宦小答 肖 赫

（1.湖南警察學(xué)院，湖南長沙410138；2.長沙市第一看守所，湖南長沙410100）

4K與H.265在視頻監(jiān)控的應(yīng)用探析

宦小答1肖 赫2

（1.湖南警察學(xué)院，湖南長沙410138；2.長沙市第一看守所，湖南長沙410100）

當(dāng)今視頻監(jiān)控應(yīng)用得越來越廣泛，相關(guān)的技術(shù)設(shè)備也發(fā)展得很快。近年來4K和H．265技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確立和推廣，或?qū)⒔o此領(lǐng)域帶來新一輪的飛躍。新技術(shù)在此領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景，且可以以此為契機(jī)，加速推動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。

視頻監(jiān)控；4K；H．265；標(biāo)準(zhǔn)

1 引言

如今，電子數(shù)碼行業(yè)的飛速發(fā)展，該類硬件設(shè)備的性能也隨之水漲船高，同時(shí)，與之相關(guān)的技術(shù)的更新周期也在逐漸縮短。視頻監(jiān)控的發(fā)展也是如此，從最初的閉路電視監(jiān)控開始，經(jīng)歷了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，正在向分布式、智能化邁進(jìn)。

視頻監(jiān)控最主要的應(yīng)用是在安防領(lǐng)域，工作模式可歸納為“采集→傳輸→存儲(chǔ)→調(diào)閱”四個(gè)過程。其中，“調(diào)閱”是最終目標(biāo)，在此過程中，需要系統(tǒng)提供符合要求的視頻資料，達(dá)到重現(xiàn)事發(fā)過程，分辨、識(shí)別相關(guān)的人或物的目的；這依賴于“采集”過程，不但要覆蓋一定廣度的時(shí)間和空間，還對(duì)所采視頻的質(zhì)量（清晰度、連貫度等）有一定的要求；同時(shí)，視頻資料越多、質(zhì)量越高，也就意味著需要更快速、穩(wěn)定的“傳輸”性能作保障，以及更大的“存儲(chǔ)”空間作基礎(chǔ)。

由此可見，提高采集視頻的數(shù)量和質(zhì)量是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展最重要的方面，只有達(dá)到充分的時(shí)空覆蓋廣度和足夠的畫面精細(xì)度，才能較好地提供符合“調(diào)閱”要求的視頻資料。就目前情況來看，一方面，視頻監(jiān)控已普遍實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，即多個(gè)視頻前端監(jiān)控設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)端和客戶終端相連，客戶在終端實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控操作，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行；另一方面，前些年被認(rèn)為是“高大上”的高清設(shè)備目前已廣泛普及，而目前較新產(chǎn)品的主流規(guī)格是全高清，其具有1080P（即1920× 1080）的高分辨率，更精細(xì)的畫面為高準(zhǔn)確度的智能識(shí)別提供了可能，并且，監(jiān)控視頻文件廣泛采用編碼效率較高的H.264編碼格式，在提供高質(zhì)量畫面的同時(shí)一定程度上節(jié)約了傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間。

2 4K簡介

4K指的是4K分辨率，于2007年提出，2012年規(guī)范，因其橫向解析度約為4000像素而得名，包括4096×2160、3840× 2160等多種分辨率規(guī)格。從分辨率參數(shù)上來看，4K約達(dá)到了全高清（1080P）的4倍。（如圖1）

圖1 4k分辨率

更高的分辨率帶來更好的清晰度和更豐富的畫面細(xì)節(jié)，這正是視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的核心所在。在2014年美國拉斯維加斯安防展上，不少廠商已展示了最新的4K高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，將4K應(yīng)用于視頻監(jiān)控，一方面，能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的高精度識(shí)別，另一方面，在保證一定清晰度的情況下，能擴(kuò)大每個(gè)視頻前端監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)視范圍，可以在減少設(shè)備數(shù)量的同時(shí)降低布線的成本。

3 H.265視頻編碼技術(shù)簡介

H.265是國際電聯(lián)（ITU）于2013年3月正式批準(zhǔn)通過的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。

