Перейти на Sec.Ru
Рейтинг@Mail.ru

03 апреля 2015

Формат 4К: возможности и преимущества

Александр Горскин,
эксперт

 

За последние пару лет аббревиатура 4К стала все более употребительной, как на профессиональных, так и на потребительских рынках. Все больше продукции, решений и сервисов поддерживают стандарт 4К. Не остается в стороне и рынок безопасности. Что же такое формат 4К, какие у него конкурентные преимущества, какие новые возможности дает он потребителю? Насколько рынки и потребитель готовы к переходу на новый формат? В данной статье мы постарались предоставить информацию, на основе которой читатель сможет самостоятельно ответить на многие вопросы, связанные с форматом 4К.

В отличие от обозначения разрешения в телевидении, отталкивающегося от количества строк и, соответственно, количества элементов изображения по вертикали, в кинематографе разрешающая способность отсчитывается по длинной стороне кадра.

Такой принцип выбран из-за того, что в цифровом кино, в отличие от телевидения высокой четкости, существуют различные стандарты соотношения сторон экрана.

В этом случае удобно взять за расчет горизонтальное разрешение, которое остается постоянным, в то время, как вертикальное разрешение изменяется в соответствии с высотой кадра, например: 720p – 1280x720, 1080p – 1920x1080.

 

Разрешения 4К

Разрешению 4K соответствует сразу несколько различных размеров изображения в пикселях.

Поэтому, можно встретить сразу несколько вариантов формата 4К:

  • Полнокадровый 4K с разрешением 4096x3112 пикселей, соотношением сторон 1,32:1 и общим количеством пикселей 12 746 752;
  • Академический 4K с разрешением 3656x2664 пикселей, соотношением сторон 1,37:1 и общим количеством пикселей 9 739 584;
  • Широкоэкранный 4K с разрешением 4096x1714 пикселей, соотношением сторон 2,39:1 и общим количеством пикселей 7 020 544;
  • Full 4K с разрешением 4096x2160 пикселей, соотношением сторон 1,89:1 и общим количеством пикселей 8 847 360;
  • Кашетированный 4K с разрешением 3996x2160 пикселей, соотношением сторон 1,85:1 и общим количеством пикселей 8 631 360;
  • Ultra HD 4K с разрешением 3840x2160 пикселей, соотношением сторон 16:9 и общим количеством пикселей 8 294 400.
  • Ultra High Definition Television с разрешением 5120x2160 пикселей, соотношением сторон 2,37:1 (21:9) и общим количеством пикселей 11 059 200;
  • WHXGA с разрешением 5120x3200 пикселей, соотношением сторон 1.60:1 (16:10, 8:5) и общим количеством пикселей 16 384 000.

Существуют и другие варианты формата 4К.

 

 

18 октября 2012 года Ассоциация Потребительской Электроники (CEA) определила основные характеристики для телевизоров, мониторов и проекторов сверхвысокой чёткости для отображения контента с разрешением 4K, а также утвердила термин Ultra High-Definition для обозначения устройств, соответствующих этим характеристикам. 24 июня 2014 года были расширены характеристики и утверждены маркетинговые термины «Ultra High- Definition», «Ultra HD», или «UHD», которые также могут сочетаться в различные модификациях, например «Ultra High-Definition TV 4K». CEA расширяет минимальные требования, которым должны отвечать телевизоры, мониторы и проекторы, чтобы соответствовать Ultra High-Definition характеристикам:

  • Разрешение дисплея – не менее 8 миллионов пикселей, 3840 по горизонтали и 2160 по вертикали;
  • Соотношение сторон – 16:9;
  • Повышающий преобразователь – способность масштабирования изображения HD видео и отображение его с разрешением UHD;
  • Цифровой вход – один и более HDMI входов с поддержкой контента с разрешением 3840x2160 с частотой кадров 24p, 30p и 60p кадров в секунду;
  • Колориметрия – способность обрабатывать видео 2160p с цветовым пространством ITU-R BT.709 и поддержка стандартов с более широким цветовым пространством;
  • Глубина цвета – не менее восьми бит.

4K стала общим названием для ультра-телевидения высокой четкости (UHDTV), хотя его разрешение составляет лишь 3840x2160 пикселей, что ниже, чем в отраслевом стандарте 4K 4096x2160 пикселей.

