淺談4k攝像機的規模化應用

王騫

伴隨著科技的進步，4K攝像機已經在實際應用中展現出自己的優勢，它能夠呈現出超清晰的畫面，吸引著那些需要畫質清晰明了的安防設備的場所。本文分析了4K攝像機在實際應用中的優勢，以及其現有的缺陷，通過對這些問題的探討，希望對其規模化應用提供幫助。如果能解決成本及后端顯示問題，那么4K攝像機在視頻安防系統中的大規模應用將是未來的趨勢。

一、引言

隨著科學技術的不斷前進，人們對電子產品的要求也越來越多。超高清4K攝像機是當下熱門的話題，所謂4K超高清簡單來說就是800萬像素，相當于4個1080P，是繼高清、全高清之后的下一代技術。圍繞著4K技術，現在有一系列的產品，比如：分辨率達到4K的數字電視，可以拍攝并播放4K視頻的智能手機，4K電腦顯示器，以及可以安防行業中可以拍攝4K畫面的攝像頭。現在4K攝像機的成本很高，但是編解碼技術還需提升，系統配套設備也許提升自己性能。想要實現4k攝像機的規模化應用，就需要將這些問題進一步解決，將產業鏈逐步進行完善。

二、4k攝像機

4k指的是攝像機的分辨率可以達到3840X2160，長寬比為16：9。4K攝像機采用比普通攝像機具有更高性能的全新硬件，搭載1200萬超高清圖像傳感器，拍攝的畫質分辨率更高，因為顯示的層次多所以畫面更清晰，色彩還原準確自然，更加干凈細膩，讓人更有身臨其境的感覺，在需要高清畫質且光線復雜的地方可以使用。從核心圖像傳感器上來說，超高清視頻采集產生的數據量約為高清視頻數據量的2～4倍，采集性能上對于分辨率、高量化級、寬色域、高動態范圍以及高信噪比等指標的要求亦大幅提升。

三、4k攝像機獨特特點

（一）分辨率高，畫面更精細

一臺4K攝像機相當于4個準高清攝像機，顯示分辨率有了巨大的提升，拍攝出的畫面比使準高清攝像機精細的多。影響畫面的精細度的關鍵因素是畫面的像素及垂直分辨率。當像素提高時，晶格就會越小，同樣顯示在統一尺寸的像素就越精細。人眼在進行影像識別時對垂直分辨率十分的敏感，當垂直分辨率越高時，人眼識別的細節與層次就會更多。4K攝像機實現的就是對像素和畫面的垂直分辨率同時提高增強，讓監控拍攝到的視頻畫面具有更多的細節及層次，讓人眼能夠更好地識別，即使圖片放大了也不會造成圖片模糊不清的狀況。

（二）高編解碼視頻系統：色澤的層次分明

現今4K超高清采用的是10位甚至12位的視頻編解碼系統，較之高清系統采用的8位的視頻系統更加先進、比后者對色澤的處理更加分明、在灰階層次過渡和色深層次表現方面更加優秀|、使得色彩更具層次感及畫面感，可以更加真實地還原原有的生活畫面。

四、4K攝像機在安防行業應用的優點

經過發展，4K攝像機已實際應用于安防行業。我國是人口大國，在各個交通樞紐，以及人流量大，貨物流動頻繁的地方進行安全防護監控，十分有必要。這些地方對安放的要求高，所以視頻監控設備的選擇和應用相比其他行業要更加嚴格和高端。

（一）視頻的清晰度高

視頻的有更高的清晰度是整個安防行業一直在追求的目標，因此攝像機也在不斷地進步，從標清到720P、1080P，在到近年的4K。通過4K攝像機，獲得的圖像更加清晰，捕捉更加豐富多彩的細節畫面。當4K攝像機及1080P攝像機在同樣的視野條件下，前者比后者看到的圖像細節更多，可以清楚地看見人臉以及車牌號，方便在實際應用中追蹤線索，例如建設平安城市、智能交通等項目的建設。

（二）覆蓋的視野范圍更大

基于4k攝像機的特點，在相同的清晰度條件下，4K攝像機較普通的攝像機看到的視野范圍更廣闊。當其安裝在十字路口時，一臺就可以實現2個方向車輛的監控，四個方向兩臺那就夠了；而傳統的監控攝像機至少每個方向都有一臺才行。在實際應用中，從美觀性角度、安裝方便角度、維修方面和經濟性角度各個方面來看，4K攝像機都更加優秀。

