文/程瑋
2010年“高清元年”至今，高清視頻監(jiān)控經(jīng)歷了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，720p甚至1080p攝像機(jī)已經(jīng)成為市場主流。那么接下來，高清又該如何更好地走下去?答案其實(shí)很簡單，那就是繼續(xù)往更高清的方向發(fā)展?？赡苡械娜藭?huì)懷疑更高清的必要性，但從4K被提出以來市場的反應(yīng)和表現(xiàn)來看，4K超高清已經(jīng)近在眼前。
4K的起源和及優(yōu)勢
4K最早是起源于電視行業(yè)。很多時(shí)候，我們視頻監(jiān)控行業(yè)的發(fā)展也是緊隨著電子消費(fèi)類市場的腳步的，例如電視機(jī)分辨率的演變經(jīng)歷了標(biāo)清的CRT顯像管電視——>720P高清背投電視——>1080P全高清平板電視?——>再到現(xiàn)在非常熱門的4K超高清電視，而反觀視頻監(jiān)控行業(yè)攝像機(jī)的發(fā)展，也同樣經(jīng)歷了標(biāo)清模擬攝像機(jī)——>720p高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)——>1080p全高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的階段，到現(xiàn)在各大廠商也相繼推出了自己的4K超高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)產(chǎn)品。因此，不管在哪個(gè)領(lǐng)域，人類對于高清的追求都是永無止境的。
4K常見的分辨率有3840×2160和4096×2160像素2種規(guī)格。“4K”名稱就來源于其水平方向的像素?cái)?shù)，4K分辨率相當(dāng)于4個(gè)1080P，8個(gè)720P。4K攝像機(jī)就是分辨率為800萬像素的攝像機(jī)，其超高清的分辨率讓其在未來的監(jiān)控市場發(fā)展中具有非常大的優(yōu)勢。首先4K攝像機(jī)可以很好的縱覽全局，可以在不改變攝像機(jī)數(shù)量、焦距、角度的條件下，進(jìn)行全天候、全場景下的監(jiān)控。其次，在同一個(gè)場景下無需架設(shè)多臺(tái)攝像機(jī)，節(jié)約了投資成本。再有，4K畫面的豐富細(xì)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)部門信息共享，并讓可視化管理更高效、聯(lián)動(dòng)響應(yīng)更及時(shí)、安全系統(tǒng)更有保障。
4K的系統(tǒng)組成
如果只有4K的前端攝像機(jī)，而沒有后端以及中心的配套產(chǎn)品，對于監(jiān)控來說是沒有實(shí)用意義的。因此4K想要更好的發(fā)展，必然是要形成4K的完整的系統(tǒng)方案，推出配套的產(chǎn)品。
首先，由于4K在電視行業(yè)的快速發(fā)展，4K監(jiān)控系統(tǒng)中最早出來的就是4K的大屏，84英寸的4K面板已經(jīng)上市，大尺寸顯示屏成為整個(gè)4K系統(tǒng)的先行者。
其次是4K的攝像機(jī)。在一些專用領(lǐng)域如智能交通道路監(jiān)控，因?yàn)樵谛枰^大分辨率的攝像機(jī)來監(jiān)控多個(gè)車道的車輛情況，300萬、600萬像素的IP攝像機(jī)也不斷得到應(yīng)用，4K即800萬像素甚至是1200萬像素的IP攝像機(jī)也逐漸推出市場。
除了前端以及顯示設(shè)備，中間傳輸?shù)墓舛藱C(jī)采用光纖傳輸，不必太擔(dān)心分辨率的問題，因此原有設(shè)備便可支持4K的傳輸，那么就只剩下后端的解碼設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備了。隨著性能的提升，縱然現(xiàn)在的解碼設(shè)備還不具備解碼多路4K攝像機(jī)的能力，但集中力量解一路視頻還是沒問題的。另外，各大廠商已相繼推出4K NVR產(chǎn)品，它能夠接入4K分辨率的超清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，在不進(jìn)行縮放的前提下對4K圖像進(jìn)行預(yù)覽、錄像、解碼回放和顯示輸出，這對于NVR來說也是一個(gè)新的高度。
4K面臨的主要問題
目前，4K普及面臨的最主要問題，是其超高清分辨率帶來的超大帶寬占用和超高存儲(chǔ)成本，而利用現(xiàn)有的編碼算法H.264可能需要8-16M的超大碼率才能保證圖像質(zhì)量，這對于帶寬或存儲(chǔ)都是很大的壓力。因此，必需有更高效的視頻壓縮算法來推動(dòng)視頻超高清化發(fā)展。
2010年，JVT-VC小組開始著手下一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的定制，并于2013年定稿發(fā)布，命名為HEVC(High Efficiency Video Coding),然后分別被ITU-T和ISO/IEC采納成為國際標(biāo)準(zhǔn),也就是H.265視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。最新H.265標(biāo)準(zhǔn)基本繼承了H.264的框架，但是其中采用了大量全新的技術(shù)。在高清分辨率下，這些新技術(shù)的使用可以使H.265的壓縮性能相比H.264提升一倍。簡單來說，就是相同視頻質(zhì)量下，高清視頻所需要的傳輸帶寬或者存儲(chǔ)空間則為H.264的一半左右。從客觀效果測試提升上來看，測試結(jié)果表明，H.265在1080P分辨率下相比H.264碼率降低40%~50%，在720p下相比降低30%~40%。
更值得欣慰的是，H.265由于其算法本身的特點(diǎn)，在4K這種更高分辨率的編碼處理上效率會(huì)更高。由此可以看出，H.265必然會(huì)成為未來4K甚至8K分辨率的最佳選擇。其實(shí)，目前市場上已有支持H.265的4K攝像機(jī)和NVR，未來有望成為主流產(chǎn)品。
4K的應(yīng)用場景
在電子消費(fèi)類市場，4K技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入了人們的生活，應(yīng)用于4K超高清電視、4K的高清醫(yī)療影像展示、4K超高清的賽事(如2014年巴西世界杯足球賽的4K試播)盛況直播等等，都給人們帶來了超高清的生活體驗(yàn)和更多智能化的應(yīng)用。
而在安防監(jiān)控領(lǐng)域，4K技術(shù)才剛剛起步，但其未來卻不可限量，可應(yīng)用于平安城市的全景監(jiān)控、超寬車道的監(jiān)控、公安GIS地圖的指揮調(diào)度中等等。未來，4K帶來的變革是多方面的，一方面它給我們帶來視頻分辨率上超高清、極清的體驗(yàn)，另一方面，它將很有可能改變我們傳統(tǒng)的監(jiān)控應(yīng)用模式。現(xiàn)在我們都是通過錄像回放的方式來查找線索，而未來，我們也許可以截取單張4K監(jiān)控畫面，進(jìn)行多級放大后獲取我們想要的信息，因?yàn)?K最大的優(yōu)勢，就在于圖像放大4倍后仍能得到1080p的全高清畫面。
人們對高清的追求是永無止境的，4K只是順應(yīng)時(shí)代需求的必然產(chǎn)物。理論上講，4K仍是視頻監(jiān)控高清浪潮的延續(xù)，但是4K帶來的絕不僅僅只是分辨率的增加，因?yàn)橐嬲龑?shí)現(xiàn)4K的超高清監(jiān)控，需要一系列視音頻編解碼、圖像處理、智能分析等技術(shù)來支撐，這也從另一方面推動(dòng)了整個(gè)監(jiān)控行業(yè)技術(shù)的快速變革。
(本文作者現(xiàn)任杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司技術(shù)支持工程師)
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