數(shù)年之前，百萬高清足夠引人注目;時至今日，超高清4K已經風起云涌;業(yè)內更有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機，8K攝像機一旦面世，必將再掀風浪?？芍^安防視界：沒有超高清，只有更高清;追求清晰的腳步從未停過。8K雛形未見，我們無從討論;而當前眾星捧月的4K是如何在安防行業(yè)中拓展呢?值得我們一起探討與關注!
數(shù)年之前，百萬高清足夠引人注目;時至今日，超高清4K已經風起云涌;業(yè)內更有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機，8K攝像機一旦面世，必將再掀風浪?？芍^安防視界：沒有超高清，只有更高清;追求清晰的腳步從未停過。8K雛形未見，我們無從討論;而當前眾星捧月的4K是如何在安防行業(yè)中拓展呢?值得我們一起探討與關注!
4K的誕生與發(fā)展
提到高清，人們第一時間想到的必然是電影;而4K技術的出現(xiàn)，其最直接的驅動因素則是電視屏幕尺寸的增大，再加上電視屏幕制造技術的不斷升級，液晶、等離子、OLED等材料的投入，人們對清晰度的需求不斷得到提升，因而出現(xiàn)從標清CRT顯像管電視到720P高清背投電視，從1080P全高清平板電視再到當前的4K超高清電視的發(fā)展演變;相應地，縱觀視頻監(jiān)控行業(yè)的高清發(fā)展軌跡：從標清模擬攝像機到720P高清IP攝像機，從1080P全高清IP攝像機再到當前的4K超高清IP攝像機。相似的發(fā)展軌跡，其中必有規(guī)律可循 視頻監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展通常是緊隨電子消費類市場的發(fā)展(如圖1)。從標清到高清，從高清到超高清;在4K浪潮尚未普及的當下，業(yè)內已有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機，8K攝像機一旦面世，必將再掀風浪，人類追求清晰的腳步從未停過。
4K的發(fā)展軌跡
那什么是4K超高清?國際電信聯(lián)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。從這個定義中就能看出4K最大的特點就是其800萬的像素組成的超高清畫面，四倍于1080P的分辨率，使得同一場景下4K會用四個像素點去描述1080P畫面中一個像素點描繪的信息，所以4K畫面自然更清晰、更貼近真實。
通常在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主要包括以下的目標監(jiān)控需求。
1、一般監(jiān)控(偵測)
一般監(jiān)控是指對場景進行大概地了解，如廣場的總體人流情況，但沒有對人流中人臉識別的需求;公路的車流情況，但沒有對車牌進行識別的需求。即一般監(jiān)控通常是對場景進行總體的、概括地了解。
2、目標識別(識別)
目標識別的監(jiān)控需求，是在一般監(jiān)控的基礎上，對畫面清晰度(像素數(shù))有更高的要求，比如要求通過監(jiān)控畫面，能夠對畫面中的發(fā)型、表情等人物外貌特征、車牌號等物體細節(jié)進行精確地識別。
3、高度清晰細部特征監(jiān)控(確認)
高度清晰細部特征識別主要用在一些特殊應用場所，比如賭場、ATM機、銀行柜員、商場收銀等場所，要求在目標識別基礎上，得到目標更多的細部特征供參考。
4K攝像機為用戶帶來了全新的視覺體驗，其最大特點就是分辨率高，但在安防領域中并不是視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有的攝像機都有必要選用4K攝像機，應該結合具體的行業(yè)應用場景，利用其高分辨率的特點與行業(yè)業(yè)務管理相融合，如在公安平安城市的全景監(jiān)控、大型十字路口擁堵狀況監(jiān)控、超寬車道的無死角監(jiān)控、公安GIS地圖的指揮調度等。因此，4K在公安和交通行業(yè)普及最快，集成商及用戶對4K的接受程度也最高，并且這些行業(yè)對新產品、新技術的接受速度本身就要比其他行業(yè)更快。反觀4K在其他行業(yè)的發(fā)展，相較于公安、交通這兩個行業(yè)來說會稍顯慢一些，但在一些重要的點位也會優(yōu)先考慮4K的產品。
