4K如何促進(jìn)安防行業(yè)的發(fā)展

文/本刊記者 何遙

高清是安防視頻監(jiān)控的發(fā)展趨勢。原本用于電視產(chǎn)品的技術(shù)4K，正在向安防領(lǐng)域延伸。本期欄目邀請到深耕視頻監(jiān)控領(lǐng)域多年的專業(yè)人士，共同探討4K在安防行業(yè)的興起和發(fā)展。

本期嘉賓：

天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司國際部市場總監(jiān) 李正昀

浙江宇視科技有限公司IPC高級產(chǎn)品經(jīng)理 陳 乾

杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司技術(shù)支持部產(chǎn)品經(jīng)理 程 瑋

浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品經(jīng)理 湯杭峰

北京藍(lán)色星際軟件技術(shù)發(fā)展有限公司產(chǎn)品經(jīng)理 焦成平

4K技術(shù)在安防行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

4K常見的分辨率有3840×2160、4096×2160兩種像素規(guī)格?！?K”名稱就來源于其水平方向的像素數(shù)，4K分辨率相當(dāng)于4個1080P或8個720P。4K攝像機(jī)就是分辨率為800萬像素的攝像機(jī)。4K的應(yīng)用于2013年開始出現(xiàn)在安防領(lǐng)域。

李正昀：4K方案是一項已經(jīng)開始應(yīng)用于實際的高清解決方案。4K提供了4096x2160超高分辨率（830萬像素），約相當(dāng)于全高清攝像機(jī)分辨率的4倍。和當(dāng)初1080p推出之初一樣，4K目前主要應(yīng)用于室外監(jiān)控，提供更大的視場角，同時兼顧到更多的細(xì)節(jié)，比如體育場。傳統(tǒng)的高清攝像機(jī)，安裝在高處俯瞰一片區(qū)域時，如果想看清楚一處的細(xì)節(jié)，雖然可以對特定地方進(jìn)行局部放大，但是要犧牲一些清晰度。而4K則提升了一個檔次，在不損失分辨率和清晰度的基礎(chǔ)上，可以看清任何細(xì)節(jié)，能看到更廣闊的場景，非常適合于城市監(jiān)控和物流運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用。再加上1臺4K攝像機(jī)可以替代多臺傳統(tǒng)攝像機(jī)，不僅降低整體方案的成本，包括施工成本，而且監(jiān)控沒有任何盲點。不得不提的是，運(yùn)用4K技術(shù)還有助于對視頻錄像的數(shù)據(jù)收集和分析。例如，可以捕捉到目標(biāo)更精確的行進(jìn)路線。足夠高的分辨率可以對多種智能分析提供強(qiáng)有力的支持，例如車牌抓拍，提供更精確的辨識，減少錯誤報警。4K還有助于在擁擠人群中快速準(zhǔn)確地定位目標(biāo)，并提供周界防護(hù)。在智慧城市項目中，4K依靠超寬的視角，可以監(jiān)控多條車道。

盡管4K系統(tǒng)毫無疑問市場前景很大，但是技術(shù)還遠(yuǎn)沒有成熟。用戶想要采購4K系統(tǒng)前，首先要考慮清楚的是：現(xiàn)場是否適合應(yīng)用4K攝像機(jī)？供應(yīng)商是否能提供與4K攝像機(jī)完全兼容的系統(tǒng)？一套完整的4K系統(tǒng)，除了攝像機(jī)，還需要與之相匹配的攝像機(jī)編碼技術(shù)、后端設(shè)備、存儲能力和顯示設(shè)備，如電視墻和監(jiān)視器。Theia和Fujinon是僅有的2家能夠生產(chǎn)4K鏡頭的公司，壟斷了該市場，對于4K鏡頭成本的控制不利。而且這些產(chǎn)品還處在發(fā)展初期，很可能大多數(shù)視頻監(jiān)控用戶還在使用標(biāo)準(zhǔn)的高清監(jiān)視器，如果要使用4K系統(tǒng)還需要再投資4K的監(jiān)視器。而且在低照環(huán)境的效果上和捕捉快速移動目標(biāo)上，4K攝像機(jī)也還有很大提升的空間。

還有一種誤解，就是許多人認(rèn)為4K將代替全景攝像機(jī)。從目前來講，這種觀點是不正確的。盡管4K攝像機(jī)可以提供更加寬廣的視角，但是和全景攝像機(jī)相比，它仍然存在盲點。而現(xiàn)在4K魚眼攝像機(jī)鏡頭還沒有開發(fā)出來，想要消除鏡頭邊緣扭曲的問題難度還很大。在一些需要全景監(jiān)控的場景，比如碼頭、酒店大堂、停車場等，全景攝像機(jī)仍然是更好的選擇。

