4K超高清對安防行業(yè)的意義，促使業(yè)內(nèi)主流安防廠商早在2年前就爭相推出4K攝像機產(chǎn)品，但同樣的分辨率，各家呈現(xiàn)出的4K效果卻大相徑庭，這是為什么呢？決定4K效果的，除了分辨率還有什么？4K在安防市場的規(guī)?；瘧眠€將面臨哪些阻礙？本文將與大家一起探討！
文/周宇杰 蘇州科達科技股份有限公司
最早的4K應用，主要體現(xiàn)在電影后期制作階段 數(shù)字中間片的運作中。它首先用膠片掃描儀將35mm攝像機拍攝的膠片底片掃描成數(shù)字圖像文件，在將膠片轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程中，為了最完整地還原膠片拍攝效果，采用了分辨率為4096 3112像素（總像素超過800萬）的圖像文件。由于其水平分辨率為4096像素，是1080P的4倍，故而被簡稱為4K。
之后，4K概念被推廣并引入了電視行業(yè)，被電視廠商迅速接受，但標準細節(jié)卻略有不同：在已發(fā)布的4K電視樣機當中，一小部分采用了4097 2160的分辨率，其他則采用了16:9寬屏畫面的3840 2160。而在安防行業(yè)，4K監(jiān)控攝像機的分辨率一般采用3840 2160，保持16:9寬屏畫面。
4K與超高清的關系
UHD是（Ultra High Definition）的簡寫，代表 超高清 ，是繼HD（High Definition高清）、Full HD（全高清）之后的下一代技術。國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的 超高清UHD 標準的建議，將屏幕的物理分辨率達到3840 2160（4K 2K）及以上的顯示，統(tǒng)稱為超高清，包括4K和8K。這里，我們主要講4K超高清技術。
4K超高清應用于安防行業(yè)，其好處是顯而易見的：
① 得益于4K的超高清分辨率，其獲得的圖像會更加豐富清晰，同樣的視野，比1080P攝像機能看到更多的圖像細節(jié)，比如人臉、車牌等，這些細節(jié)在實際應用中往往十分關鍵；
② 相同的清晰度，4K攝像機的視野更大，安裝在十字路口，能夠覆蓋至少2個以上方向的車輛監(jiān)控，使用傳統(tǒng)720P或1080P攝像機則至少需要4臺或更多，無論從實用性還是美觀性角度，以及成本來講，使用4K攝像機都更為出色；
③ 4K攝像機能夠解決大場景的監(jiān)控問題，應用1臺4K攝像機就可以覆蓋火車站站前廣場，同時經(jīng)過多級放大后，仍能夠看清行人的面貌，這在高空瞭望、廣場監(jiān)控、森林防火等實際應用場景中具有非常重要的價值；
④ 4K畫面能為大數(shù)據(jù)智能分析提供更多的圖像細節(jié)，這些細節(jié)對人臉分析、車輛分析等大數(shù)據(jù)應用中非常重要。
決定4K效果的，除了分辨率還有什么
4K超高清對安防行業(yè)的意義，促使業(yè)內(nèi)主流安防廠商早在2年前就爭相推出4K攝像機產(chǎn)品，但同樣的分辨率，各家呈現(xiàn)出的4K效果卻大相徑庭，這是為什么呢？一般而言，攝像機的清晰度，與鏡頭、傳感器、ISP密切相關;其中，傳感器尤為重要。
傳感器的主要功能是將光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，它的性能直接決定了圖像質(zhì)量的好壞。分辨率、靶面大小以及寬動態(tài)是影響清晰度的幾個因素：一般同樣大小的分辨率傳感器，靶面越大單位面積上的像素點就越少，對圖像中的高頻成分區(qū)分度越高，故拍攝出來的圖像也更清晰，所以對4K如此高的分辨率，為保證良好的清晰度，部分廠家會選擇大靶面?zhèn)鞲衅?。寬動態(tài)的作用則主要表現(xiàn)在某些寬動態(tài)場景中，帶寬動態(tài)功能的sensor能夠?qū)堤幣c亮處的細節(jié)部分還原出來 通過多幀曝光進行融合后輸出，長曝光幀保留暗處的細節(jié)、短曝光幀保留亮處的細節(jié)。
傳感器的選擇：目前，市場上的圖像傳感器分為CCD與CMOS兩大類，兩者之間的構造不同 CCD采用電荷耦合傳遞方式輸出，同一放大器進行信號放大，而CMOS則是每一個像素都有獨立的放大器。所以，在相同面積及相同像素點時，CMOS的感光面積要小于CCD，且由于CMOS每個放大器放大系數(shù)不一致的原因，在低照度情況下，CCD效果會更好一些，CMOS躁點較大。但是，CMOS可以輕易將周邊電路集成到芯片中，工藝較CCD簡單，成本較低，且隨著工藝的提升，CMOS在高像素、信號處理速度上的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，以及通過后端ISP對圖像效果的提升，讓CMOS在高清攝像機中的應用越來越多。