Также, 23 августа 2012 года, МСЭ-Р принята рекомендация BT.2020, которая определяет значения параметров для систем телевидения сверхвысокой четкости для производства программ и международного обмена ими. Рекомендация включает в себя разрешение 3840x2160 и 7680x4320, частоту кадров от 24 до 120, расширенные параметры колориметрии системы и другие характеристики. Вторая редакция стандарта UHDTV Level 2 (сегодня её также иногда называют Super Hi-Vision) определяет 8К-формат с чёткостью 4320 линий (4320p) и разрешением 7680x4320 точек, что, в свою очередь, в четыре раза превышает 4К-картинку и дает движущеюся картинку в 32 000 000 пикселей.

В международной Ассоциации инженеров кино и телевидения (The Society of Motion Picture and Television Engineers) особенно подчёркивают, что простые термины вроде 4K или 8K отражают лишь один из важнейших аспектов стандарта UHDTV, но никак не отмечают ряд других, не менее важных особенностей, таких как четырёхкратное увеличение количества отображаемых цветов (не только 10-битный, но и 12-битный цвет), значительное увеличение динамического диапазона (большая детализация в самых светлых и самых тёмных оттенках), более широкий диапазон частот развёртки - отныне никакого интерлейсинга, только прогрессивная, включая столь необходимые для спорта 120 кадров в секунду, а также варианты вроде 60, 60/1,001, 50, 30, 30/1,001, 25, 24 и 24/1,001 кадра в секунду, 24-канальный звук и так далее.

Для начала нужен способ эффективного кодирования-декодирования мощного потока 4К-сигнала, и старый добрый кодек AVC/MVC/H.264 здесь уже никак не подходит – слишком громоздок и недостаточно эффективен. Для этих целей был разработан новый стандарт HEVC (High Efficiency Video Coding), эффективность сжатия данных которого теоретически может достигать 1000:1, при этом, по сравнению с традиционным H.264/ MPEG-4 AVC новый кодек HEVC изначально разрабатывался для поддержки больших разрешений экрана, с учетом современных методик распараллеливания вычислений. Разработка финальных спецификаций первой версии технологии компрессии HEVC 1.0 и публикация официально рекомендованного стандарта ITU-T H.265 в апреле 2013 года послужили сигналом к последующему появлению в течение года спецификаций DivX HEVC, DXVA for HEVC, OpenHEVC FFmpeg, а также первых аппаратных и программных решений с поддержкой HEVC/H.265 от Broadcom, Envivio, Ericsson, Fraunhofer, Fujitsu, Haivision, Kontron, Rovi/Mainconcept, STMicroelectronics, Technicolor, Thomson Video Networks, Vanguard Video и других компаний.

 

Разница в кодировании между H.264 AVC и H.265 HEVC

 

Пример кодирования в H.264 AVC и H.265 HEVC

 

YouTube и телевизионная индустрия приняли Ultra HD в качестве стандарта 4K. Первый 4K канал начал вещать в апреле 2013 года в Канаде. В феврале 2014 года был запущен первый круглосуточный Ultra HD 4K развлекательный канал, вещание которого доступно всем мире. Канал был первым в своем роде, и в нем уникальное сочетание Ultra HD 4K контента разного содержания, с 200 часами нового контента в год. В настоящее время уже большое количество операторов кабельного телевидения, IPTV, Mobile, Web TV, и т.д., предлагают Ultra HD 4K видеоконтент во всем мире. Но по состоянию на 2014 год, содержание 4K контента от крупных телевизионных сетей остается ограниченным. Спутниковое и кабельное телевидение активно переходит на формат 4K. Этот переход будет происходить постепенно и должен быть реализован в несколько этапов. Первый 4K, со скоростью трансляции 50/60 кадров в секунду; второй – 4К со скоростью трансляции 100/120 кадров в секунду, а третий – полный охват цветового пространства RTV 2020.

Тем не менее, и в настоящий момент контент 4K становится все более доступным в Интернете, в том числе на YouTube, Netflix и Amazon. В настоящее время на рынке все больше UHDTV моделей телевизоров, мониторов и проекторов, а также камер, поддерживающих данный формат.

