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技术与周边成熟,超高清应用蓄势待发

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4K消费级镜头: GoPro Hero3+黑色版 (左)、Point Grey Flea3 (右) (GoPro、Point Grey)
4K消费级镜头: GoPro Hero3+黑色版 (左)、Point Grey Flea3 (右) (GoPro、Point Grey)

由于Full HD(全高清)已成为影像处理器的基本规格,能够提供1080p分辨率的视讯输出能力,许多显示面板厂商开始开发Ultra HD(UHD,超高清)面板,带动4K影像处理器的需求提升,在电视、电脑、平板、手机、镜头等信息产品领域,都有厂商陆续推出4K视讯处理器的解决方案,让影像拍摄迈向更高层次…

拍得更精采 - 4K镜头、摄录影机抢先上市

4K镜头处理器架构: Canon双DIGIC 5+ (左)、安霸A9单芯片方案 (右) (Canon、Ambarella)

4K镜头处理器架构: Canon双DIGIC 5+ (左)、安霸A9单芯片方案 (右) (Canon、Ambarella)

Snapdragon 805为首颗硬件支持HEVC (H.265) 视讯解压的芯片,功耗更低 (Qualcomm)

Snapdragon 805为首颗硬件支持HEVC (H.265) 视讯解压的芯片,功耗更低 (Qualcomm)

电视机产品往4K发展已成趋势,然相关电视节目、影片等内容产业还未普及,因此许多Content Creation(内容创造)的产品也纷纷问世,如4K单眼镜头、摄录影机,以及4K影视播放器等。

在镜头类产品部分,目前800万以上像素的数码镜头,其实都具备拍摄4K (3840x2160或4096x2160)分辨率以上的静态照片(Photo)的能力,但摄录4K动态画面(Video)时,可能就力有未逮(例如Nikon V1利用高速拍摄功能只能录1秒)。为进入4K的镜头市场,厂商近期纷纷推出了「专业级4K」(可达60fps,每秒60张),和「消费级4K」(24fps以下)的产品。

专业级4K的摄影机,主打Cinema等级。例如Canon EOS C500、Sony PMW-F5、PXW-Z100、JVC GY-HMQ10/30…等等,甚至Sony PMW-F65还支持高达8K UHD的水准,这类产品主要供给专业电影、电视摄影师使用。而在专业DSLR(单眼镜头)部份,目前有Canon EOS-1D C (可达24fps,采Motion JPEG格式)。

在消费级4K摄影机部份,有Sony FDR-AX1,率先支持HDMI 2.0标准。而GoPro推出的Hero3+ Black Edition运动型镜头,采1,200万像素镜头,可拍摄最高达4096x2160 (12fps)的分辨率,售价399.99美元,为目前最亲民的价格。另PC专用Webcam/IP cam产品部份,有Point Grey的Flea3产品,号称世上最小的4K Webcam,采USB 3.0界面,能录制4096x2160 (21fps)的画面。

除了Camera类的产品,4K Media Player (播放机)也已问世。如Sony FMP-X1,内建Gb级网络埠、2TB硬盘、售价699美元,可搭配Sony自家4款4K UHD TV使用,并连接到Sony经营的4K网络影视服务,并订阅影片之后,即可播放其提供的4K超高画质电影数码内容。

4K视讯拍摄的核心 – Camera / Image Processor

当今的行车纪录器/IP Camera(监控镜头)/运动型镜头/Webcam等产品,大多已具有Full HD的拍摄能力。采用的影像/视讯处理器包含: 安霸(Ambarella)、联咏(Novatek)、瑞芯微(Rockchip)…等厂商。目前市面上超过半数的Full HD行车纪录器,采用的是安霸的1080p等级的解决方案(如A2s),包含PaPaGO(研勤)、MIO(宇达)、GoPro、Abee(快译通)、Aiptek(天瀚)、HP(惠普)…等等。

由于4K的影像数据量更庞大(是一般Full HD 的4倍),要如何处理这样大量的数据,以专业镜头厂商来说,是透过多颗处理器来达成。例如上述的Canon EOS-1D C DSLR就是采用自家研发的双DIGIC 5+影像处理引擎,来录制4K等级的影像。而JVC早在2010年就发表的JCY0246影像处理器,系采用40nm制程,体积缩小许多,支持HDMI 1.4、提供4K (60fps)的拍摄能力,可应用到手持式家用摄影机(Handycam)产品上。

