安防新時代 4K 超高清影像監控產品起步(原文章標題)
來源:CPS中安網
人們對高清的追求永無止境。2013 第 14 屆 CPSE 安博會上，朝著更高清晰度邁進的 4K 超高清影像監控產品的亮相，讓人眼前一亮。雖然目前 4K 超高清影像監控產品還未達到產品化的階段，但依然引起了市場的關注。
什麼是 4K 超高清？核心關鍵技術是什麼？應用在哪些領域？4K 超高清監控產品的出現會對監控系統提出哪些要求？對產品市場產生怎樣的影響？讓我們聽一聽大陸廠商的看法。
什麼是4K技術？其核心關鍵技術是什麼？
創維群欣：所謂的 4K 技術，又稱 UHD，是一種解析度更高的超高清顯示規格，4K 的名稱得自其橫向解析度約為 4000 像素(pixel)。按照國際通訊聯盟(ITU)定義的標準，4K 的解析度為3840*2160，長寬比為 16：9。按照這個標準，該規格下顯示裝置的逐行掃描線可達到 2160，即我們常說的 2160P。標準的 4K 解析度下，像素點總數可以達到 800 萬，而以往的 FHD (全高清)是指 1920×1080，則是 200 萬級別像素點，前者是後者的4倍。
4K 的核心關鍵技術是要解決傳輸頻寬問題，全高清的傳輸頻寬為 148.5 M，而 4K 超高清顯示的頻寬達到將近 300M，這對前端的驅動，抗干擾，結構設計等都提出更高的要求。創維採用最新的無損 V-By-One 高速率介面，較業內普遍採用的 LVDS 介面傳輸速率提升近四倍，輔以創維的 MEMC (運動補償)技術，使超高清動態畫面更加清晰，穩定流暢。
宇視科技：由於 4K 解析度包含了超過八百萬的像素 ，對光學圖像、編解碼、傳輸、顯示裝置都有很高的要求，只有所有環節都滿足 4K 處理的要求，才能完美呈現 4K 解析度帶來的極致高清效果。
海康威視：4K 核心關鍵技術：
① 4K 解析度面板。4K 顯示面板採用氧化物薄膜晶體管制作，具備高速電子移動速度，呈現畫面內容具高解析度及薄邊框，呈現超薄質感，可使電視機更輕薄，畫面更為細緻。
② 4K 畫質處理技術。目前市場上 4K 片源極度匱乏，正是為了改善這一情況，能夠將 2K 片源提升至 4K 品質的 2 K轉 4K 關聯補償技術正在興起，畫質轉換技術的高低將直接決定觀看體驗。個別低價 4K 電視，精簡了音響、介面及 UHD 影像處理晶片，直接影響超高清片源播放。
③ 4K 晶片解碼能力。隨著 H.265 技術的發展，把 4K 超高清影片裝進一張光碟已不再是夢想，新興的 H.265 編碼有著可確保影像畫質、降低體積、便於傳輸等好處。
④ 4K 相容升級。目前的標準 HDMI 1.4支持24fps幀率下的最大解析度為 4096 x2160，這略高於 3840 x2160 的超高清顯示幕，但不足以支援 4K 3D畫面，而且也不支援更高的幀率。傳聞說 HDMI 2.0可以提供更多的頻寬，更高的解析度和幀率，但需要不一樣的發射器和接收器晶片。對消費者而言，標準的缺失意味著高價購買的產品將時刻面臨被淘汰的危險。目前已有廠家提出可以通過智慧升級卡進行軟硬體同時升級，同步最新 4K 標準，完成資料解碼與資料傳輸的雙重任務。
英飛拓： 4K 是一個影像標準，它能夠提高解析度高達 4096×2160，它是 2K 投影機和高清電視解析度的 4 倍。在此解析度下，可以看清畫面中的每一個細節，每一個特寫。相較于目前主流的高清設備，4K 無疑代表一種新的高度，無論是前端圖像採集設備還是畫面呈現設備，對硬體的要求會更高，演算法更複雜，這一切對於產品研發團隊都提出更高的要求。
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| Bosch 在 CPSE 展出 4K 攝影機 |
目前產品化的4K監控產品有哪些？
創維群欣：在 2012 年的安博會上，創維重磅推出的全球首創 800 萬像素極限高清監視器，採用創維 4K×2K 超高清 UHD 晶片進行影像處理，引起了市場的一些譁然，可以說在 4K 監視器行業內，創維走在了前端，吸引了眾多人的目光，給觀眾帶來了清晰震撼的效果。事隔一年，在 2013 年的安博會上，英飛拓等推出了 4K 超高清智慧攝影機，採用更高性能的全新硬體平台，搭載 1200 萬超高清圖像感測器，具有色彩還原準確自然，畫質乾淨細膩等特點。目前就我們瞭解，產品化的 4K 監控產品有監視器和攝影機。