 

Выбор качества 2160p 4K в YouTube

 

Первая коммерчески доступная 4K камера для кинематографических целей была выпущена в 2003 году. YouTube начал поддерживать 4K для загрузки видео в 2010 году. При просмотре контента с качеством 4K в настройках следует выбирать качество 2160p 4K. В ноябре 2013 года, YouTube начал использовать VP9 стандарт сжатия видео, заявив, что это больше подходит для 4K, чем High Efficiency Video Coding (HEVC); VP9 в настоящее время разрабатывается компанией Google, которой принадлежит YouTube.

Прокат фильмов с разрешением 4K в кинотеатрах начался в 2011 году. Компания Sony начала предлагать 4K проекторы еще в 2004 году. Первый 4K проектор для домашнего кинотеатра был выпущен Sony в 2012 году.

Sony являясь одной из ведущих студий, способствующих производству UHDTV, по состоянию на 2013 предлагала чуть более 70 фильмов и телевизионных программ.

Большинство 4K телевизоров, продаваемых в 2013 году, не имели встроенной поддержки кодека HEVC, при этом большинство крупных производителей объявил о своей поддержке данного кодека в 2014 году. Amazon Studios начала снимать сериалы с разрешением 4K в 2014 году.

Но не будем углубляться в подробности цифрового телевидения и перейдем к охранному.

По аналогии с форматами HD 720p, Full HD 1080p, формату Ultra HD 4K будет эквивалентно 2160p. Как мы видим, был сделан серьезный технологический прыжок, от Full HD 1080p к формату Ultra HD 4K, пропустив формат 2К. Поскольку размер кадра формата Ultra HD 4K, в целых четыре раза превосходит популярный на рынке видеонаблюдения формат Full HD 1080p, то для кодирования и декодирования изображения данного формата требуются значительные вычислительные мощности, против мощностей, обеспечивающих работу с форматом Full HD 1080p.

Аналогичная ситуация и с хранилищами архива от камер 4K.

В какой мере эти критерии являются сдерживающим фактором роста популярности 4K решений на рынке безопасности?

 

Накопители

Еще весной прошлого года, в №35 газеты IT&Security News мы публиковали статью про использование накопителей на рынке видеонаблюдения. Анализ рынка накопителей показал, что прогресс не стоит на месте и на рынке, с постоянной периодичностью, появляются накопители не только большего объема, но и с увеличенным ресурсом эксплуатации. Теперь, при использовании стандартной перпендикулярной записи доступна плотность записи по 1,142 Тб на пластину, что в сочетании с использованием в качестве заполнителя – гелия, позволило компании HGST создать накопитель «Ultrastar He8» объемом 8 Тб. Впрочем, компания HGST также воспользовалась методом записи с частичным перекрытием дорожек и начала пробные поставки первых в индустрии 3,5-дюймовых 10-Тб жёстких дисков «HelioSeal».

 

3,5-дюймовый 10-ТБ жёсткий диск HelioSeal от HGST

 

Такие накопители базируются на семи 1,43-Тб пластинах, которые получаются из 1,2-Тб PMR-пластин после использования записи с частичным перекрытием дорожек.

Данные технологии мы подробно освещали в статье про накопители, опубликованной в №35 газеты IT&Security News. Что же касается мировых цен на накопители, то даже с учетом форс-мажоров в виде кризисов и стихийных бедствий, они либо опускаются, либо остаются на одном уровне (в иностранной валюте). В настоящее время на рынке относительно доступные цены на 3.5 HDD емкостью 4 Тб с гарантией 5 лет и емкостью 6 Тб с гарантией 3 года, сразу у нескольких производителей. А данные сроки уже аналогичны гарантийным срокам, которые дают на свою продукцию производители на рынке безопасности.

 

Вычислительная мощность

Что же касается вычислительной мощности для работы с 4К видео, то в настоящее время это более актуально при одновременном декодировании сразу нескольких потоков 4К на одной станции, нежели при работе с одной 4К камерой. Но даже это не настолько сильный сдерживающий фактор развития 4К на рынке безопасности.

Подтверждением этому служит тот факт, что на рынке мегапиксельных камер уже давно присутствуют решения на 5, 8, 10 и более мегапикселей. Также на рынке безопасности присутствует достаточное количество решений, которые работают с потоками, не на много меньшими, чем планируемые потоки от 4К камер.

