4K安防應用起航：光鮮、短板和未來

4K的到來

似乎是在一夜之間，鋪天蓋地的4K電視廣告出現在了我們的身邊，4K成為了互聯網的又一個焦點話題，人們茶余飯后都在談4K電視帶來的超高清視覺體驗，似乎在家里擁有一臺4K電視也成為了引領潮流的象征，可見人們對于清晰度的追求是永無止境的。

其實不僅在家用電視行業，在視頻監控領域，對于清晰度的追求也從未停步。在2010年之前，視頻監控還處于“標清時代”，監控系統大都采用標清攝像機，其D1甚至CIF的畫質越來越難滿足人們日益增長的對清晰度的追求。所以從2010年開始，視頻監控大步跨入“高清時代”，720P和1080P的高清畫質得到了用戶的廣泛認可，“高清改造”也成為了這一階段視頻監控領域最熱的詞。但當人們還沉浸在“高清時代”帶來的全新體驗中時，安防業界的大廠商都相繼推出了4K超高清攝像機。

國際電信聯盟對4K超高清的定義是：水平清晰度3840，垂直清晰度2160，寬高比16:9，總約830萬像素，分辨率是1080P的4倍，720P的9倍。4K超高清攝像機是否能被用戶認可，視頻監控是否即將大步跨入“超高清時代”了？

要解答這個問題，我們需要仔細分析4K相較于目前主流的1080P的優勢和不足。

4K的優勢

從“看”的角度來講，4K確實帶來了更高的清晰度。從定義中可以看到4K的分辨率是1080P的4倍，如果用4K攝像機和1080P攝像機拍攝相同視場角下的同一場景，4K攝像機會用4倍于1080P攝像機所用的信息量去還原場景，畫面自然更清晰、更貼近真實，如下圖所示，1080P圖像中遠處的車牌信息已經模糊，而4K圖像中依然可以清晰分辨。

圖1 1080P與4K圖像對比

從“用”的角度來講，由于4K畫面的信息量是1080P的四倍，基于更多的信息量，就能實現更準確的智能分析，4K一旦大規模部署，智能分析的準確率就能上升一個臺階，而且也會有更豐富更令人驚喜的智能應用得到實現。另一方面，部署4K攝像機還能節省點位數量、降低整體成本，這是由于在相同清晰度的情況下，4K攝像機覆蓋的區域是1080P攝像機覆蓋區域的4倍，也就是說在一個場景中，如果你覺得1080P的畫面足夠清晰了，你可以用一臺4K攝像機替換掉4臺1080P攝像機，而且在顯示時不需要在4個畫面中來回切換著看了。

以上兩方面就是4K相較于1080P的優勢，“看”是很直觀就能得出的，而“用”是基于“看”得更清晰而附帶的好處。

4K的不足

4K相較于1080P有何不足呢？

其實高清監控從來不只是監控攝像機的高清，高清監控是一整個監控系統的高清，涉及到采集、編碼、傳輸、存儲、解碼顯示五個方面，而基于目前的技術限制，4K相較于1080P的不足，在這五個方面都有涉及。

首先在采集端，不可否認，在正常光照環境下4K攝像機能提供更高清晰度的圖像，細節還原更貼近真實，但受限于Sensor靶面的面積，隨著像素點數量增加，單個像素點的感光面積減小，所以在低照度成像上4K不如1080P，這是目前所有4K攝像機面臨的一個嚴重問題，必須通過補光來解決。

其次在編碼、傳輸及存儲上，目前H.265技術雖然名聲在外，但還未真正成熟，所以我們依然在用H.264作為主流高清編碼技術，4K攝像機的碼流還處在8～10M左右。對于這么大的碼流，單只提供一路實況+一路存儲，已經讓部分監控網絡望而卻步了，更何況一旦發生突發事件，會有更多的客戶端同時訪問同一路圖像，普通的監控網絡根本承受不住這種負擔，必須要對整個網絡進行升級；而且目前大部分的監控網絡采用流媒體技術，流媒體服務器的轉發性能也亟待提高，否則很容易成為監控網絡中的瓶頸。同時，更大的碼流勢必會帶來更大的存儲需求，而且對存儲設備的并發寫入/讀取性能也提出了更高的要求。簡而言之，由于在編碼技術上的限制，4K超高清攝像機的大規模使用勢必會帶來更高的網絡及存儲成本。

最后在解碼顯示端，目前的高清解碼器普遍以1080P解碼輸出為主，4K解碼才剛起步不久。能并發解16路1080P圖像的解碼器已經非常成熟，但能并發解16路4K圖像的解碼器還離我們非常遙遠，此外在圖像顯示上，由于成本等因素，4K大屏還未能在安防界大范圍使用，目前比較能接受的是通過四塊1080P大屏拼接來解決4K圖像顯示問題，但就用戶體驗來講，肯定不如直接用4K大屏顯示。

4K的前景

從前面的分析可以得出，目前階段，我們需要投入大量的網絡建設成本、存儲建設成本、解碼顯示成本才能真正大規模使用4K，但如此大的投入所帶來的好處卻并不多，總體而言，弊大于利。那我們是否就對4K一棍子打死了呢？

其實不然，前文也提過，人們對于清晰度的追求是永無止境的，在一個監控系統中，必然會有個別點位是需要特別關注的，可能是一個廣場、可能是一條主干道、可能是一個警戒區……對于這些地方的圖像是越清晰越好。所以目前在一個監控系統中，大規模部署的還依然是1080P、720P的高清攝像機，它們所呈現的清晰度已經能滿足現階段絕大部分用戶需求了，但在個別重要點位，如果使用4K超高清作錦上添花，就能達到用不多的成本投入實現非常好的監控效果的目的。

技術更迭，更高清產品的投入使用是大勢所趨。宇視科技于2013年安博會推出4K超高清攝像機以來，已在部分項目中的重要點位推廣使用，配合領先的全交換架構技術，解決網絡壓力問題，用戶只需要投入少量的存儲成本就能獲得超高清體驗。相信隨著時間推移，技術及配套設施的進一步提高，4K將以更成熟的姿態成為安防主流技術，展示超高清帶來的更多價值。