英飛拓：目前可以看到包括 4k 前端攝影機產品、4K 顯示器/拼接屏等。英飛拓 4K 超高清智慧攝影機是英飛拓即將推出的更具市場競爭力的新一代產品，採用更高性能的全新硬體平台，搭載 1200 萬超高清圖像感測器，擁有媲美 IMAX 的超高清畫質，色彩還原準確自然，畫質乾淨細膩，支援 12MP@20fps 或 8MP@30fps 即時視頻，產品覆蓋極大視角，提供豐富細節。
英飛拓 4K 超高清智慧攝影機擁有感興趣區域編碼，圖像穩定，遠端聚焦，SDXC 儲存等豐富功能，靈活的碼率策略，也為用戶提供更多的碼流組合(如 2160P15 + 5MP10 + 1080P25 + D1 + MJPEG)。同時，此款槍機具備英飛拓智慧前端產品主要功能要素：破壞檢測、徘徊檢測、人數統計、越線入侵偵測、錯誤方向檢測、排隊長度檢測等。
英飛拓 4K 超高清智慧攝影機的推出，旨在與英飛拓其他高清產品共同為客戶提供高端優質的解決方案，適用于金融、電信、政府、學校、機場、工廠、酒店、博物館、交通監控等要求高清畫質且光線複雜的場所。
宇視科技：目前宇視科技4K監控產品包括一款網路高清槍機，型號為 HIC5681E-L，支援 SFP 光口+百兆電口輸出。
海康威視：目前4K技術產品化方面主要體現在顯示類產品，如電視、投影儀等，在監控行業的應用幾乎沒有。不過，目前已有廠家推出了30寸的4K監視器。
4K產品適用怎樣的環境？解決什麼問題？
創維群欣：目前來說，4K產品主要應用在對圖像解析度，畫面品質，清晰度，色彩要求更高的行業，如醫療，衛星地圖監測等行業。從而可以解決由於FHD物理像素點的瓶頸而帶來畫面不夠清晰，圖像層次感比較差的問題。
英飛拓：以英飛拓 4K 超高清智能攝影機為例，擁有媲美 IMAX 的超高清畫質，畫質乾淨細膩，產品覆蓋極大視角，提供豐富細節，適用于金融、電信、政府、學校、機場、工廠、酒店、博物館、交通監控等要求高清畫質且光線複雜的場所。
宇視科技：4K 產品主要應用於廣場、大廳等監控範圍廣，細節內容豐富的場景，能夠在足夠大的監控視野下，依然保證有足夠清晰的監控畫面。4K 攝影機由於像素是 1080P 攝影機的 4倍，因此，更適合應用於對細節內容要求更高的場景。
海康威視：目前 4K 技術主要應用於廣播電視行業。現有的 1080p 的解析度在大尺寸顯示器上會有比較明顯的顆粒感，而 4k 電視則沒有。並且，一般推薦的觀看距離是螢幕高度的 3倍，現在 4k 電視機只需要 1.5 倍的觀看距離，即使如此近距離的觀察 4K 螢幕，也不會發現明顯的顆粒，極大地提升了觀賞體驗。而在 3D 技術方面，4K 電視能夠有效解決偏光式 3D 電視的清晰度減半的問題。偏光式 3D 技術採用的左右眼分離隔行交替掃描的方式，這使得在收看 3D 畫面時垂直方向解析度只有 2D 畫面一半。而在 4K 電視上，垂直方向解析度一半也有 1080，能夠實現真正的全高清 3D。
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4K的監控前端會給影像監控系統帶來哪些新的需求？
創維群欣：如上所述，現在整個安防系統中，前端監控和顯示終端都已推出 4K 相關產品。這樣就對安防監控系統中間傳輸部分提出了新的需求——即可以接收和傳輸 4K 信號的中繼裝置。隨著技術的發展和市場的需求，其他 4K 系列產品如矩陣，控制器和硬碟錄影機等產品也會隨之推出。
英飛拓：高清化是安防行業發展的大方向，高清化為智慧化提供了先決條件，高清監控帶來的海量資料對存儲與管理提出了更高的要求。4K 技術的出現，可以加速了行業高清化的進程。
宇視科技：4K 監控前端，對影像監控系統有如下新的要求：
更高解像力的鏡頭：4K 是個全系統工程，配套的鏡頭至少達到 800 萬以上解像力，才能充分發揮出 4K 攝影機的效果；更高的網路傳輸頻寬：一般傳輸 1080P 高清碼流，只要 2-4M 頻寬，4K 解析度是 1080P 解析度清晰度的4倍，因此至少需要 6-8M，甚至更高的頻寬。