圖2 H.265與H.264的區(qū)別

H.265的編碼架構(gòu)大致上和上一代H.264的相似，而與后者相比，新的編碼技術(shù)提供了更多不同的工具來降低碼率。例如，以編碼單位來說，H.264中每個(gè)宏塊大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。（如圖2）這些改進(jìn)使得采用新編碼標(biāo)準(zhǔn)的視頻文件在獲得同等規(guī)格的分辨率和畫質(zhì)時(shí)所需的存儲(chǔ)空間大大減少，為更高分辨率的監(jiān)控視頻文件的傳輸提供了可行的解決方案。

4 新技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的升級(jí)需求

上述新技術(shù)若要在視頻監(jiān)控領(lǐng)域順利應(yīng)用，一些依托設(shè)備的升級(jí)是必要的。以下分別從采集設(shè)備、顯示設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和編解碼處理設(shè)備四個(gè)方面作分析。

4.1 采集設(shè)備

目前，監(jiān)控?cái)z像頭還是以1080P為主流。其實(shí)4K攝像的原理并不復(fù)雜，主要就是鏡頭和傳感器分辨率提升的問題，且4K在專業(yè)攝像機(jī)領(lǐng)域已有較成熟的應(yīng)用范例，相信在便攜性不那么重要的監(jiān)控?cái)z像頭中廣泛應(yīng)用只是時(shí)間問題。

4.2 顯示設(shè)備

談及4K顯示設(shè)備，眾所周知，“4K”的概念近年來已在電視行業(yè)被炒得火熱。隨著越來越多的廠商推出4K的電視機(jī)型號(hào)，也直接促進(jìn)了4K顯示技術(shù)的“早熟”。顯示設(shè)備對(duì)于視頻監(jiān)控來說，一方面是數(shù)量不多，全面升級(jí)難度不大；另一方面，在“調(diào)閱”的過程中，需要觀察細(xì)節(jié)時(shí)一般會(huì)放大畫面，即使不是4K顯示器，也基本不會(huì)影響日常的應(yīng)用，對(duì)于預(yù)算緊張的用戶也可選擇暫不升級(jí)。

4.3 存儲(chǔ)設(shè)備

分辨率的提高必然導(dǎo)致同等時(shí)長的視頻文件所占據(jù)存儲(chǔ)空間增加，存儲(chǔ)設(shè)備也可考慮做相應(yīng)的升級(jí)。然而，更高分辨率的監(jiān)控?cái)z像頭覆蓋范圍增大，數(shù)量會(huì)相應(yīng)減少，再加上H.265編碼技術(shù)能有效地降低碼率，從理論上分析，一套4K監(jiān)控系統(tǒng)需要的存儲(chǔ)空間并不會(huì)比同范圍的全高清系統(tǒng)有大幅增加；而且，目前以硬盤為主的存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)容和降價(jià)的步伐迅猛，預(yù)計(jì)存儲(chǔ)設(shè)備的升級(jí)不會(huì)有壓力。

4.4 編解碼處理設(shè)備

H.265可以說是為4K應(yīng)運(yùn)而生，它解決了高分辨率視頻文件的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯栴}，但由于其更復(fù)雜的編碼和解碼過程，使用它的代價(jià)就是編解碼芯片的運(yùn)算負(fù)擔(dān)增加了，所以，編解碼處理設(shè)備的升級(jí)是非常關(guān)鍵的。編解碼處理設(shè)備的設(shè)置，在不同的方案中，有不同的方式，在此不贅述?？傊P者認(rèn)為，這方面的升級(jí)是保證整套系統(tǒng)流暢運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮應(yīng)有效用的基礎(chǔ)，一定要重視，并為此留出充足的預(yù)算空間。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化探討