實際上，最佳的IP視頻監(jiān)控解決方案，應該是一個可以支持各種模擬攝像機和IP攝像機的混合系統(tǒng)，讓用戶有效地控制建設成本的同時，又可以享受當前先進技術所帶來的良好體驗。
4K的安防應用與挑戰(zhàn)
要想實現(xiàn)真正的超高清，需要整個監(jiān)控系統(tǒng)的4K完善，包括前端的4K攝像機、4K鏡頭，后端的4KNVR、集中存儲，中心的4K解碼設備、大屏顯示設備，這樣才能保證最終獲得的是真正的4K超高清監(jiān)控;其中任何一個環(huán)節(jié)的缺失，都算不上是真正的超高清系統(tǒng)。
杭州海康威視數(shù)字技術股份有限公司產品售前經理程瑋為我們分析道：a、從前端來看，4K攝像機的超高分辨率已經受到了用戶的認可，但從原理上來說，分辨率越高的超高清攝像機往往低照度效果越差，因此目前超高清攝像機的低照度效果還不盡人意，但后續(xù)隨著超低照度超高清傳感器的推出，結合各個廠家自身的圖像處理算法，可以很好的解決超高清產品低照度效果差的問題。b、除了4K攝像機本身之外，還有一個問題很容易被忽視，那就是4K鏡頭，攝像機芯片已經達到了4K分辨率，而市面上配套的4K鏡頭卻不多，筒機和半球這種內置鏡頭更少，即使有，一般以國外品牌為主，成本也是很高的，因此市面上以4K槍機為主，筒機和半球較少，但現(xiàn)在已經有部分國內廠家擁有自主研發(fā)設計鏡頭的能力，可以大幅降低整機成本。c、 其次，從4K產品的系統(tǒng)配套來看，解碼器、NVR等，都需要達到足夠的性能才能接入或解碼顯示4K的視頻流，還有待全面的系統(tǒng)升級。浙江宇視科技有限公司IPC高級產品經理陳乾補充道，在解碼顯示端方面，能并發(fā)解16路1080P圖像的解碼器已經非常成熟，但能并發(fā)解16路4K圖像的解碼器距離我們還非常遙遠，目前的高清解碼器普遍以1080P解碼輸出為主，而且現(xiàn)在的4K解碼器單路解碼成本普遍偏高;另外，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使用4K大屏顯示。d、最后，也是用戶最主要關心的問題：即超高清分辨率帶來的超大帶寬占用和超高存儲成本。要想4K系統(tǒng)能夠普及，這個問題是最亟待解決的。在編碼傳輸端，4K圖像的碼流過高，導致傳輸、存儲的成本普遍提高，雖然目前H.265技術呼聲很高，但在與4K技術的結合上，一直沒有得到實際應用，業(yè)界依然還在用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，通常只提供一路實況 + 一路存儲，已經讓部分監(jiān)控網絡望而卻步了，更何況一旦發(fā)生突發(fā)事件，會有更多的客戶端同時訪問同一路圖像，普通的監(jiān)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(jiān)控網絡采用流媒體技術，流媒體服務器的轉發(fā)性能也亟待提高，否則很容易成為監(jiān)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(fā)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(guī)模使用勢必會帶來更高的網絡傳輸及存儲成本。在這樣的背景下，需要依靠更高效的編碼算法來進一步推動視頻高清化的發(fā)展，如： H.265編碼算法，在相同的畫質下相同場景下，H.265編碼算法至少可以比H.264降低一半的碼率。除此之外，已有部分廠家自主研發(fā)編碼算法，如：Smart 265，這是一項比H.265效率更高的編碼技術，可以在H.265的基礎上繼續(xù)將高清碼率降低一半以上;相比較H.265，在運動目標不多的場景，例如像室內茶水間、樓梯間等場景下，Smart 265可以降低70%左右的碼率;在運動目標部分時間較多，比如不太繁忙的道路上，碼率可以降低50%倍以上;而如果場景中不斷有目標大幅運動，像火車站等場景下，也會比原有的H.265效果要好。
H.265與H.264的對比
融合4K 發(fā)揮IPC極致特性