湯杭峰：首先，4K攝像機(jī)可以很好地縱覽全局，當(dāng)隨機(jī)事件發(fā)生，各個業(yè)務(wù)部門可以用同一臺攝像機(jī)在同一幅圖像中找到各自感興趣的點，并且在經(jīng)過多級放大后，仍能得到高清的細(xì)節(jié)畫面。因此4K攝像機(jī)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。4K畫面的豐富細(xì)節(jié)，可以讓我們各個業(yè)務(wù)部門實現(xiàn)信息共享，同一個場景下，不用為了看清不同區(qū)域而架設(shè)多臺攝像機(jī)，在一定程度上也節(jié)約了投資成本，讓可視化管理更高效、聯(lián)動響應(yīng)更及時、安全系統(tǒng)更有保障。

4K顯示技術(shù)的出現(xiàn)，既改變了人們的視覺感受，又拉近了人類的觀影距離。在安防領(lǐng)域，4K最早應(yīng)該算是從智能交通行業(yè)開始，因為在交通領(lǐng)域，需要較大分辨率的攝像機(jī)來監(jiān)控多個車道的車輛情況，這樣可以提高對車道的覆蓋范圍。從2013年開始，國內(nèi)的一些智能交通廠家開始陸續(xù)推出800萬像素，甚至千萬像素的高清電警卡口相機(jī)，但是由于傳感器能力以及后端Soc芯片處理能力的限制，一般只能實現(xiàn)5-15幀/秒的處理能力。

程瑋：在電子消費類市場，4K技術(shù)可以應(yīng)用于4K超高清電視、4K高清醫(yī)療影像展示、4K超高清賽事（如世界杯足球賽）盛況直播等等。在安防監(jiān)控領(lǐng)域，隨著4K概念的推出和普及，已經(jīng)有越來越多的項目中用到了4K產(chǎn)品，主要可以用在平安城市的全景監(jiān)控、超寬車道的監(jiān)控、公安GIS地圖的指揮調(diào)度中等等。

陳乾：國際電信聯(lián)盟對4K超高清的定義是：水平清晰度3840，垂直清晰度2160，寬高比16:9，總約830萬像素，分辨率是1080P的4倍，720P的9倍。從這個定義中就能看出4K最大的特點就是其800萬的像素組成的超高清畫面，四倍于1080P的分辨率，使得同一場景下4K會用四個像素點去描述1080P畫面中一個像素點描繪的信息，所以4K畫面自然更清晰、更貼近真實。

如下圖所示，1080P圖像中遠(yuǎn)處的車牌信息已經(jīng)模糊，而4K圖像中依然可以清晰分辨。

李正昀

程 瑋

4K的優(yōu)勢首先是如前文所述高清晰度使得畫面中的細(xì)節(jié)都能得到保留，清晰度高、畫面中獲得的信息量提升；其次由于4K畫面的信息量提升，基于更多的信息量，就能實現(xiàn)更準(zhǔn)確的智能分析，所以基于4K畫面的智能分析會更加準(zhǔn)確，而且也將有更多令人驚喜的智能應(yīng)用得以實現(xiàn)；最后由于4K技術(shù)所采用的Sensor靶面尺寸更大，其畫面覆蓋的范圍也整體提升，能實現(xiàn)全局與細(xì)節(jié)兼顧，所以在同一個場景中，采用4K技術(shù)能一定程度上降低布點密度，節(jié)省整體項目成本。

一年多來，4K技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用一直在不斷發(fā)展。2013年安博會上4K技術(shù)展露苗頭，但當(dāng)時只是僅限于前端采集部分——4K網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的展示；而在2014年北京安博會上，各大廠家都開始在4K這個賣點上大做文章，推出了諸如4K EPTZ、4K槍球聯(lián)動等多種應(yīng)用，同時4K NVR等配套產(chǎn)品也有推出，獲得了不少客戶的認(rèn)可；到了2015年，4K技術(shù)再次突破，幾大廠家的4K網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已經(jīng)支持1200萬分辨率，相較于傳統(tǒng)4K的800萬分辨率，覆蓋面積更廣、清晰度更高。如下圖所示，這是宇視HIC5681-L在變電站的制高點的應(yīng)用，從圖片中可以清楚的看到，1200萬相較于4K的覆蓋范圍提升了近50%，而且依然能保證畫面中遠(yuǎn)景部分細(xì)節(jié)的清晰還原。