ISP是一種攝像機專用技術，它按照人眼視覺的要求對攝像機拍攝到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理，目標是使視頻或圖片適于人眼觀看。ISP一般包含很多功能模塊，每個模塊都會針對原始數(shù)據(jù)的一種問題進行相應的調(diào)整，如降噪模塊 可以減少噪聲的干擾，顏色調(diào)節(jié)模塊可以使圖像的顏色更加真實自然等。隨著攝像機像素數(shù)目和視頻實時性能的不斷提升，百萬像素已經(jīng)成為基本配置，千萬像素的攝像機在市場上也可以找到，ISP需要處理的數(shù)據(jù)量急劇增加，復雜度也隨之增加，這就要求ISP技術的數(shù)據(jù)處理能力不斷提升。
此外，圖像編碼技術對攝像機的清晰度也有一定的影響。早期，攝像機的后端芯片一般由ISP和接口芯片組成，ISP用于圖像處理，處理后再進行壓縮或編碼處理，通過不同的接口輸出給用戶，接口一般分為非壓縮輸出和壓縮輸出兩種，攝像機也因此分為SDI高清攝像機(非壓縮)和網(wǎng)絡高清攝像機（壓縮）。SDI高清攝像機采用非壓縮方式的串行視頻信號輸出，網(wǎng)絡高清攝像機則按照H.264/MPEG/MJPEG算法編碼壓縮。SDI因非壓縮緣故，視頻數(shù)據(jù)清晰度高，對帶寬要求也高，傳輸距離有限，隨著網(wǎng)絡高清的快速發(fā)展，市場占有率不斷縮小，但在特定應用場合，SDI仍具備一定的優(yōu)勢。
推不動，4K距離規(guī)?；€有多遠
如上文所說，決定4K超高清效果的，除了分辨率仍有很多其他因素，這也導致了目前安防市場中，各家4K攝像機的效果良莠不齊，呈現(xiàn)效果遠沒有1080P成熟。除了實際成像效果外，4K在安防市場的規(guī)?；瘧眠€有哪些阻礙？
昂貴的編解碼器
一般首先想到的就是網(wǎng)速，也就是編解碼技術。
但是，到了今年，主流安防廠商4K攝像機幾乎都已搭載了H.265編解碼技術，它能將動輒10~15Mbps的4K碼流，降低至6~8Mbps，讓4K碼流在普通帶寬下的瀏覽流暢傳輸成為可能，大型安防監(jiān)控項目如平安城市、智能交通中，規(guī)?；瘧?K也成為了可能。
H.265在占用更少帶寬的情況下，可以提供比H.264更優(yōu)異的圖像體驗。但這一切并非毫無代價，對H.265編碼的視頻進行解碼，需要更多的計算能力。因此，業(yè)內(nèi)各個編解碼芯片廠商也在逐步推出H.265算法的產(chǎn)品，但是居高不下的成本，也從一定方面限制了H.265的普及。
稀缺且昂貴的鏡頭
4K攝像機配套的鏡頭至少需要達到800W以上的解像力，才能充分呈現(xiàn)4K的效果。但是目前，真正達到800W以上解像力的鏡頭不多而且成本較高，適合安防應用的、支持變焦的機芯鏡頭更是少之又少。
4K監(jiān)視器的空缺
4K的超高清攝像機對于后端顯示設備來說，也是個不小的挑戰(zhàn)。雖說現(xiàn)在市場中4K電視已經(jīng)大量出現(xiàn)，但是在安防行業(yè)，顯示設備通常使用的是液晶監(jiān)視器，就目前的市場情況來看，支持4K超高清的監(jiān)視器還是很少。
昂貴的信號傳輸線纜
想要完美支持4K碼流的傳輸，HDMI的標準必須支持2.0規(guī)范，相對于早期的1.3、1.4HDMI標準，新的規(guī)范將傳輸帶寬提升至了18Gbps。同時，由于高清視頻圖像只能夠使用HDMI線纜進行傳輸，而HDMI線纜的理論傳輸距離是10~15米，超過這個距離，就需要中繼設備的支持，后端投入成本還是比較高的。
略顯遜色的低照度效果
由于同樣靶面大小的芯片，像素越高，感光性能就會越差，4K攝像機的低照度效果普遍低于同等規(guī)格的1080P攝像機，但現(xiàn)在需要24小時監(jiān)控的場景越來越多，對攝像機的低照度也越來越高，這是4K攝像機的一大痛點。
完整解決方案的缺失
雖然現(xiàn)在不少安防廠商都已經(jīng)推出了4K產(chǎn)品，但是多數(shù)還是前端攝像機系列，后端的存儲以及顯示環(huán)節(jié)的產(chǎn)品少之又少，但4K不是解決了前端就OK了，它是一個系統(tǒng)性的問題，需要前后端匹配起來。目前能夠提供整體端到端4K產(chǎn)品級解決方案的廠家并不多，而能夠針對細分垂直行業(yè)，提供4K行業(yè)級系統(tǒng)方案的廠家就更少了。
用戶反響的低迷
上述原因，同時導致了用戶對4K超高清技術的需求不強烈、熱情不高，從根本上難以實現(xiàn)規(guī)?；瘧?。
在4K規(guī)?；瘧玫淖璧K中，很大一部分都是源于成本，隨著4K市場化的進一步成熟，成本的降低是可預期中的事情。但對于研發(fā)人員而言，在等待市場的過程中，想辦法解決4K應用效果中的低照度難題、存儲難題、ISP處理難題等，并定制完善的解決方案，才能給用戶呈現(xiàn)最完美的4K效果。
