4K应用下的监控新时代

□ 文 /李洋

在安防行业视频监控领域，网络化、高清化、智能化是近段时间及未来的必然发展趋势。人们不断追求更高清晰度的视频体验，体现高清的一个重要因素就是摄像机的分辨率，随着视频监控技术的发展，分辨率经历了从入门高清720P到全高清1080P再到超高清4K的发展阶段。

按照国际通讯联盟(ITU)定义的标准，4K的分辨率为3840×2160，长宽比为16：9。标准的4K分辨率下，像素点总数可以达到800万，而以往的FHD(全高清1080P)是指1920×1080，是 200万级别像素点，前者是后者的4倍，是720P的8倍。

4K技术最初应用在电视行业，近两年开始在安防行业内应用。4K高清带来更佳视频体验的同时，还面临着诸多问题，比如带宽、存储压力的增加，系统部署更新换代的困难等，这就要求4K高清监控不仅需要关注高清晰带来的益，更不能忽视码率、系统集成等问题引起的弊，因此，4K监控需要两条腿走路，一条是守住高清优势，另一条是结合H.265编码技术，完成码率优化，并提升整个监控系统对4K的兼容能力。

4K摄像机优势

4K产品主要应用于广场、大厅等监控范围广，细节内容丰富的场景，能够在足够大的监控视野下，依然保证有足够清晰的监控画面。4K摄像机由于像素是1080P摄像机的4倍，因此，更适合应用于对细节内容要求更高的场景，目前4K技术主要应用于广播电视行业。

首先，显示分辨率的提升，使得画面更加精细，影响画面的精细度有两个重要关键因素，一个是画面的像素，另一个是画面的垂直分辨率。画面的像素越高，在相同尺寸的画面上的像素就越精细，晶格就越小。而因为人眼对于影像的垂直分辨率相当敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨识越多的细节与层次。

其次，色彩层次与细节的增强，使得画面更接近真实生活。从标清到高清显示系统的转变，实际上主要是分辨率方面的升级，在色彩方面并没有太过明显的提升。不过进入到4K超高清的时代，画面方面的变化除了分辨率出现飞跃之外，色彩方面的变化是相当引人注目的。这一部分都体现在ITU-R最新颁布的BT.2020超高清广播标准之中。

第三，4K视频系统处理的是10位，甚至是12位编码的视频信号。而现阶段高清或全高清系统通常采用的是8位的视频系统，而4K超高清则采用10位甚至12位的视频系统。因此，无论是灰阶层次过渡还是色深的层次表现，都比高清系统有较大的提升。

升级版H.265让4K真正腾飞

4K的视频效果确实震撼，但是随高清带来的是视频码率的增加，这样引发的问题是网络传输带宽的巨大压力，以及存储成本的大幅度增加，如果1080P的视频在H.264编码方式下的传输带宽是4Mbps，那么用到4K之后就需要16Mbps，这在现阶段的网络及链路环境中使用压力是非常大或者说根本难以实际应用的，因此视频码率压缩的问题不解决，4K高清的优势智能是空中楼阁。

然而，值得庆幸的是，H.265技术在这个时候顺势而生，让4K高清体验成为可能，这也是为什么说4K技术和H.265技术是密不可分的，只有在成熟的H.265编码基础上推出的4K产品才是真正可以实际应用的4k产品。H.265是ITU-T VCEG 继H.264之后所制定的新的视频编码标准，可以在H.264基础上继续压缩50%的码率，1080P视频在H.265编码下，仅需2Mbps左右的带宽，这样4K也只需8M带宽就可以了，网络压力极大降低。而且，很多安防的主流厂家，已开始在H.265寄出上继续钻研，推出H.265的升级版本，如天地伟业的S+265技术，相比H.265，最多可再压缩70%的码率，4K视频在S+265编码的基础上，最少仅需2.4M的带宽，者将让4K真正落地，4K高清真正腾飞。

系统整体升级，4K才能从实验室走向现场应用

4K高清监控是一个系统，而不是单个设备能实现的，不仅前端摄像机需要支持4K高清编码，后端存储应具备4K解码能力，同时解码显示等产品也应相应跟进，这样才能让4K走出实验室，实际应用。很多厂家都想要率先推出4K摄像机，但是能够提供整套4K系统的厂商则少之又少。如果购买4K摄像机，就必须要购买与之相匹配的4K的NVR和4K的监视器、大屏等显示产品。因此要实现4K高清监控，必须要考虑到兼容性和系列化的问题，需要能够提供一套完整的解决方案。除此之外，还应考虑到存储和带宽因素。幸运的是，随着40G以太网技术的发展，也就是网络传输速率能达到每秒40G。但是即便如此，4K文件的压缩技术也是至关重要，保证文件快速和稳定地进行传输。

现在一些主流厂家如海康、大华、天地伟业，已经具备了提供4K解决方案的能力。在后端存储设备方面，由于超高清所带来的超大数据量，传统DVR已难以负荷，普通高清NVR也难以实现4K超高清视频监控的需求，因而针对4K超高清的NVR产品应运而生。比如天地伟业推出了4K超高清NVR，能够接入4K分辨率的超高清网络摄像机，在不进行缩放的前提下对4K图像进行预览、录像、解码回放和显示输出，这对于NVR来说也是到达了一个新的高度，相信未来还会有更多的厂商推出相应的存储产品和解决方案。

在解码显示设备方面，全新上市的拼控解码一体机号称“拼控解码终结者”，可支持多路4K高清视频接入和解码显示，并且还可以实现多路级联、拼接、开窗、叠加、漫游等多种功能。

总结

如今，4K在安防监控领域，已应用于平安城市的全景监控、超宽车道的监控、公安GIS地图的智慧调度等等。除此之外，4K的产品在医疗影像、安全监控、军用等领域及图形处理等也有所应用，未来，4K所带来的应用相信还会更加广泛丰富。4K高清监控需要两条腿走路，一条是守住超高清的优势，另一条就是结合H.265等技术实现系统内后端存储及显示产品等的升级，缺一不可，这样4K高清才能真正普及，那将是一个崭新的监控时代，而且，这一天很快就会到来。