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(jīng)風(fēng)起云涌;業(yè)內(nèi)更有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機(jī)，8K攝像機(jī)一旦面世，必將再掀風(fēng)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(dāng)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(guān)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(jīng)風(fēng)起云涌;業(yè)內(nèi)更有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機(jī)，8K攝像機(jī)一旦面世，必將再掀風(fēng)浪。可謂安防視界：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(dāng)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(guān)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(shù)的出現(xiàn)，其最直接的驅(qū)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(shù)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(biāo)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(dāng)前的4K超高清電視的發(fā)展演變;相應(yīng)地，縱觀視頻監(jiān)控行業(yè)的高清發(fā)展軌跡：從標(biāo)清模擬攝像機(jī)到720P高清IP攝像機(jī)，從1080P全高清IP攝像機(jī)再到當(dāng)前的4K超高清IP攝像機(jī)。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(fèi)類市場的發(fā)展(如圖1)。從標(biāo)清到高清，從高清到超高清;在4K浪潮尚未普及的當(dāng)下，業(yè)內(nèi)已有監(jiān)控巨頭積極研發(fā)8K攝像機(jī)，8K攝像機(jī)一旦面世，必將再掀風(fēng)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(diǎn)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(diǎn)去描述1080P畫面中一個像素點(diǎn)描繪的信息，所以4K畫面自然更清晰、更貼近真實(shí)。
通常在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主要包括以下的目標(biāo)監(jiān)控需求。
1、一般監(jiān)控(偵測)
一般監(jiān)控是指對場景進(jìn)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(jìn)行識別的需求。即一般監(jiān)控通常是對場景進(jìn)行總體的、概括地了解。
2、目標(biāo)識別(識別)
目標(biāo)識別的監(jiān)控需求，是在一般監(jiān)控的基礎(chǔ)上，對畫面清晰度(像素?cái)?shù))有更高的要求，比如要求通過監(jiān)控畫面，能夠?qū)Ξ嬅嬷械陌l(fā)型、表情等人物外貌特征、車牌號等物體細(xì)節(jié)進(jìn)行精確地識別。
3、高度清晰細(xì)部特征監(jiān)控(確認(rèn))
高度清晰細(xì)部特征識別主要用在一些特殊應(yīng)用場所，比如賭場、ATM機(jī)、銀行柜員、商場收銀等場所，要求在目標(biāo)識別基礎(chǔ)上，得到目標(biāo)更多的細(xì)部特征供參考。
4K攝像機(jī)為用戶帶來了全新的視覺體驗(yàn)，其最大特點(diǎn)就是分辨率高，但在安防領(lǐng)域中并不是視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有的攝像機(jī)都有必要選用4K攝像機(jī)，應(yīng)該結(jié)合具體的行業(yè)應(yīng)用場景，利用其高分辨率的特點(diǎn)與行業(yè)業(yè)務(wù)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(diào)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(chǎn)品、新技術(shù)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(diǎn)位也會優(yōu)先考慮4K的產(chǎn)品。
實(shí)際上，最佳的IP視頻監(jiān)控解決方案，應(yīng)該是一個可以支持各種模擬攝像機(jī)和IP攝像機(jī)的混合系統(tǒng)，讓用戶有效地控制建設(shè)成本的同時，又可以享受當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)所帶來的良好體驗(yàn)。
4K的安防應(yīng)用與挑戰(zhàn)
要想實(shí)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(jī)、4K鏡頭，后端的4KNVR、集中存儲，中心的4K解碼設(shè)備、大屏顯示設(shè)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(shù)股份有限公司產(chǎn)品售前經(jīng)理程瑋為我們分析道：a、從前端來看，4K攝像機(jī)的超高分辨率已經(jīng)受到了用戶的認(rèn)可，但從原理上來說，分辨率越高的超高清攝像機(jī)往往低照度效果越差，因此目前超高清攝像機(jī)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(jié)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(chǎn)品低照度效果差的問題。b、除了4K攝像機(jī)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(jī)芯片已經(jīng)達(dá)到了4K分辨率，而市面上配套的4K鏡頭卻不多，筒機(jī)和半球這種內(nèi)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(jī)為主，筒機(jī)和半球較少，但現(xiàn)在已經(jīng)有部分國內(nèi)廠家擁有自主研發(fā)設(shè)計(jì)鏡頭的能力，可以大幅降低整機(jī)成本。