4K監(jiān)控攝像機在民航機場的應(yīng)用分析

【摘要】隨著技術(shù)的發(fā)展，4K攝像機呈現(xiàn)的超清晰畫面已開始顯現(xiàn)優(yōu)勢，其對民航機場等一些對安防設(shè)備要求較高的場所具有較大的吸引力。本文通過對4K攝像機在民航機場應(yīng)用的分析，闡述了其在民航機場個別重要位置應(yīng)用的優(yōu)勢，同時對目前4K攝像機還不能大規(guī)模應(yīng)用的有關(guān)問題進行了探討。相信隨著技術(shù)進步和成本降低，4K攝像機將來在視頻安防系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用將是未來的趨勢。

【關(guān)鍵詞】4K；編碼；網(wǎng)絡(luò)；存儲

1、4K攝像機

目前在傳統(tǒng)的家電市場，4K電視已開始崛起，并逐漸開始進入家庭，而在安防行業(yè)，如安訊士、?？档纫恍S商的4K攝像機也投入了市場。那么到底什么是4K技術(shù)呢？其實所謂的4K技術(shù)，就是一種分辨率更高的超高清顯示規(guī)格，4K的名稱得自其橫向分辨率約為4000像素（pixel）。4K的分辨率有3840×2160（QFHD）和4096×2160（UHD）兩種，對于主流的家電設(shè)備廠商而言，他們更傾向于制造Quad Full HD（3840×2160）設(shè)備，因為這個分辨率標(biāo)準(zhǔn)的顯示比例為16：9，能夠兼容目前的電視信號。而4096×2160由“數(shù)字影院創(chuàng)導(dǎo)（DCI）”組織倡導(dǎo)，成員包括迪士尼、二十世紀(jì)?？怂埂⒚赘呙返缺姸啻笮碗娪肮ぷ魇?，在此分辨率下，觀眾將可以看清畫面中的每一個細(xì)節(jié)，每一個特寫。

4K設(shè)備的像素數(shù)超過800萬，是傳統(tǒng)全高清（FHD）1080P的4倍，是高清720P的8-9倍左右。如此之大的分辨率，對于實際的安防應(yīng)用究竟能夠帶來多大的幫助呢？首先4K技術(shù)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(xì)。影響畫面的精細(xì)度有兩個重要關(guān)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(xì)，晶格就越小。而因為人眼對于影像的垂直分辨率相當(dāng)敏感，越高的垂直分辨率，人眼就能辨識越多的細(xì)節(jié)與層次。4K技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)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(xì)節(jié)和層次更加精準(zhǔn)，同時配合廣角監(jiān)控專用鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的監(jiān)控范圍覆蓋。

2、視頻編碼技術(shù)

無論是1080P還是4K的視頻，如果不進行視頻編碼，根本無法在現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸，目前，通過采用H.264編碼技術(shù)，在不影響視頻觀看效果的情況下，1080P可達到2M左右的壓縮效果，而對于4K視頻而言，H.264技術(shù)則不足以完成4K視頻的壓縮工作，需要采用最新的H.265技術(shù)。

H.265是ITU-T VCEG繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，是目前公認(rèn)的4K編碼技術(shù)。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)，同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進，先進的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復(fù)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(fù)雜度等。

3、在民航機場的應(yīng)用分析

民航機場作為各個城市的交通樞紐，一般都具有建筑面積龐大、人流量和貨物流動頻繁的特點，對于空防安全的要求為零差錯。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為機場安全體系中技術(shù)含量較高的輔助手段，在確保機場空防安全方面扮演著舉足輕重的作用，一直以來都受到特別關(guān)注。因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的選擇和應(yīng)用相比其他行業(yè)要更加嚴(yán)格和高端。

根據(jù)4K攝像機的技術(shù)特點，如果在民航機場的特定區(qū)域來使用，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控區(qū)域的有效覆蓋。

3.1 4K攝像機在民航機場的應(yīng)用范圍

3.1.1 航站樓

1、接、送客大廳

送客大廳和接客大廳是航站樓重點監(jiān)控區(qū)域，視頻監(jiān)控的主要需求特點是監(jiān)控區(qū)域大，范圍廣，可選擇合適的位置安裝4K攝像機，避免出現(xiàn)監(jiān)控盲區(qū)。

2、安檢區(qū)及隔離區(qū)監(jiān)控

在安檢區(qū)、隔離區(qū)內(nèi)，需要監(jiān)控整個大廳候機乘客和工作人員的活動情況，并且及時防范意外事件和突發(fā)事件的發(fā)生，所以監(jiān)控系統(tǒng)必須具備全方位的監(jiān)控視角，以便不間斷的觀測任何方向的可疑人員或物品，4K攝像機擁有極大的覆蓋視角，提供豐富的細(xì)節(jié)，安裝在此區(qū)域正好有用武之地。