（三）可應用于大場景監控

應用1臺4K攝像機就可以覆蓋火車站站前廣場，監控視頻在經過多級放大后，仍能夠看清行人的面貌以及各個細節，使得能夠解決大場景的監控問題。目前已在民航機場、廣場監控中展開了實際應用。

五、4K攝像機規模化應用面臨的瓶頸

4k超高清的視頻監控系統不僅需要前端采集視頻數據，還需配套的圖像視頻的存儲、傳輸、編解碼和智能分析。4K攝像機以編解碼技術為依托，與現在最新的H.265技術息息相關。當4K攝像機與1080P攝像機在相同畫質的情況下，由于前者視頻的分辨率是后者的4倍，以至于數據量也是后者的四倍，存儲所占空間也是后者的4倍，這樣在傳輸數據時由于數據量大傳輸速度就會減慢。當4K攝像機搭載了H.265編解碼技術時，就可以將巨大的4K碼流降低，在普通帶寬下傳輸也不會延遲很長時間、比較流暢快速，為4K攝像機規模化應用提供了先決條件。現階段4K攝像機整體成本過高，雖然比1080P有優勢有應用前景，但很長一段時間內1080P仍然是主流。4K攝像機主要在以下方面仍然存在一定的瓶頸。

（一）鏡頭稀缺且價格昂貴

4K攝像機由于其特殊的特點，對配套的鏡頭要求也更高，要求其至少達到800W的解像力，不然不能呈現4K的效果。依照目前鏡頭的市場來看，能夠真正達到800W解像力的鏡頭少之又少價格昂貴，需要鏡頭制作方提升自己的技術。在實際應用中很難找到適用的、價格合理的、支持變焦的的機芯鏡頭。

（二）低照度效果略顯遜色

當芯片的靶面大小一樣時，像素越高，像素點就越多，致使單個像素點的感光面積減少，最終感光性能就會越差。當光照正常時4K攝像機成像清晰，細節更貼近真實；當光照度較低時，受芯片因素的影響，4K成像不如1080P。基于此目前4K攝像機在低照度的情況下，需要補光才能拍到比1080P清晰的畫面，但目前很多地方都需要進行24小時監控，在夜間光照度不好4K攝像機拍攝的畫面可能不清楚，4K攝像機需要在這個方面進行加強改進。

（三）編碼、傳輸及存儲

H.265可以讓4K圖像傳輸帶寬、存儲空間要求大幅降低，是4K攝像機發展必須采用的編解碼技術。目前H.265技術雖然已經有了很大的進步發展，市場上也有了基于H.265算法的產品，但是具體的技術水平有待檢驗，而且價格很高，使之無法規模化使用。目前H.264仍是使用中的主流，4K分辨率的視頻圖像在傳輸時需要占用16M的帶寬，使得網絡傳輸承載能力、存儲能力有很大的壓力。

（四）后端配套的空缺

現在雖然市場上已經推出了不少4K產品，但是前端攝像機系列占據了絕大多數，存儲、顯示環節這些后端產品卻不多。但是要實現4K，就需要將前端和后端匹配起來，這是一個系統性的問題，僅僅解決前端是行不通的，需要其同時提高配套的后端設備的性能。使用超高清化的后端顯示，提高后端解碼顯示能力，加快處理4K分辨率視頻的計算速度，是必須解決的事。根據目前的市場情況，可支持4K超高清的監視器很少，大多數情況都是使用液晶監視器；而且核心技術都受制于人，我們需要努力創新，進行技術優化革新，還有很長的路。

六、結語

想要實現規模化的應用，4K攝像機就應該不斷優化自身。從現在的技術條件上看，4K攝像機研發上的難點主要有：如何在已有網絡條件下，加快4K碼流的傳輸速度，降低其延遲時間，使之傳輸更平穩不卡頓；提高4K攝像機芯片的運算能力，使之在低照度的時候依舊能夠拍攝超高清圖像，且能提供圖像細節，同時可以提升視頻智能分析的準確率；有可以將4k攝像機拍攝的視頻原版呈現的顯示器。隨著科技的進步4K攝像機以后有更多的應用，需要使產品形態多樣化。同時，要考慮4K攝像機的整個系統，針對各行業具體需求，制定切實可行的行業級4K解決方案。

作者單位：中央廣播電視總臺