4K UHD超高清在安防中的應用和挑戰(zhàn)

基于超高清的視頻源，人臉識別、車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整個安防視頻監(jiān)控行業(yè)往高清化方向普及，同時也能促進智能分析等配套產(chǎn)業(yè)的升級，為高清安防廠商帶來新的經(jīng)濟增長點。

隨著1080P全高清在安防視頻監(jiān)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越迫切，國內(nèi)電視廠商率先將4K超高清電視價格拉向平民化，而國內(nèi)IP高清安防廠商們也先后秀出4K超高清網(wǎng)絡攝像機及配套解決方案，4K超高清似乎已變得觸手可及。

　　4K超高清的來歷

　　4K最早來自于DCI數(shù)字電影推進聯(lián)盟(DigitalCinemaInitiative)于2004年定義的數(shù)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UHD超高清開始步入正軌。

　　實際上4K和UHD均是“超高清分辨率”(UltraHighDefinition，縮寫為UHD或UltraHD)。ITU-RBT.2020對超高清電視的分辨率、幀率、色彩空間等進行了規(guī)范，UHD超高清視頻系統(tǒng)定義為4K與8K兩個階段，其中4K的物理分辨率為3840x2160，總約830萬像素;而8K則為7680x4320，總約3320萬像素。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。這一提升對于整個影像在色彩層次與過渡方面的增強起到了關鍵的作用。超高清電視對應的色域為：ITU-RBT.2020色域，又稱Rec.2020，是顯示設備中最大的色彩空間，覆蓋了CIE1931的75.8%，白點色溫D65(6500K)。高清電視色域的國際標準ITU-RBT.709(又稱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(xiàn)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監(jiān)視器樣機，市面上并沒有顯示設備可以完全覆蓋Rec.2020色域，也就是說市面上的4K電視大多數(shù)都是不符合標準的。

　　安防中的4KUHD超高清現(xiàn)狀

　　據(jù)了解，國內(nèi)目前還沒有定義安防高清的國家標準，所以并沒有一個統(tǒng)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整體系統(tǒng)，任何脫離系統(tǒng)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看。接下來我們就看看安防監(jiān)控行業(yè)4K高清的現(xiàn)狀。

　　目前4K處于迅速發(fā)展的階段，4K的話題也很熱門，但市場上的4K超高清網(wǎng)絡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(shù)據(jù)量也帶來了功耗高、發(fā)熱量大等問題，非常考驗攝像機廠商的硬件設計能力。

　　其次，安防廠商(尤其是民用安防市場)大多還在進行低端產(chǎn)品的價格血拼，4K超高清的需求或者說4K超高清的應用，大家還沒有真正想清楚。但是你用或不用，4K超高清時代已經(jīng)來臨，這是不爭的事實。以艾普視達為例，目前4KUHD超高清網(wǎng)絡攝像機產(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)絡攝像機最大的特點就是分辨率、解析度高，圖像畫質(zhì)細膩，監(jiān)控范圍廣，使其可以利用ePTZ等技術對圖像局部綜合利用，提高圖像價值。這就非常適合于廣場、運動場館、機場、車站碼頭、海灘等人流密集場所的監(jiān)控應用;還有醫(yī)療手術中的高清視頻教學,風景區(qū)及森林防火等方面，4K超高清網(wǎng)絡攝像機也極具價值。

此外，4K超高清具有比現(xiàn)有全高清1080P更高的清晰度，可以為用戶帶來更有價值的視頻資料。比如基于超高清的視頻源，人臉識別、車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整個安防視頻監(jiān)控行業(yè)往高清化方向普及，同時也能促進智能分析等配套產(chǎn)業(yè)的升級，為高清安防廠商帶來新的經(jīng)濟增長點。

　　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)絡帶寬上來看，雖然目前家庭帶寬已經(jīng)普及20M/100M光纖到戶，但民用市場的上行帶寬仍然不超過1M。4K超高清網(wǎng)絡攝像機屬于高端應用，基本上都會是內(nèi)網(wǎng)、本地、光纖傳輸，帶寬上基本不會存在太大的問題。

　　從存儲方面來看，目前成熟的數(shù)據(jù)硬盤技術已經(jīng)發(fā)展到了4T，容量大約是3620GB。以8Mbps視頻碼率來算，每臺4K超高清網(wǎng)絡攝像機每小時占用存儲空間大約是3.52GB，4T硬盤大約可以連續(xù)存儲單臺4K高清網(wǎng)絡攝像機視頻約42天，基本上可以滿足要求。

　　從解碼上來看，目前在安防行業(yè)還沒有專門的4K超高清網(wǎng)絡視頻硬件解碼器。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來看，解碼8Mbps的4K超高清視頻時CPU資源占用率在80%左右，如果通過獨立顯卡硬解，占用率將更低。

　　從顯示上來看，專用的4K超高清監(jiān)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(zhàn)

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

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

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

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

　　4KUHD超高清網(wǎng)絡攝像機的良性發(fā)展有賴于其它配套產(chǎn)業(yè)的升級和完善。我們都無須懷疑，安防4K超高清的時代已經(jīng)來臨，安防從此又掀開一頁嶄新的篇章。