3.1.2 停機坪

停機坪視頻監(jiān)控主要用來監(jiān)控近機位飛機靠橋和退橋的操作過程、遠(yuǎn)機位飛機的進出情況、過夜飛機的停靠情況、地勤工作人員的工作狀況、機場內(nèi)部車輛的行駛狀態(tài)等，避免出現(xiàn)機場內(nèi)部車輛與飛機“搶道”的情況及其他由于人為因素造成的機場安全隱患。通過安裝4K攝像機，結(jié)合全景拼接技術(shù)，可實現(xiàn)對整個停機坪的視頻監(jiān)控全覆蓋。

3.1.3 大型民航機場的綜合交通中心（GTC）

GTC（Ground Transportation Center，GTC）作為大型機場的交通樞紐，主要用來解決陸側(cè)的交通運輸，包括軌道交通車站、地面長途車站、旅游巴士、機場巴士候機、停車場等功能，承擔(dān)著連接地上、地下各類交通設(shè)施的任務(wù)，并且在為機場提供高效便捷的交通服務(wù)的同時也激活了航空城的發(fā)展。GTC接送客大廳，作為GTC的中心，每天有大量的人員進出，因此，在GTC大廳選擇合適的位置安裝4K攝像機，可以有效提高視頻監(jiān)控的監(jiān)管效率。

3.1.4 機場周邊道路十字路口位置

目前，國內(nèi)大型民用機場的旅客吞吐量都在千萬以上，每天有大量的機動車輛進出機場，在機場周邊道路的十字路口位置安裝4K攝像機后，1臺4K攝像機就可以將十字路口四個方向上車輛行駛情況的全景視頻呈現(xiàn)在監(jiān)控顯示大屏上，對于公安等相關(guān)部門的交通監(jiān)管非常有利。

3.2 目前影響4K攝像機大規(guī)模應(yīng)用的主要問題

在實際使用中4K監(jiān)控系統(tǒng)雖然有其優(yōu)勢，但由于整體成本還是過高，因此，在未來的一段時間內(nèi)主流的高清仍然會以1080P為主。4K監(jiān)控系統(tǒng)主要是在視頻采集、編解碼芯片、算法、網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲、后端顯示等方面仍然存在一定的瓶頸。

1、視頻的前端采集。在正常光照環(huán)境下4K攝像機能提供更高清晰度的圖像，細(xì)節(jié)還原更貼近真實，但受限于Sensor靶面的面積，隨著像素點數(shù)量增加，單個像素點的感光面積減小，所以在低照度成像上4K不如1080P，這是目前所有4K攝像機面臨的一個嚴(yán)重問題，必須通過補光來解決。

2、編碼、傳輸及存儲。目前H.265是公認(rèn)的未來4K要采用的編碼技術(shù)，行業(yè)內(nèi)已有編解碼芯片廠家推出基于H.265算法的產(chǎn)品，但其居高不下的成本限制了H.265的普及，而且其技術(shù)成熟度也有待檢驗。如果采用技術(shù)成熟和成本較低H.264作為4K攝像機的編碼技術(shù)，碼流至少要在8-10M左右，對于這么大的碼流，不但會影響視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)傳輸，而且也會帶來更大的存儲需求?？傊瑥哪壳皝砜?，由于在編碼技術(shù)上的限制，4K超高清攝像機的大規(guī)模使用勢必會帶來更高的使用成本。

3、終端顯示設(shè)備。目前的高清解碼器普遍以1080P解碼輸出為主，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圖像的解碼器目前還沒有出現(xiàn)。此外在圖像顯示上，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，但就用戶體驗來講，肯定不如直接用4K大屏顯示。另外一個瓶頸就是信號傳輸線纜，想要完美支持4K的傳輸，HDMI的標(biāo)準(zhǔn)必須支持2.0規(guī)范，相對與早期的1.3、1.4的HDMI標(biāo)準(zhǔn)，新的規(guī)范將傳輸帶寬提升至18Gbps。

4、結(jié)論

從目前的技術(shù)發(fā)展階段看，民航場如果要大規(guī)模使用4K攝像機，需要投入大量的資金用于網(wǎng)絡(luò)及存儲系統(tǒng)建設(shè)，同時還需要使用成本更高的解碼顯示設(shè)備，但大的投入與實際所達到的效果還不成正比。而如果僅在民航機場的個別重要位置使用4K攝像機，就能達到投入不多卻能實現(xiàn)非常好的監(jiān)控效果的目的。人們對于清晰度的追求、對于技術(shù)的追求是永無止境的，相信隨著時間推移，技術(shù)及配套設(shè)施的進一步完善，4K將以更成熟的姿態(tài)成為安防主流技術(shù)，對于提高民航機場的空防安全會有更好的技術(shù)保障。

參考文獻

[1]4K安防應(yīng)用起航，監(jiān)控超高清時代來臨[EB/OL]. http：//www.juanvision.com/newShow.asp？ArtID=1043.

[2]4K與安防的討論[EB/OL]. http：//www.asmag.com.cn/news/th-72129.shtml

作者簡介

馬海兵，（1975-），男，山東青島人，青島膠東國際機場建設(shè)有限公司，碩士、工程師，主要研究方向為安防技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用等。

張忠林，（1981-），男，山東青島人，青島膠東國際機場建設(shè)有限公司，主要研究方向為電子技術(shù)應(yīng)用等。