除镜头公司自行研发的影像芯片外,许多芯片厂商纷纷推出4K的数码镜头单芯片(SoC)解决方案,以应用到更小的3C产品上。而为应付4K的分辨率,SoC在硬件架构上势必要会提升CPU运作时脉才能让影像录放更流畅。不过移动设备必须注重省电与散热,因此要如何兼顾高效能、低功耗,可说是考验着工程师的设计功力。

已知安霸(Ambarella)于2012、2013年依序发表S2、A9的4K UHD数码镜头单芯片,S2主打IP监控镜头市场,A9主打消费镜头市场。日前GoPro发表的Hero3+ Black Edition,仅采用其上一代A7L (1080p等级)的芯片来做4K视讯处理,虽可达到12fps,但对运动来说是不够的。据悉GoPro Hero4将会采用A9芯片,将提供专业等级的4K拍摄能力。

4K影像增艳技术的巧手 – Video Processor

在影音播放部份,由于目前4K(2160p)的影片、电视频道并不多。因此目前的4K电视大多内建所谓的4K upscaling 或 4K conversion (等比例放大、4K转换)等增艳技术或分辨率扩大的影像处理器,让电视在播放传统(如1080p、720p)的影像时,能透过影像后制处理方式,让传统分辨率的影像,也能表现出接近原生UHD等级的分辨率水准。

虽说这些画质并非真正4K,但为了行销4K TV,电视机厂商必须内建表现够好的影像处理器,来让画面看起来更逼真,更出色。也促使这类影像处理器的需求量提升。这类产品包括Marvell (Qdeo 技术)、Altera、i-Chips等皆有推出,可以应用到蓝光播放器、数码多媒体播放器、机顶盒、电视等产品。

值得注意的是法商Marseille公司,其推出的VTV-122x系列的视讯处理器,内建4xHD scaler,能提供2D内容扩展分辨率至4K、3D 720p的内容扩展分辨率至1080p的画面等级。在输出界面上,提供HDMI 1.4b规格,可输出2160p画面(24或30Hz),并支持3D立体影像,以及杜比TrueHD和DTS-HD 2或8声道的音讯,可制作成媒体转接盒,或内建于各式播放器、电视内。

搭配其专有的独家技术,能让传统蓝光电影画质(Full HD)表现出接近于Ultra HD的画质水准,就像在看4K影片一样,让观赏者惊艳不已。该产品也获得Technicolor(特艺影业集团,前身为Thomson,为彩色电视机鼻祖)的认证。目前已知Senki、Toshiba Symbio等蓝光播放盒已内建该处理器。

在视讯编码技术部份,因应4K影像数据量庞大,传统以H.264编码格式已捉襟见肘,因此在ITU(国际电信联盟)通过新的HEVC (H.265) 的编码标准之后,其压缩效率比H.264多出近40%,可大幅减少影音传输时所需的带宽。预计2014年起,德仪(TI)、Altera、赛灵思(Xilinx)、意法半导体(ST)与睿致科技等芯片商,都会加速开发H.265的影像压缩/处理芯片,以提供UHD时代的影像解压缩需求。

4K手机/平板核心 – Mobile Processor

在手机镜头部份,高通2013年初发表的Snapdragon 800处理器(2.3GHz Krait 400 CPU + 550MHz Adreno 330 GPU架构),就具备4K视讯影像处理能力,赋予手机画面输出至4K电视的能力。例如宏碁首发的Liquid S2,就可以拍摄4K的影像,随后三星Note 3、Sony的Xperia Z1、i1 (代号Honami),也纷纷支持4K录影。让美好的时光能够先用4K的高规格拍摄格式储存起来,以便以后拿到4K的电视或未来4K的手机上观看。

至于日前发表的Snapdragon 805应用处理器(2.5GHz Krait 450 CPU + 500MHz Adreno 420 GPU架构),主要改成更先进的CPU、GPU处理器架构,805的GPU表现比800快40%,可提供更平顺的4K的视讯摄录与播放能力。号称是世上第一颗UHD的移动处理器。

此外,Snapdragon 805为首款支持4K HEVC (H.265) 硬件解码、以及支持每秒10亿像素(Gpixel/s)处理量镜头的移动处理器,降低视讯传输带宽,因此能更省电。预计2014上半年就以看到相关的平板或手机。据悉Sony Xperia Z1的后续机种、代号 Avatar,便将采用805处理器,为5寸2560x1440分辨率的旗舰级手机。

至于三星部份,则正在开发自家下一代Exynos移动处理器,预计先在2014年支持到2560x1440,直到2015年才会推出4K的产品。


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