焦成平：以4K超高清攝像機(jī)的應(yīng)用來說，應(yīng)用千萬像素級別的超高清攝像機(jī)，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，更好的滿足用戶的監(jiān)控需求。而且，4K畫面的豐富細(xì)節(jié)，經(jīng)過多級放大后，仍能得到高清的細(xì)節(jié)畫面。這就讓監(jiān)控者不用在同一個場景下，為了看清不同區(qū)域而架設(shè)多臺攝像機(jī)，比如在交通領(lǐng)域監(jiān)控多個車道車輛的情況下，一臺攝像機(jī)就能滿足多車道高清監(jiān)控需求，這樣就能極大的節(jié)約投資成本。近年來，不少廠家開始紛紛推出4K的IPC產(chǎn)品，包括各類槍機(jī)、魚眼攝像機(jī)、甚至支持變焦的球機(jī)等等，也正是看到4K這種技術(shù)良好的發(fā)展前景。

在安防領(lǐng)域目前有一些行業(yè)使用了4K的超高清攝像機(jī)，主要是使用在機(jī)場、火車站以及交通路口。這些地方使用4K，優(yōu)勢相當(dāng)明顯。以火車站為例，廣場前使用1支4K攝像機(jī)，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。在交通上，十字路口安裝一臺4K攝像機(jī)，能夠覆蓋到路口4個方向的車輛監(jiān)控，如果使用傳統(tǒng)的720P或1080P攝像機(jī)則需要安裝4臺。如果是抓拍車牌，200萬級的IPC能拍一根車道，4K則可以直接拍攝4條車道?！?/p>

安防領(lǐng)域推廣4K技術(shù)遇挑戰(zhàn)

雖然4K技術(shù)得到了很快的發(fā)展，但4K技術(shù)在實際項目應(yīng)用上一直不溫不火，4K技術(shù)的普及，需要克服一系列的障礙。

陳乾：其實要實現(xiàn)超高清視頻監(jiān)控從來不只是視頻監(jiān)控某個部件——比如采集的攝像機(jī)實現(xiàn)超高清就可以了，超高清視頻監(jiān)控是一整個監(jiān)控系統(tǒng)的超高清，涉及到采集、編碼、傳輸、存儲、解碼顯示各個方面，而目前的障礙主要在編碼和解碼顯示兩個方面。

首先在編碼傳輸端，4K圖像的碼流過高，導(dǎo)致傳輸、存儲的成本普遍提高。雖然目前H.265技術(shù)呼聲很高，但在與4K技術(shù)的結(jié)合上，一直沒有得到實際應(yīng)用。所以業(yè)界依然還在用H.264作為主流高清編碼技術(shù)，4K攝像機(jī)的碼流還處在8～10M左右。對于這么大的碼流，只提供“一路實況+ 一路存儲”，已經(jīng)讓部分監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)望而卻步了，更何況一旦發(fā)生突發(fā)事件，會有更多的客戶端同時訪問同一路圖像，普通的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)根本承受不住這種負(fù)擔(dān)，必須要對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級；而且目前大部分的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用流媒體技術(shù)，流媒體服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)性能也亟待提高，否則很容易成為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸。同時，更大的碼流勢必會帶來更大的存儲需求，而且對存儲設(shè)備的并發(fā)寫入/讀取性能也提出了更高的要求。簡而言之，由于在編碼技術(shù)上的限制，4K超高清攝像機(jī)的大規(guī)模使用勢必會帶來更高的網(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲成本。

其次在解碼顯示端，目前的高清解碼器普遍以1080P解碼輸出為主，4K解碼才剛起步不久。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圖像的解碼器還離我們非常遙遠(yuǎn)，而且現(xiàn)在的4K解碼器單路解碼成本普遍偏高。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。

程瑋：4K的推廣普及主要有兩大障礙，一是4K的超高清畫面帶寬和存儲成本太高，要想解決這個問題，首先，要從編碼效率這個造成成本高的源頭上來尋求解決方法，海康威視目前擁有了自主專利的編碼算法Smart 264，可以在原有的H.264設(shè)備上，使用在運(yùn)動目標(biāo)不多，例如像室內(nèi)茶水間、樓梯間等場景下，碼率可以降低4倍以上；在運(yùn)動目標(biāo)部分時間較多，比如不太繁忙的道路上，碼率可以降低2倍以上；而如果場景中不斷有目標(biāo)大幅運(yùn)動，像火車站等場景下，也會比原有的H.264效果要好。而未來，等到H.265的4K產(chǎn)品推出，這項Smart 264算法也可以兼容H.265的設(shè)備，進(jìn)一步的降低碼率，降低帶寬和存儲成本。其次，4K的配套產(chǎn)品普及。4K需要一個完整的產(chǎn)品及軟件鏈條才能真正應(yīng)用起來，包括4K的攝像機(jī)、4K的NVR、4K的解碼器/視頻綜合平臺、4K的大屏等，前端攝像機(jī)和大屏最先推出，而發(fā)展到現(xiàn)在，4K的配套產(chǎn)品也逐漸齊全。

