4K應(yīng)用下的監(jiān)控新時(shí)代

□ 文 /李洋

在安防行業(yè)視頻監(jiān)控領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化是近段時(shí)間及未來(lái)的必然發(fā)展趨勢(shì)。人們不斷追求更高清晰度的視頻體驗(yàn)，體現(xiàn)高清的一個(gè)重要因素就是攝像機(jī)的分辨率，隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，分辨率經(jīng)歷了從入門高清720P到全高清1080P再到超高清4K的發(fā)展階段。

按照國(guó)際通訊聯(lián)盟(ITU)定義的標(biāo)準(zhǔn)，4K的分辨率為3840×2160，長(zhǎng)寬比為16：9。標(biāo)準(zhǔn)的4K分辨率下，像素點(diǎn)總數(shù)可以達(dá)到800萬(wàn)，而以往的FHD(全高清1080P)是指1920×1080，是 200萬(wàn)級(jí)別像素點(diǎn)，前者是后者的4倍，是720P的8倍。

4K技術(shù)最初應(yīng)用在電視行業(yè)，近兩年開始在安防行業(yè)內(nèi)應(yīng)用。4K高清帶來(lái)更佳視頻體驗(yàn)的同時(shí)，還面臨著諸多問題，比如帶寬、存儲(chǔ)壓力的增加，系統(tǒng)部署更新?lián)Q代的困難等，這就要求4K高清監(jiān)控不僅需要關(guān)注高清晰帶來(lái)的益，更不能忽視碼率、系統(tǒng)集成等問題引起的弊，因此，4K監(jiān)控需要兩條腿走路，一條是守住高清優(yōu)勢(shì)，另一條是結(jié)合H.265編碼技術(shù)，完成碼率優(yōu)化，并提升整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)4K的兼容能力。

4K攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)

4K產(chǎn)品主要應(yīng)用于廣場(chǎng)、大廳等監(jiān)控范圍廣，細(xì)節(jié)內(nèi)容豐富的場(chǎng)景，能夠在足夠大的監(jiān)控視野下，依然保證有足夠清晰的監(jiān)控畫面。4K攝像機(jī)由于像素是1080P攝像機(jī)的4倍，因此，更適合應(yīng)用于對(duì)細(xì)節(jié)內(nèi)容要求更高的場(chǎng)景，目前4K技術(shù)主要應(yīng)用于廣播電視行業(yè)。

首先，顯示分辨率的提升，使得畫面更加精細(xì)，影響畫面的精細(xì)度有兩個(gè)重要關(guān)鍵因素，一個(gè)是畫面的像素，另一個(gè)是畫面的垂直分辨率。畫面的像素越高，在相同尺寸的畫面上的像素就越精細(xì)，晶格就越小。而因?yàn)槿搜蹖?duì)于影像的垂直分辨率相當(dāng)敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨識(shí)越多的細(xì)節(jié)與層次。

其次，色彩層次與細(xì)節(jié)的增強(qiáng)，使得畫面更接近真實(shí)生活。從標(biāo)清到高清顯示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上主要是分辨率方面的升級(jí)，在色彩方面并沒有太過明顯的提升。不過進(jìn)入到4K超高清的時(shí)代，畫面方面的變化除了分辨率出現(xiàn)飛躍之外，色彩方面的變化是相當(dāng)引人注目的。這一部分都體現(xiàn)在ITU-R最新頒布的BT.2020超高清廣播標(biāo)準(zhǔn)之中。

第三，4K視頻系統(tǒng)處理的是10位，甚至是12位編碼的視頻信號(hào)。而現(xiàn)階段高清或全高清系統(tǒng)通常采用的是8位的視頻系統(tǒng)，而4K超高清則采用10位甚至12位的視頻系統(tǒng)。因此，無(wú)論是灰階層次過渡還是色深的層次表現(xiàn)，都比高清系統(tǒng)有較大的提升。

升級(jí)版H.265讓4K真正騰飛

4K的視頻效果確實(shí)震撼，但是隨高清帶來(lái)的是視頻碼率的增加，這樣引發(fā)的問題是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的巨大壓力，以及存儲(chǔ)成本的大幅度增加，如果1080P的視頻在H.264編碼方式下的傳輸帶寬是4Mbps，那么用到4K之后就需要16Mbps，這在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)及鏈路環(huán)境中使用壓力是非常大或者說(shuō)根本難以實(shí)際應(yīng)用的，因此視頻碼率壓縮的問題不解決，4K高清的優(yōu)勢(shì)智能是空中樓閣。