Например – работа с 10 мегапиксильными камерами, у которых размер кадра 3648x2752 пикселов. На российском рынке безопасности уже не первый год присутствуют такие, как софтверные, так и аппаратные решения.

И если сейчас многомегапиксельные камеры дают поток в формате H.264, то есть примеры производителей, которые в прошлом году внедрили кодек H.264 High profile, при использовании которого поток от камеры 1080р, с максимальными параметрами, стал на 30% меньше, чем при использовании с теми же настройками кодека H.264.

Предполагается, что повсеместное внедрение на рынке безопасности более эффективного кодека сжатия H.265, позволит уменьшить требуемую пропускную способность от 30 до 50% по сравнению с H.264.

Вычислительная мощность процессоров на камерах 4К в настоящее время еще не лимитирована технологическими процессами. Аналогичная ситуация сложилась и с вычислительной мощью серверной части, на которой осуществляется запись и декодирование потоков от 4К камер. Уже сейчас на рынке элементной базы есть процессоры, выполненные по 14-нанометровому технологическому процессу, а в этом году компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) сделает пробный выпуск продукции по нормам 10 нм. В настоящее время на компьютерном рынке популярны процессоры, выполненные по нормам еще предыдущих технологических процессов. У производителей, работающих на рынках фото-, кино- и видеотехники уже не первый год есть продукция, поддерживающая работу с форматом 4К. Используемые в этой технике процессорные сборки можно применять и в 4К устройствах для рынка безопасности. Так делают, уже не первый год, многие брендовые производители HD и Full HD устройств.

 

4K NVR

На мировом рынке безопасности уже присутствуют NVR, поддерживающие работу с 4К камерами. И такие устройства представлены в продуктовой линейке сразу у несколькиx производителей.

Так один из быстро найденные на просторах глобального Интернета, NVR от компании Vigilant - NetVR 4K NVR, поддерживает одновременную запись от 16 камер разрешением 3840 x 2160 пикселей и скоростью 25/30 к/с.

Другой, 128 канальный 4K регистратор DH-NVR608-128- 4K от компании Dahua, поддерживает одновременную работу с 128 камерами. Также он обладает следующими xарактеристиками:

  • Возможность подключения мониторов: 2 HDMI (с разрешением до 3840x2160), 1 VGA;
  • Размеры кадров: 3840x2160, 1920x1080, 1280x1024, 1280x720, 1024x768;
  • Поддерживаемые кодеки сжатия: H.265/H.264/MJPEG;
  • Разрешение подключаемые камер: 12 Mp, 8 Mp, 6 Mp, 5 Mp, 3 Mp, 1080P, 1.3 Mp, 720P и ниже;
  • Максимальный суммарный поток: 384 Mbps;
  • Поток на одну камеру: 1~ 20 Mbps;
  • Поддерживаемые камеры от производителей: Dahua, Arecont Vision, AXIS, Bosch, Brickcom, Canon, CP Plus, Dynacolor, Honeywell, Panasonic Pelco, Samsung, Sanyo, Sony, Videotec, Vivotek и др. Есть и другие примеры подобные устройств.

В 4К NVR, присутствуют ограничения на суммарный максимальный поток, а также на максимальный поток от каждой камеры. Если подключенные к такому NVR камеры 4К соответствуют этим ограничениям, пользователь получает возможность организации записи видеопотоков от данные камер на NVR и вывода видеоизображений на подключенные к 4K NVR – HDMI мониторы с разрешением до 3840x2160 пикселов. Так в NVR от Dahua такиx мониторов – 2. Но с активным внедрением кодека сжатия H.265, производители 4К камер смогут понизить поток, без потери качества и ограничения по размеру видеопотока станут менее критичными.

 

Отображение 4К информации

При просмотре изображений в 4К формате можно использовать разные устройства, которые поддерживают данное разрешение. Это могут быть проекторы, видеостены (видеоматрицы), мониторы и др.

Что потребитель ждет от использования 4К камер?

Если смотреть на другие рынки, где используются 4К камеры, то потребители ждут от таких камер четкого изображения с большим количеством деталей, расширенным цветовым диапазоном и др. Такое изображение должно быть по качеству максимально приближено к тому, что видит человеческий глаз в реальной жизни, без использования устройств отображения информации.

Но существует определенная зависимость размеров экрана, разрешения транслируемого на нем изображения, размеров пикселей данного устройства и удаления от него точки просмотра.

