4K UHD超高清在安防中的應用和挑戰

基于超高清的視頻源，人臉識別、車(chē)牌識別等智能分析結果將更加精確。4K的發(fā)展以及在安防中的應用也必將推動(dòng)整個(gè)安防視頻監控行業(yè)往高清化方向普及，同時(shí)也能促進(jìn)智能分析等配套產(chǎn)業(yè)的升級，為高清安防廠(chǎng)商帶來(lái)新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

隨著(zhù)1080P全高清在安防視頻監控、電視和手機上的應用普及，高清已逐漸融入了我們的生活。人們對于更高清晰度的追求也越來(lái)越迫切，國內電視廠(chǎng)商率先將4K超高清電視價(jià)格拉向平民化，而國內IP高清安防廠(chǎng)商們也先后秀出4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機及配套解決方案，4K超高清似乎已變得觸手可及。

　　4K超高清的來(lái)歷

　　4K最早來(lái)自于DCI數字電影推進(jìn)聯(lián)盟(DigitalCinemaInitiative)于2004年定義的數字影院清晰度DCI4K(4096×2160像素，每秒24幀)。直到2012年8月23日，國際電信聯(lián)盟(ITU)才發(fā)布了超高清電視(UltraHDTV)的國際標準：ITU-RBT.2020，標志著(zhù)UHD超高清開(kāi)始步入正軌。

　　實(shí)際上4K和UHD均是“超高清分辨率”(UltraHighDefinition，縮寫(xiě)為UHD或UltraHD)。ITU-RBT.2020對超高清電視的分辨率、幀率、色彩空間等進(jìn)行了規范，UHD超高清視頻系統定義為4K與8K兩個(gè)階段，其中4K的物理分辨率為3840x2160，總約830萬(wàn)像素;而8K則為7680x4320，總約3320萬(wàn)像素。4K支持幀率從24幀到120幀。由于在BT.2020標準中取消了隔行掃描，只有逐行掃描，這進(jìn)一步提升了超高清影像的細膩度與流暢感。

　　在色深方面，由BT.709標準的8bit提升至10bit或12bit。這一提升對于整個(gè)影像在色彩層次與過(guò)渡方面的增強起到了關(guān)鍵的作用。超高清電視對應的色域為：ITU-RBT.2020色域，又稱(chēng)Rec.2020，是顯示設備中最大的色彩空間，覆蓋了CIE1931的75.8%，白點(diǎn)色溫D65(6500K)。高清電視色域的國際標準ITU-RBT.709(又稱(chēng)Rec.709或sRGB)的僅覆蓋了Rec.2020的35.9%，所以理論上4K超高清電視(UHDTV)能比現行的高清電視(HDTV)顯示更為豐富的色彩。目前，除一些頂級的彩色技術(shù)監視器樣機，市面上并沒(méi)有顯示設備可以完全覆蓋Rec.2020色域，也就是說(shuō)市面上的4K電視大多數都是不符合標準的。

　　安防中的4KUHD超高清現狀

　　據了解，國內目前還沒(méi)有定義安防高清的國家標準，所以并沒(méi)有一個(gè)統一的標準供參考。目前安防行業(yè)高清產(chǎn)品都是參照國外廣電HDTV的標準。我們都知道高清應該是一個(gè)整體系統，任何脫離系統單獨談高清都是耍流(瞎)氓(掰)。同樣，4K高清應用也應該從整體來(lái)看。接下來(lái)我們就看看安防監控行業(yè)4K高清的現狀。

　　目前4K處于迅速發(fā)展的階段，4K的話(huà)題也很熱門(mén)，但市場(chǎng)上的4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機基本上宣傳的多，真正量產(chǎn)的不多，原因是4K超高清圖像傳感器及圖像處理芯片目前成本還比較高。4K的高清晰度和大數據量也帶來(lái)了功耗高、發(fā)熱量大等問(wèn)題，非?？简灁z像機廠(chǎng)商的硬件設計能力。