c、 其次，從4K產(chǎn)品的系統(tǒng)配套來看，解碼器、NVR等，都需要達(dá)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(chǎn)品經(jīng)理陳乾補(bǔ)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(jīng)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(yuǎn)，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(yàn)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(guān)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(dǎo)致傳輸、存儲的成本普遍提高，雖然目前H.265技術(shù)呼聲很高，但在與4K技術(shù)的結(jié)合上，一直沒有得到實(shí)際應(yīng)用，業(yè)界依然還在用H.264作為主流高清編碼技術(shù)，4K攝像機(jī)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(shí)況 + 一路存儲，已經(jīng)讓部分監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)根本承受不住這種負(fù)擔(dān)，必須要對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級;而且目前大部分的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用流媒體技術(shù)，流媒體服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)性能也亟待提高，否則很容易成為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shù)上的限制，4K超高清攝像機(jī)的大規(guī)模使用勢必會帶來更高的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(zhì)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(xiàng)比H.265效率更高的編碼技術(shù)，可以在H.265的基礎(chǔ)上繼續(xù)將高清碼率降低一半以上;相比較H.265，在運(yùn)動目標(biāo)不多的場景，例如像室內(nèi)茶水間、樓梯間等場景下，Smart 265可以降低70%左右的碼率;在運(yùn)動目標(biāo)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(biāo)大幅運(yùn)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(chǎn)品經(jīng)理陳乾為我們解析道，4K技術(shù)的融合在未來會讓攝像機(jī)更具競爭優(yōu)勢：不同形態(tài)的IPC各有各的特性，結(jié)合4K可以將IPC特性發(fā)揮到更高的層級。
槍機(jī)在監(jiān)控應(yīng)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(jī)可應(yīng)用于室內(nèi)、出入口等近距離監(jiān)控，也可應(yīng)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(diǎn)、森林防火、港口等做超遠(yuǎn)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(jī)就能獲取更豐富的畫面細(xì)節(jié)，做更好的應(yīng)用體驗(yàn)，比如抓拍更高清的人臉效果從而提升人臉識別的準(zhǔn)確率，在銀行柜臺等場景可以提供更多的細(xì)節(jié)從而還原最真實(shí)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(diǎn)密度。
球機(jī)靠內(nèi)置轉(zhuǎn)動電機(jī)和機(jī)芯可以實(shí)現(xiàn)全方向、大倍率的監(jiān)控，所以也在實(shí)際項(xiàng)目中占有著很大占比。結(jié)合4K技術(shù)，球機(jī)在短焦上可以提供更高清的圖像，可以兼顧大場景與小細(xì)節(jié)，如下圖在變電站的應(yīng)用;在長焦上可以在光學(xué)變倍基礎(chǔ)上再做數(shù)字變倍，提升監(jiān)控距離，相較于1080P基礎(chǔ)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(yīng)用。
魚眼攝像機(jī)通過超短焦鏡頭，可以實(shí)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(jī)的覆蓋范圍相較于普通攝像機(jī)更廣，所以在同等分辨率下，單像素點(diǎn)需要呈現(xiàn)更多的信息量，導(dǎo)致魚眼攝像機(jī)的圖像與同等分辨率下的普通攝像機(jī)相比畫質(zhì)更差。不過當(dāng)魚眼攝像機(jī)支持4K后，像素點(diǎn)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(lǐng)域中標(biāo)清到高清的發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是分辨率的變化，高清僅僅是像素點(diǎn)的增加，與之相關(guān)的其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是延續(xù)著標(biāo)清時代。那么，安防行業(yè)的后高清時代就不僅是像素點(diǎn)的增加，為超高清攝像機(jī)產(chǎn)品中嵌入 聰明 的技術(shù)，結(jié)合豐富的智能應(yīng)用業(yè)務(wù)，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(jià)值的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。杭州?？低晹?shù)字技術(shù)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(yīng)用，分別對應(yīng)了不同的技術(shù)要求。
高
聰明的高清
實(shí)時視頻透霧技術(shù)針對由煙塵、霧氣等成像特征建模，采用圖像處理技術(shù)有效恢復(fù)細(xì)節(jié)和色彩，獲得準(zhǔn)確、自然的透霧效果，可應(yīng)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(qiáng)用戶設(shè)置或智能偵測獲取的感興趣區(qū)域圖像質(zhì)量，準(zhǔn)確地保留視頻監(jiān)控目標(biāo)的關(guān)鍵信息。
智能的高清
圖像增強(qiáng)算法可以有效改善由于光照、霧氣等原因造成的圖像質(zhì)量問題，使圖像細(xì)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(fù)原，聚焦、運(yùn)動等原因造成圖像模糊的過程進(jìn)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(fù)車牌文字、人臉等關(guān)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(jì)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(shí)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(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲系統(tǒng)都帶來巨大的考驗(yàn)，得益于這些相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷突破，超高清IP監(jiān)控才能得以真正地實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前的4K有點(diǎn)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(kuò)大，正如三四年前我們在1080P的高清時代下開拓了光學(xué)寬動態(tài)、強(qiáng)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!
