□ 文 /許小思

視頻監(jiān)控作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡陌卜涝O備之一，在傳統(tǒng)的背景單一、人流量較小的情況下，也會存在視頻畫面模糊的情況，更何況是在機場、火車站等人流量密集的場景下，視頻的監(jiān)控效果更會大不如前。因此，圖像呈現(xiàn)的清晰度便成為視頻數(shù)據(jù)反饋的關鍵性指標。伴隨著安防行業(yè)的一步步成長，以及用戶對于清晰度的更高要求，傳統(tǒng)的百萬像素高清攝像機已無法適應環(huán)境的變化，安防領域的超高清已經(jīng)到來。4K超高清成為當代新寵。這不僅意味著畫面清晰度及用戶體驗的提升，更代表著未來安防“超高清”的時代觸手可及。

4K技術的起源

4K技術首先發(fā)展于電視領域。2012年5月，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了BT.2020“超高清電視UHDTV標準的建議，將大屏幕的物理分辨率達到3840×2160(4K×2K)及以上的電視稱之為超高清電視，因此4K又稱為2160p。此外，BT.2020標準也將8K(7680×4320)納入超高清標準。BT.2020標準定義的超高清系統(tǒng)除了在分辨率、刷新率、色彩深度上進行了提高，還在色彩空間、伽瑪校正等方面進行了全方位的調整，特別是色域三角形方面的擴展，使得畫面的色彩表現(xiàn)遠勝于高清系統(tǒng)。

不論是家電行業(yè)還是安防領域，對于4K的定義都是一致的?，F(xiàn)在廣泛應用的200萬像素，即1080P高清，分辨率為1920*1080，而4K（超高清）分辨率為3840*2160，4K的分辨率相當于4個1080P，即一部4K監(jiān)控攝像機可以當4個準高清監(jiān)控攝像機用，使用超高分辨率為視頻監(jiān)控采集超高清圖像，即使圖片放大了也不會造成圖片模糊不清的狀況。

4K技術的應用特點

4K技術表現(xiàn)最明顯之處在于，其顯示分辨率的提升，使得畫面更加精細。影響畫面的精細度有兩個重要關鍵因素，一個是畫面的像素，另一個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，晶格就越小。而因為人眼對于影像的垂直分辨率相當敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨識越多的細節(jié)與層次。4K技術在采集圖像設備領域里能實現(xiàn)的就是在提高像素的同時，又增強了畫面的垂直分辨率，使得畫面的細節(jié)和層次更加精準。其次，色彩層次與細節(jié)的增強，使得畫面更接近真實生活。

其次，色彩層次與細節(jié)的增強，使得畫面更接近真實生活。從標清到高清顯示系統(tǒng)的轉變，實際上主要是分辨率方面的升級，在色彩方面并沒有太過明顯的提升。不過進入到4K超高清的時代，畫面方面的變化除了分辨率出現(xiàn)飛躍之外，色彩方面的變化尤其引人注目。

此外，4K視頻系統(tǒng)處理的是10位，甚至是12位編碼的視頻信號?，F(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)，對于色澤的處理非常分明，無論是灰階層次過渡還是色深的層次表現(xiàn)都優(yōu)于高清系統(tǒng)，色彩層次感和畫面感增強，更加真實地還原生活。

考慮到4K的高清網(wǎng)絡攝像機畫質相比于200萬像素，垂直分辨率更高，畫面細節(jié)層次更精準，顯示更清晰、更干凈細膩，它的應用場景也便一目了然。4K攝像機能實現(xiàn)更廣角度的監(jiān)控，縱覽全局，可監(jiān)控更廣闊的區(qū)域。同時，對視頻查看、檢索、分析應用提供了更豐富、更有價值的圖像素材，讓可視化管理更高效、聯(lián)動響應更及時、安全系統(tǒng)更有保障；基于超高清的視頻源，人臉識別、車牌識別等智能分析結果也將更加精確；同時，4K畫面豐富的細節(jié)可以讓各個部門進行信息共享，不用為了看清不同區(qū)域而架設多臺攝像機，達到節(jié)約投資成本的目的。例如在火車站廣場前使用1個4K攝像機，監(jiān)控范圍基本能夠覆蓋到整個站前廣場，同時基本能夠看清行人的面貌；如果抓拍車牌，高清攝像機能拍下一條車道，4K則可以直接拍攝4條車道；在十字路口安裝一臺4K攝像機，能夠覆蓋到路口4個方向的車輛監(jiān)控。