宇視IPC高級產品經理陳乾為我們解析道，4K技術的融合在未來會讓攝像機更具競爭優(yōu)勢：不同形態(tài)的IPC各有各的特性，結合4K可以將IPC特性發(fā)揮到更高的層級。
槍機在監(jiān)控應用中有著很大的占比，憑借可搭配各種鏡頭使用的優(yōu)勢，槍機可應用于室內、出入口等近距離監(jiān)控，也可應用于路面、周界等中距離監(jiān)控，更可以搭配云臺在城市制高點、森林防火、港口等做超遠距離監(jiān)控。一旦從1080P升級到4K，分辨率的提升帶來畫面清晰度的提升，槍機就能獲取更豐富的畫面細節(jié)，做更好的應用體驗，比如抓拍更高清的人臉效果從而提升人臉識別的準確率，在銀行柜臺等場景可以提供更多的細節(jié)從而還原最真實的情況等;而在中距離監(jiān)控場景，可以利用4K更大監(jiān)控范圍的優(yōu)勢，有效降低布點密度。
球機靠內置轉動電機和機芯可以實現(xiàn)全方向、大倍率的監(jiān)控，所以也在實際項目中占有著很大占比。結合4K技術，球機在短焦上可以提供更高清的圖像，可以兼顧大場景與小細節(jié)，如下圖在變電站的應用;在長焦上可以在光學變倍基礎上再做數(shù)字變倍，提升監(jiān)控距離，相較于1080P基礎上的數(shù)字變倍，基于4K畫面的數(shù)字變倍會更加清晰，更符合監(jiān)控應用。
魚眼攝像機通過超短焦鏡頭，可以實現(xiàn)360 全向監(jiān)控，覆蓋超大的范圍，所以在一些特定的場景擁有非常好的監(jiān)控效果，例如場館、廣場、十字路口等。但由于魚眼攝像機的覆蓋范圍相較于普通攝像機更廣，所以在同等分辨率下，單像素點需要呈現(xiàn)更多的信息量，導致魚眼攝像機的圖像與同等分辨率下的普通攝像機相比畫質更差。不過當魚眼攝像機支持4K后，像素點數(shù)量倍增，在超廣的監(jiān)控視角下，畫面也會保證足夠的清晰度。
做智慧高清 拓安防視界
如果說，電視領域中標清到高清的發(fā)展，其實質是分辨率的變化，高清僅僅是像素點的增加，與之相關的其他技術標準都是延續(xù)著標清時代。那么，安防行業(yè)的后高清時代就不僅是像素點的增加，為超高清攝像機產品中嵌入 聰明 的技術，結合豐富的智能應用業(yè)務，向智慧高清方向發(fā)展，利用超高清的分辨率可以挖掘出更多有效價值的監(jiān)控數(shù)據(jù)。杭州?？低晹?shù)字技術股份有限公司提出三大理論： 聰明 的高清、智能的高清以及智慧的高清。針對這三個高清應用，分別對應了不同的技術要求。
高
聰明的高清
實時視頻透霧技術針對由煙塵、霧氣等成像特征建模，采用圖像處理技術有效恢復細節(jié)和色彩，獲得準確、自然的透霧效果，可應用于周界、跨海大橋、城市霧氣較重的場景;而Region Of Interest(ROI)，感興趣區(qū)域編碼算法，在帶寬有限的條件下可增強用戶設置或智能偵測獲取的感興趣區(qū)域圖像質量，準確地保留視頻監(jiān)控目標的關鍵信息。
智能的高清
圖像增強算法可以有效改善由于光照、霧氣等原因造成的圖像質量問題，使圖像細節(jié)更為明顯，便于監(jiān)控人員觀察，從而在公安刑偵、小區(qū)物業(yè)等夜間監(jiān)控錄像中得以使用;而圖像復原，聚焦、運動等原因造成圖像模糊的過程進行建模，利用解卷積算法反推原始圖像信息的算法，能部分恢復車牌文字、人臉等關鍵信息。另外智能高清還包括人臉人體屬性分析、三維立體識別以及車臉檢索、熱度圖等。
智慧的高清
建立在云計算及云存儲之上，通過建立專一針對安防監(jiān)控行業(yè)的云存儲，最終實現(xiàn)在快速增長的安防視頻大數(shù)據(jù)中對有效信息快速檢索、攝取。
很顯然，4K超高清視頻意味著更大的數(shù)據(jù)量，無論對于編碼芯片、編碼算法、網絡傳輸及存儲系統(tǒng)都帶來巨大的考驗，得益于這些相關領域技術的不斷突破，超高清IP監(jiān)控才能得以真正地實現(xiàn)。當前的4K有點類似于三四年前1080P讓視頻監(jiān)控使用者眼前一亮的階段，高清化的 深度 會暫時止步，但 廣度 會擴大，正如三四年前我們在1080P的高清時代下開拓了光學寬動態(tài)、強光抑制、星光級低照等，基于4K超高清時代的我們將會創(chuàng)造出什么更具優(yōu)勢的特性?非常值得期待!