Возьмем размер пикселей на мониторе. Для комфортного просмотра, человеческий глаз не должен воспринимать каждый пиксель в отдельности. А должен видеть картинку как единое целое. Если пиксели большие, то для комфортного просмотра изображения такой монитор должен располагаться дальше от точки просмотра.

Если размеры монитора большие, то для комфортного просмотра изображения на нем, с восприятием всех деталей сцены, нужно подобрать такое удаление, что бы монитор полностью вписался в поле зрения.

 

Зависимость расстояния между точкой просмотра и экрана от диагонали экрана

 

В данном случае, под полем зрения мы понимаем совокупность видимые точек пространства, которые способен распознать глаз в неподвижном состоянии, а также - угловое пространство, видимое глазом при фиксированном взгляде и неподвижной голове. Принимая во внимание особенности строения сетчатки глаза человека, можно выделить:

Поле зрения света – наиболее широкое, обусловленное расположением на сетчатке светочувствительные палочек. В среднем, в норме это 55° ближе к носу, 90° дальше от носа, 55° сверху и 60° снизу. Возможны отличия на 5-10°.

Поле зрение цвета – обусловленное расположением на сетчатке колбочек, чувствительные к цвету. Поле зрения синего цвета проходит около 50°, красного - 30° и зелёного 20°.

В горизонтальной плоскости двумя глазами поле зрения человека равно 180°. Однако бинокулярное зрение (зрение двумя глазами вместе) - уже где-то в районе 110°.

Это значит, что человеческий глаз способен распознавать объекты в диапазоне 180°, но воспринимать их трёхмерными лишь в диапазоне 110°.

Стоит заметить, что объекты, видимые до цветового диапазона, видятся бесцветными. Другими словами, в хорошо освещенной комнате глаз способен периферическим зрением увидеть объект, однако не сможет определить его цвет, в случае если нужный цветовой диапазон не достигнут. Тут на помощь приходит мозг, который в случае, если объект ему знаком, окрашивает его в нужный цвет.

Стоит заметить, что поле зрения человека может разниться, для измерения поля зрения человека прибегают к периметрии.

 

Пример периметрии для одного глаза. Черной кривой отмечено поле зрения света, а цветными кривыми соответствующий цветовой диапазон

 

Но мир не двухмерен, и поле зрения также ограничено в вертикальной плоскости. Поэтому для получения наиболее полной информации о поле зрения необходимо, на итоговой карте с полем зрения, также обозначить зоны и для вертикальной плоскости, с учетом желаемой точности для плоскостей, проходящих под углом к вертикальной или горизонтальной плоскости. Чем меньше градусов шаг, тем точнее результат.

Карты поля зрения для обоих глаз получаются примерно похожие. При проверке экспериментальным путем периметрии у большого количества здоровые людей, можно получить усредненную карту.

При этом, диапазоны поля зрения зеленого цвета будет меньше, чем красного и еще меньше, чем синего.

 

Поле зрения света, синего, красного и зеленого цветов

Продолжение следует

Опубликовано в газете IT&Security News, № 38 январь - февраль 2015

Просмотров: 991

Ваши комментарии:

Для того, чтобы оставлять коментарии, Вам нужно авторизоваться на Sec.Ru. Если У Вас еще нет аккаунта, пройдите процедуру регистрации.


Информация

  • Снимай крутую видеорекламу - выкладывай на Sec.Ru!

    Рекламный ролик - один из самых эффективных способов донесения информации. И он отлично подходит для рекламирования любой продукции, в т.ч. и продукции рынка систем безопасности.
    Поэтому редакция Портала решила составить свой рейтинг лучших рекламных видеороликов. Все они разные и все чем-то покоряют: красотой, задумкой, стилем съемки, посылом, необычным финалом.
    Некоторые из них язык не повернется назвать иначе как шедевром короткого метра. Смотрим, наслаждаемся, делаем заметки, учимся творить рекламу правильно.
    Если Вы хотите выложить видеоролик о своей продукции на Sec.Ru, пишите о своем желании на adv@sec.ru!

    Картинка: Jpg, 100x150, 16,47 Кбайт

    Мотор!

Отраслевые СМИ

Все права защищены 2002 – 2017
Rambler's Top100 �������@Mail.ru