4K應用下的高效視頻壓縮算法

雖然視頻清晰度的提升給安防領域帶來了不小的變化，但伴隨而來的超大帶寬占比和超高存儲成本也成為新的問題。為此，更加高效的視頻壓縮算法應運而生。HEVC是新一代的視頻編碼標準。H.265可保證相同視頻質量的前提下，降低40%-50%的編碼比特率，簡單來說，高清視頻所需要的傳輸帶寬或存儲空間將為H.264的一半。H.265基本繼承了H.264的框架，同時對一些相關的技術加以改進，并使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優(yōu)化設置。與H.264相比，H.265提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度等好處。由于H.264只可以低于1Mbps的速度實現(xiàn)標清數(shù)字圖像傳送；而H.265則可以實現(xiàn)利用1～2Mbps的傳輸速度傳送720P(分辨率1280*720)普通高清音視頻傳送。更令人高興的是，H.265由于其本身算法的特點，在4K這種更高分辨率的編碼處理上效果會更高，充分解決4K時代視頻編碼的瓶頸。

高壓縮率

H.265采用多樣的宏塊二叉樹的編碼分隔方式、幀內(nèi)預測方向和幀間預測技術，具有更好的運動補償處理方式和矢量預測方法，編碼更加靈活，編碼數(shù)據(jù)大幅降低。相比H.264，H.265編碼可將碼流降低40～50%，壓縮比達到400:1，編碼耗時降低70～80%，這將使存儲成本大大降低，優(yōu)勢極為明顯。

高清晰度

H.265支持4K和8K（8192*4320）超高清分辨率，計算能力不再受到制約，跟上了顯示屏高分辨率的腳步，給客戶更高的視頻清晰度體驗，避免了碼流幾何倍數(shù)增長的尷尬局面，增強用戶的視覺體驗。

存儲便捷

隨著用戶對安防監(jiān)控中高清視頻的需求越來越高，所需存儲空間急劇上升。與H.264編碼技術相比，H.265的高壓縮率可以節(jié)省一半的存儲空間，通過降低碼流來為客戶節(jié)省存儲成本，降低硬盤的存儲空間。

智能互聯(lián)

在這個物聯(lián)網(wǎng)、云計算的時代，各部門的信息共享尤為重要。原H.264時代，由于分辨率的限制，各部門只能獨立獲取有效數(shù)據(jù)，造成采集點的冗余，無法實現(xiàn)信息共享。而H.265的超高清攝像機，采集視角廣泛，可以同時實現(xiàn)多項業(yè)務的采集需求，減少同區(qū)域范圍內(nèi)的采集節(jié)點，有效提高了信息共享的效率。

經(jīng)濟實用

高分辨率可以降低采集節(jié)點的數(shù)目，同時高壓縮率致使存儲空間下降。降低硬盤數(shù)目，這會大大降低客戶系統(tǒng)的建設成本。同時，在保證畫面質量不變的前提下，H.265的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和節(jié)點數(shù)量的明顯降低，對交換機的要求不再苛刻，也為用戶節(jié)省了投資成本。

4K高清監(jiān)控解決方案

4K高清監(jiān)控一直是一個整體系統(tǒng)而不是單個設備或環(huán)節(jié)。從前端采集到網(wǎng)絡傳輸?shù)胶蠖私獯a、存儲以及顯示都需要配套的產(chǎn)品，每個環(huán)節(jié)均滿足4K的要求，才能更好的展示出4K超高清的效果。

目前，由于4K在電視行業(yè)發(fā)展快速，因而在安防監(jiān)控系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的是4K的大屏，84英寸4K面板都已上市，大尺寸顯示屏是整個4K系統(tǒng)中的先行者。國內(nèi)的諸多監(jiān)視器廠家也紛紛發(fā)布4K監(jiān)視器產(chǎn)品。隨著前端4K設備的跟進，視頻源已經(jīng)不是問題。

其次，要實現(xiàn)4K超高清體驗和應用，高像素的監(jiān)控攝像機是必不可少的條件，普通的百萬級像素高清攝像機無法體現(xiàn)和滿足4K超高清的需求，因而800萬至1200萬像素的攝像機逐漸被采用，行業(yè)內(nèi)推出了800萬乃至更高像素的監(jiān)控攝像機。同時，芯片技術的發(fā)展，也將推動能夠匹配4K或8K超高清攝像機的豐富發(fā)展。

在后端存儲設備方面，由于超高清所帶來的超大數(shù)據(jù)量，傳統(tǒng)DVR已難以負荷，普通高清NVR也難以實現(xiàn)4K超高清視頻監(jiān)控的需求，因而針對4K超高清的NVR產(chǎn)品應運而生，在不進行縮放的前提下對4K圖像進行預覽、錄像、解碼回放和顯示輸出，這對于NVR來說也是到達了一個新的高度。

安防行業(yè)高清化以及產(chǎn)品分辨率的不斷提升是安防行業(yè)的必然趨勢，4K的發(fā)展以及在安防中的應用也必將推動整個安防視頻監(jiān)控行業(yè)往高清化方向普及，同時也能促進智能分析等配套產(chǎn)業(yè)的升級，盡管4K技術在安防行業(yè)中存在技術及成本上的瓶頸，但我們相信，在不久的將來，4K產(chǎn)品帶來的超高清監(jiān)控效果，將會引領市場步入超高清時代，為高清安防廠商帶來新的經(jīng)濟增長點。