當然 4K 攝影機配合 H.265 編碼會緩解，由於解析度的提升帶來的傳輸及儲存壓力；更強的後端解碼能力：對於後端解碼設備，處理 4K 碼流需要更多的計算處理能力；更大解析度的顯示裝置：顯示裝置必須至少具有 4K 物理像素，才能無損的呈現 4K 圖像的效果；更大的儲存容量：對於儲存設備，由於 4K 碼流碼率更大，因此儲存相同時間的碼流，需要更大的儲存容量；更強的智慧處理能力：對於 4K 解析度的監控圖像，畫面中的物體像素數更多，細節呈現更充分，對於基於影像畫面處理的智慧業務來說，提供了更保真的影像處理圖像，同時也需要更大計算能力處理這些更豐富的細節。
海康威視：目前主流的高清網路攝影機解析度為 130 萬(720p)和 200 萬(1080p)，而監控市場上最高解析度可達 800 萬即時。對於時下熱門的 4K 千萬像素解析度來說，原始 2160P 標準的影像是 1080p 的 2 倍，容量過於龐大，利用現有的 H.264 演算法恐難達到較為理想的碼率壓縮，從而會引發一系列問題，諸如超高清超大容量資料的傳輸和儲存問題。另外，目前 4K技術仍在摸索階段，還缺乏統一的標準，而在監控領域相容性和開放性的要求較高，實現互聯互通的基礎是需要各個廠家均遵守相同的標準。不過，未來隨著 H.265 等更高效率編碼技術的發展，4K 千萬像素攝影機也許不再是夢。
4K 監控產品對產品市場會有哪些影響？
創維群欣 ：對於視頻監控而言，圖像清晰度無疑是最關鍵的特性。圖像越清晰，細節越明顯，觀看體驗越好，智慧等應用業務的準確度也越高。所以圖像清晰度是視頻監控永恆的追求。衡量圖像清晰度的標準是解析度，單位是像素。這個值越大，圖像越清晰，對於圖像顯示的精細度有非常大幅度的提升。所謂 HD (高清)、FHD (全高清)，UHD (超高清)，差異也就體現在這裡。三者之間的分界線就是 100 百萬像素，200 百萬像素，800 百萬像素。基於這樣的標準，目前影像監控市場占主流的 1080P 都屬於 FHD。下面，我們將從三個方面分析4K UHD 監控系統相比目前主流的 1080p FHD監控系統的優勢所在。
優勢之一：顯示解析度的提升，使得畫面更加精細，影響畫面的精細度有兩個重要關鍵因素，一個是畫面的像素，另一個是畫面的垂直解析度。畫面的像素越高，在相同尺寸的畫面上的像素就越精細，晶格就越小。而因為人眼對於影像的垂直解析度相當敏感，越高的垂直解析度，人眼就能辨識越多的細節與層次。
優勢之二：色彩層次與細節的增強，使得畫面更接近真實生活。從標清到高清顯示系統的轉變，實際上主要是解析度方面的升級，在色彩方面並沒有太過明顯的提升。不過進入到 4K 超高清的時代，畫面方面的變化除了解析度出現飛躍之外，色彩方面的變化是相當引人注目的。這一部分都體現在 ITU-R 最新頒佈的 BT.2020 超高清廣播標準之中。
優勢之三：4K 影像系統處理的是 10 位元，甚至是 12 位元編碼的視訊訊號。而現階段高清或全高清系統通常採用的是 8 位元的視頻系統，而 4K 超高清則採用 10 位元甚至 12 位元的影像系統。因此，無論是灰階層次過渡還是色深的層次表現，都比高清系統有較大的提升。
雖然 4K 監控產品線還處於起步階段，但是隨著技術的發展和用戶的體驗，必將帶動安防行業其他 4K 相關設備和產品的發展，如矩陣，控制器，硬碟錄影機等。所以後續 4K 監控產品很有可能像 FHD 監控取代 HD 監控一樣，取代 FHD 監控。
海康威視：如前所述，4K 產品在監控領域的應用還較少，目前成型的僅為 4K 的監視器，但是如果想要匹配 4K 監視器的效果，需要前端 4K 超高清的視頻源，而千萬像素以上的攝影機以及相應的高效壓縮演算法仍在研發中。
英飛拓：安防行業高清化顯而易見，高清產品解析度的不斷提升是必然趨勢。4K 超高清產品的推出，無疑是將高清化深度發展的必然結果。短期內，4K 產品與其他高清產品共同為使用者提供高端優質的解決方案，長期看，普及化顯而易見。
宇視科技： 4K 產品在監控產品線中處於高端產品的地位，代表影像監控目前的制高點。4K 產品帶來了細緻入微的超清晰監控效果，將會引領影像監控市場進一步步入高清、超高清時代。
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