能实现5-15帧/秒的处理能力。
近两年来,随着支持4K编码的低成本SoC芯片的推出,以及支持800万像素的CMOS传感器的推出,4K摄像机也逐渐开始普及,目前,国内主流的安防厂家都已经推出了支持4K×2K的IPC产品,而且随着4K在消费类行业中应用的风生水起,安防行业对4K的期望也开始越来越高。
然而,4K与安防究竟能否很快地实现结合,4K在安防行业内能否快速部署和应用,应该说还是需要进行全面分析和探索的。