近年來視頻監(jiān)控飛速發(fā)展，對(duì)其的應(yīng)用也越來越廣泛，尤其是在查明事實(shí)真相，乃至偵破案件方面，成為了高效獲取線索和證據(jù)的有力幫手，同時(shí)也成為了對(duì)違法犯罪人的重要威懾。但是，筆者發(fā)現(xiàn)此領(lǐng)域存在一個(gè)突出的問題，就是缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。做視頻監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)的廠商眾多，但是，各自差異化的方案和模塊設(shè)計(jì)，以及防篡改方面的不同考量，導(dǎo)致最終供“調(diào)閱”的視頻文件呈現(xiàn)出各異的封裝格式，有許多甚至需要用專門的播放器才能播放；再加上各項(xiàng)參數(shù)的不同，展示效果也頗有差異。這樣既不利于文件的傳遞，也會(huì)使監(jiān)控視頻內(nèi)容的細(xì)節(jié)質(zhì)量良莠不齊，不利于后續(xù)的確定性識(shí)別。

筆者認(rèn)為，確立一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是很必要的。因?yàn)椋曨l監(jiān)控的最終目的是“調(diào)閱”，除了光照條件、拍攝角度等“外因”，分辨率、幀率等指視頻文件的指標(biāo)性參數(shù)，都對(duì)監(jiān)控視頻內(nèi)容的細(xì)節(jié)質(zhì)量有較大的影響。目前，對(duì)于監(jiān)控內(nèi)容中的人身的識(shí)別主要依靠人工，對(duì)于車輛等有固定標(biāo)識(shí)的物品可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別。無論是人工識(shí)別還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別，對(duì)于所拍攝物體的清晰度都有一定需求，尤其是人工識(shí)別，由于主觀因素較多，只有當(dāng)物體的拍攝效果趨于穩(wěn)定時(shí)，才能最大程度地減小主觀誤差。而且，人身的自動(dòng)識(shí)別應(yīng)該是一個(gè)發(fā)展的大趨勢(shì)，穩(wěn)定的拍攝質(zhì)量才能造就穩(wěn)定的識(shí)別結(jié)果，那么，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)就更顯重要了。

如前文所述，4K和H.265有在視頻監(jiān)控領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的良好前景，也有促成此領(lǐng)域一次全面的設(shè)備升級(jí)的可能性。也許這可以成為一個(gè)建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的契機(jī)。相關(guān)的權(quán)威部門可以從監(jiān)控視頻文件的分辨率、幀率、亮度、對(duì)比度、色溫乃至拍攝角度等方面，做出具體規(guī)定，形成趨于完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。需要特別指出的是，筆者認(rèn)為，監(jiān)控視頻文件的格式也應(yīng)該統(tǒng)一，這樣不但利于文件的傳遞，也能使編解碼模塊的設(shè)計(jì)趨于簡單純粹。另外，關(guān)于防篡改的方面，也可以采取標(biāo)準(zhǔn)化的手法，開發(fā)基于一致接口的防篡改模塊，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法即時(shí)固定證據(jù)，確保監(jiān)控視頻內(nèi)容的真實(shí)性、原始性，以及變更的可追溯性。

[1]百度百科．視頻監(jiān)控[EB/OL]．http://baike．baidu．com/view/ 1242856．htm,2014．

[2]互動(dòng)百科．4K分辨率[EB/OL]．http://www．baike．com/wiki/4K分辨率,2014．

[3]百度百科．H．265[EB/OL]．http://baike．baidu．com/view/1163108．htm,2014．

TheApplication of 4K and H.265 in Video Surveillance

Huan Xiaoda1Xiao He2
（1.Hunan PoliceAcademy,Changsha 410138,Hunan; 2.The First Detention House of Changsha,Changsha 410100,Hunan）

The video surveillance are used more and more widely,while related technical equipment is developing very fast.The establishment and promotion of technical standards for 4K and H.265 in recent years will bring a new round of leap.The new technologies hae a good application prospect in this field,accelerating the process of standardization in video surveillance system.

video surveillance;4K;H.265;standard

TN948.6

：A

：1008-66609(2015)04-0036-03

宦小答，男，湖南長沙人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：刑事科學(xué)技術(shù)、電子物證。

汽車油漆的顯微激光拉曼光譜數(shù)據(jù)庫的建立，湖南警察學(xué)院科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2014YB17。