　　其次，安防廠(chǎng)商(尤其是民用安防市場(chǎng))大多還在進(jìn)行低端產(chǎn)品的價(jià)格血拼，4K超高清的需求或者說(shuō)4K超高清的應用，大家還沒(méi)有真正想清楚。但是你用或不用，4K超高清時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，這是不爭的事實(shí)。以艾普視達為例，目前4KUHD超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機產(chǎn)品分辨率可以支持ITUUltraHD(3840x2160，30fps)，也支持DCI4K(4096x2160,24fps)，當然也向下兼容1080P高清。4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機最大的特點(diǎn)就是分辨率、解析度高，圖像畫(huà)質(zhì)細膩，監控范圍廣，使其可以利用ePTZ等技術(shù)對圖像局部綜合利用，提高圖像價(jià)值。這就非常適合于廣場(chǎng)、運動(dòng)場(chǎng)館、機場(chǎng)、車(chē)站碼頭、海灘等人流密集場(chǎng)所的監控應用;還有醫療手術(shù)中的高清視頻教學(xué),風(fēng)景區及森林防火等方面，4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機也極具價(jià)值。

此外，4K超高清具有比現有全高清1080P更高的清晰度，可以為用戶(hù)帶來(lái)更有價(jià)值的視頻資料。比如基于超高清的視頻源，人臉識別、車(chē)牌識別等智能分析結果將更加精確。4K的發(fā)展以及在安防中的應用也必將推動(dòng)整個(gè)安防視頻監控行業(yè)往高清化方向普及，同時(shí)也能促進(jìn)智能分析等配套產(chǎn)業(yè)的升級，為高清安防廠(chǎng)商帶來(lái)新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

　　目前使用H.264MainProfile或者HighProfile壓縮碼率完全可以控制在6～8Mbps，等H.265標準成熟后，碼率還能降低一倍以上。從網(wǎng)絡(luò )帶寬上來(lái)看，雖然目前家庭帶寬已經(jīng)普及20M/100M光纖到戶(hù)，但民用市場(chǎng)的上行帶寬仍然不超過(guò)1M。4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機屬于高端應用，基本上都會(huì )是內網(wǎng)、本地、光纖傳輸，帶寬上基本不會(huì )存在太大的問(wèn)題。

　　從存儲方面來(lái)看，目前成熟的數據硬盤(pán)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了4T，容量大約是3620GB。以8Mbps視頻碼率來(lái)算，每臺4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機每小時(shí)占用存儲空間大約是3.52GB，4T硬盤(pán)大約可以連續存儲單臺4K高清網(wǎng)絡(luò )攝像機視頻約42天，基本上可以滿(mǎn)足要求。

　　從解碼上來(lái)看，目前在安防行業(yè)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的4K超高清網(wǎng)絡(luò )視頻硬件解碼器。但是一般的視頻播放軟件均支持軟件解碼顯示輸出4K高清視頻。以低端常用的奔騰G系列CPU來(lái)看，解碼8Mbps的4K超高清視頻時(shí)CPU資源占用率在80%左右，如果通過(guò)獨立顯卡硬解，占用率將更低。

　　從顯示上來(lái)看，專(zhuān)用的4K超高清監視器還比較少，而4K超清電視可以完美支持4KUHD超高清視頻硬件解碼顯示，基本上可以滿(mǎn)足4K超高清視頻的解碼顯示要求。當然，理論上只要縮放引擎支持，1080P分辨率的高清電視也是可以支持4K超高清的顯示的。

　　4KUHD應用的挑戰

　　(1)4K超高清圖像傳感器及圖像處理芯片并未大量量產(chǎn)，價(jià)格也較貴，制約了4K超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機產(chǎn)品的發(fā)展;上游芯片供應商要放量也要看4K高清市場(chǎng)的應用狀況，而市場(chǎng)放量又受到各廠(chǎng)商的產(chǎn)品成熟度和價(jià)格等因素的影響，這兩方面相輔相承。

　　(2)從帶寬和存儲上來(lái)看，即使采用成熟的H.264HighProfile壓縮，4K超高清視頻的碼率仍然過(guò)大，4K的全面發(fā)展仍然需要等待H.265等新一代壓縮技術(shù)的成熟，提高壓縮率，降低碼率、帶寬和存儲空間占用;

　　(3)從顯示來(lái)看，低端的4K超高清電視已經(jīng)走進(jìn)了普通人的家庭，但高端的4K顯示設備仍然較少，且價(jià)格非常昂貴;

　　(4)從應用來(lái)看，4K超高清目前還沒(méi)有大量使用，包括智能分析等技術(shù)對于4K超高清數據的處理也是壓力山大，如果沒(méi)有很好的應用，4K超高清技術(shù)只能停留在實(shí)驗室中。

　　4KUHD超高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的良性發(fā)展有賴(lài)于其它配套產(chǎn)業(yè)的升級和完善。我們都無(wú)須懷疑，安防4K超高清的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，安防從此又掀開(kāi)一頁(yè)嶄新的篇章。