然而，值得慶幸的是，H.265技術(shù)在這個(gè)時(shí)候順勢(shì)而生，讓4K高清體驗(yàn)成為可能，這也是為什么說(shuō)4K技術(shù)和H.265技術(shù)是密不可分的，只有在成熟的H.265編碼基礎(chǔ)上推出的4K產(chǎn)品才是真正可以實(shí)際應(yīng)用的4k產(chǎn)品。H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，可以在H.264基礎(chǔ)上繼續(xù)壓縮50%的碼率，1080P視頻在H.265編碼下，僅需2Mbps左右的帶寬，這樣4K也只需8M帶寬就可以了，網(wǎng)絡(luò)壓力極大降低。而且，很多安防的主流廠家，已開始在H.265寄出上繼續(xù)鉆研，推出H.265的升級(jí)版本，如天地偉業(yè)的S+265技術(shù)，相比H.265，最多可再壓縮70%的碼率，4K視頻在S+265編碼的基礎(chǔ)上，最少僅需2.4M的帶寬，者將讓4K真正落地，4K高清真正騰飛。

系統(tǒng)整體升級(jí)，4K才能從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4K高清監(jiān)控是一個(gè)系統(tǒng)，而不是單個(gè)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)的，不僅前端攝像機(jī)需要支持4K高清編碼，后端存儲(chǔ)應(yīng)具備4K解碼能力，同時(shí)解碼顯示等產(chǎn)品也應(yīng)相應(yīng)跟進(jìn)，這樣才能讓4K走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際應(yīng)用。很多廠家都想要率先推出4K攝像機(jī)，但是能夠提供整套4K系統(tǒng)的廠商則少之又少。如果購(gòu)買4K攝像機(jī)，就必須要購(gòu)買與之相匹配的4K的NVR和4K的監(jiān)視器、大屏等顯示產(chǎn)品。因此要實(shí)現(xiàn)4K高清監(jiān)控，必須要考慮到兼容性和系列化的問題，需要能夠提供一套完整的解決方案。除此之外，還應(yīng)考慮到存儲(chǔ)和帶寬因素。幸運(yùn)的是，隨著40G以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，也就是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率能達(dá)到每秒40G。但是即便如此，4K文件的壓縮技術(shù)也是至關(guān)重要，保證文件快速和穩(wěn)定地進(jìn)行傳輸。

現(xiàn)在一些主流廠家如?？?、大華、天地偉業(yè)，已經(jīng)具備了提供4K解決方案的能力。在后端存儲(chǔ)設(shè)備方面，由于超高清所帶來(lái)的超大數(shù)據(jù)量，傳統(tǒng)DVR已難以負(fù)荷，普通高清NVR也難以實(shí)現(xiàn)4K超高清視頻監(jiān)控的需求，因而針對(duì)4K超高清的NVR產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。比如天地偉業(yè)推出了4K超高清NVR，能夠接入4K分辨率的超高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在不進(jìn)行縮放的前提下對(duì)4K圖像進(jìn)行預(yù)覽、錄像、解碼回放和顯示輸出，這對(duì)于NVR來(lái)說(shuō)也是到達(dá)了一個(gè)新的高度，相信未來(lái)還會(huì)有更多的廠商推出相應(yīng)的存儲(chǔ)產(chǎn)品和解決方案。

在解碼顯示設(shè)備方面，全新上市的拼控解碼一體機(jī)號(hào)稱“拼控解碼終結(jié)者”，可支持多路4K高清視頻接入和解碼顯示，并且還可以實(shí)現(xiàn)多路級(jí)聯(lián)、拼接、開窗、疊加、漫游等多種功能。

總結(jié)

如今，4K在安防監(jiān)控領(lǐng)域，已應(yīng)用于平安城市的全景監(jiān)控、超寬車道的監(jiān)控、公安GIS地圖的智慧調(diào)度等等。除此之外，4K的產(chǎn)品在醫(yī)療影像、安全監(jiān)控、軍用等領(lǐng)域及圖形處理等也有所應(yīng)用，未來(lái)，4K所帶來(lái)的應(yīng)用相信還會(huì)更加廣泛豐富。4K高清監(jiān)控需要兩條腿走路，一條是守住超高清的優(yōu)勢(shì)，另一條就是結(jié)合H.265等技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)后端存儲(chǔ)及顯示產(chǎn)品等的升級(jí)，缺一不可，這樣4K高清才能真正普及，那將是一個(gè)嶄新的監(jiān)控時(shí)代，而且，這一天很快就會(huì)到來(lái)。