4K與H.265在視頻監(jiān)控的應用探析

宦小答 肖 赫

（1.湖南警察學院，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)控的應用探析

宦小答1肖 赫2

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

當今視頻監(jiān)控應用得越來越廣泛，相關的技術設備也發(fā)展得很快。近年來4K和H．265技術標準的確立和推廣，或將給此領域帶來新一輪的飛躍。新技術在此領域有良好的應用前景，且可以以此為契機，加速推動視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準化的進程。

視頻監(jiān)控；4K；H．265；標準

1 引言

如今，電子數(shù)碼行業(yè)的飛速發(fā)展，該類硬件設備的性能也隨之水漲船高，同時，與之相關的技術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)絡化的發(fā)展，正在向分布式、智能化邁進。

視頻監(jiān)控最主要的應用是在安防領域，工作模式可歸納為“采集→傳輸→存儲→調閱”四個過程。其中，“調閱”是最終目標，在此過程中，需要系統(tǒng)提供符合要求的視頻資料，達到重現(xiàn)事發(fā)過程，分辨、識別相關的人或物的目的；這依賴于“采集”過程，不但要覆蓋一定廣度的時間和空間，還對所采視頻的質量（清晰度、連貫度等）有一定的要求；同時，視頻資料越多、質量越高，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”空間作基礎。

由此可見，提高采集視頻的數(shù)量和質量是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展最重要的方面，只有達到充分的時空覆蓋廣度和足夠的畫面精細度，才能較好地提供符合“調閱”要求的視頻資料。就目前情況來看，一方面，視頻監(jiān)控已普遍實現(xiàn)網(wǎng)絡化，即多個視頻前端監(jiān)控設備通過網(wǎng)絡與服務端和客戶終端相連，客戶在終端實現(xiàn)各種監(jiān)控操作，控制整個系統(tǒng)運行；另一方面，前些年被認為是“高大上”的高清設備目前已廣泛普及，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，更精細的畫面為高準確度的智能識別提供了可能，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，在提供高質量畫面的同時一定程度上節(jié)約了傳輸帶寬和存儲空間。

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節(jié)，這正是視頻監(jiān)控技術發(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)絡攝像機，將4K應用于視頻監(jiān)控，一方面，能實現(xiàn)更遠距離的高精度識別，另一方面，在保證一定清晰度的情況下，能擴大每個視頻前端監(jiān)控設備的監(jiān)視范圍，可以在減少設備數(shù)量的同時降低布線的成本。

3 H.265視頻編碼技術簡介

H.265是國際電聯(lián)（ITU）于2013年3月正式批準通過的新的視頻編碼標準。H.265標準圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標準H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進。新技術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。

圖2 H.265與H.264的區(qū)別

H.265的編碼架構大致上和上一代H.264的相似，而與后者相比，新的編碼技術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）這些改進使得采用新編碼標準的視頻文件在獲得同等規(guī)格的分辨率和畫質時所需的存儲空間大大減少，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 新技術在視頻監(jiān)控領域應用的升級需求

上述新技術若要在視頻監(jiān)控領域順利應用，一些依托設備的升級是必要的。以下分別從采集設備、顯示設備、存儲設備和編解碼處理設備四個方面作分析。

4.1 采集設備

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

4.2 顯示設備

談及4K顯示設備，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的電視機型號，也直接促進了4K顯示技術的“早熟”。顯示設備對于視頻監(jiān)控來說，一方面是數(shù)量不多，全面升級難度不大；另一方面，在“調閱”的過程中，需要觀察細節(jié)時一般會放大畫面，即使不是4K顯示器，也基本不會影響日常的應用，對于預算緊張的用戶也可選擇暫不升級。

4.3 存儲設備

分辨率的提高必然導致同等時長的視頻文件所占據(jù)存儲空間增加，存儲設備也可考慮做相應的升級。然而，更高分辨率的監(jiān)控攝像頭覆蓋范圍增大，數(shù)量會相應減少，再加上H.265編碼技術能有效地降低碼率，從理論上分析，一套4K監(jiān)控系統(tǒng)需要的存儲空間并不會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設備擴容和降價的步伐迅猛，預計存儲設備的升級不會有壓力。

4.4 編解碼處理設備

H.265可以說是為4K應運而生，它解決了高分辨率視頻文件的存儲和網(wǎng)絡傳輸?shù)膯栴}，但由于其更復雜的編碼和解碼過程，使用它的代價就是編解碼芯片的運算負擔增加了，所以，編解碼處理設備的升級是非常關鍵的。編解碼處理設備的設置，在不同的方案中，有不同的方式，在此不贅述?？傊P者認為，這方面的升級是保證整套系統(tǒng)流暢運轉，發(fā)揮應有效用的基礎，一定要重視，并為此留出充足的預算空間。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準化探討

近年來視頻監(jiān)控飛速發(fā)展，對其的應用也越來越廣泛，尤其是在查明事實真相，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，同時也成為了對違法犯罪人的重要威懾。但是，筆者發(fā)現(xiàn)此領域存在一個突出的問題，就是缺乏統(tǒng)一的標準。做視頻監(jiān)控設備和系統(tǒng)的廠商眾多，但是，各自差異化的方案和模塊設計，以及防篡改方面的不同考量，導致最終供“調閱”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，也會使監(jiān)控視頻內容的細節(jié)質量良莠不齊，不利于后續(xù)的確定性識別。

筆者認為，確立一個相對統(tǒng)一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準是很必要的。因為，視頻監(jiān)控的最終目的是“調閱”，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性參數(shù)，都對監(jiān)控視頻內容的細節(jié)質量有較大的影響。目前，對于監(jiān)控內容中的人身的識別主要依靠人工，對于車輛等有固定標識的物品可以實現(xiàn)計算機自動識別。無論是人工識別還是計算機自動識別，對于所拍攝物體的清晰度都有一定需求，尤其是人工識別，由于主觀因素較多，只有當物體的拍攝效果趨于穩(wěn)定時，才能最大程度地減小主觀誤差。而且，人身的自動識別應該是一個發(fā)展的大趨勢，穩(wěn)定的拍攝質量才能造就穩(wěn)定的識別結果，那么，建立統(tǒng)一的標準就更顯重要了。

如前文所述，4K和H.265有在視頻監(jiān)控領域廣泛應用的良好前景，也有促成此領域一次全面的設備升級的可能性。也許這可以成為一個建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準的契機。相關的權威部門可以從監(jiān)控視頻文件的分辨率、幀率、亮度、對比度、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)標準。需要特別指出的是，筆者認為，監(jiān)控視頻文件的格式也應該統(tǒng)一，這樣不但利于文件的傳遞，也能使編解碼模塊的設計趨于簡單純粹。另外，關于防篡改的方面，也可以采取標準化的手法，開發(fā)基于一致接口的防篡改模塊，以統(tǒng)一的標準和方法即時固定證據(jù)，確保監(jiān)控視頻內容的真實性、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，實驗師，研究方向：刑事科學技術、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，湖南警察學院科研項目，項目編號：2014YB17。