湯杭峰

焦成平

焦成平：盡管許多廠家認(rèn)可4K的未來，也推出了相應(yīng)的產(chǎn)品，但一些主流廠商還是能保持一種清醒的認(rèn)識，在加大4K等高清技術(shù)創(chuàng)新的同時，都特別強(qiáng)調(diào)高清的實際推廣和市場需求相適應(yīng)的問題，像藍(lán)色星際總裁肖剛就表示：“現(xiàn)在從銀行到普通客戶，消費都非常理智，如何把高清H.265和4K落實到用戶能使用得起的、消費得起的高清，是廠家的一種責(zé)任。”這體現(xiàn)出中國安防企業(yè)日漸成熟。

在現(xiàn)實應(yīng)用中，4K的發(fā)展面臨以下幾個重要問題。

首先是技術(shù)和成本問題。目前4K的技術(shù)還不盡成熟，H.264壓縮技術(shù)不足以完成4K視頻的壓縮工作，我們只能寄希望于H.265技術(shù)的普及，但是H.265要求的計算設(shè)備更多，無形當(dāng)中增加了成本。另外，4K意味著更清晰，同樣意味著視頻文件更大，這對現(xiàn)在的寬帶需求太高，如果全面普及，那么就面對大面積網(wǎng)絡(luò)改造，成本是個問題。而且想要支持4K傳輸，HDMI的標(biāo)準(zhǔn)必須支持2.0規(guī)范，HDMI線纜的理論傳輸距離是10-15米，超過這個距離，就需要中繼設(shè)備的支持，這還會涉及到成本的問題。

其次是后端顯示設(shè)備的問題，許多廠商推出了超高清的攝像機(jī)，但并不生產(chǎn)后端顯示設(shè)備，而目前安防行業(yè)視頻播放設(shè)備一般都是液晶監(jiān)視器，超高清的監(jiān)控設(shè)備太少，不足以支持全面的4K應(yīng)用。

李正昀：從廠商角度看，他們都想要率先推出4K攝像機(jī)，但是能夠提供整套4K系統(tǒng)的廠商則少之又少。如果購買4K攝像機(jī)，就必須要購買與之相匹配的4K的NVR和4K的監(jiān)視器。所以如果廠商推出4K產(chǎn)品，乃至H.265產(chǎn)品時，必須要考慮到兼容性和系列化的問題，需要能夠提供一套完整的解決方案。而且某些廠商為了率先推廣4K攝像機(jī)，選擇抄近路的方法，不等H.265技術(shù)推出，在H.264上就推出了4K產(chǎn)品，導(dǎo)致攝像機(jī)的碼流非常高，根本沒有實際效用，這種做法應(yīng)該說是不負(fù)責(zé)任的。除此之外，還應(yīng)考慮到存儲和帶寬因素。幸運(yùn)的是，隨著40G以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，也就是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率能達(dá)到每秒40G。但是即便如此，4K文件的壓縮技術(shù)也是至關(guān)重要，保證文件快速和穩(wěn)定地進(jìn)行傳輸。這也是為什么說4K技術(shù)和H.265技術(shù)是密不可分的，只有在成熟的H.265編碼基礎(chǔ)上推出的4K產(chǎn)品才是真正可以實際應(yīng)用的4k產(chǎn)品。

不久的將來，4K肯定會成為視頻監(jiān)控產(chǎn)品分辨率的新標(biāo)準(zhǔn)。不過，在此之前必然有許多困難需要廠商客服，例如，視頻碼流高，難以捕捉快速移動目標(biāo)，低照環(huán)境下表現(xiàn)糟糕等等。其中低照的問題主要是因為過小的傳感器和像素過于集中的畫面之間的矛盾，導(dǎo)致進(jìn)光量過少。目前大多數(shù)4K產(chǎn)品使用的傳感器質(zhì)量較差，鏡頭光圈較慢，并且沒有提供紅外燈補(bǔ)光。一旦4K能夠解決上述問題，更好地應(yīng)用于各種不同的場景，它將對安防行業(yè)帶來巨大改變。不過，即便H.265技術(shù)日趨成熟，4K技術(shù)想要大規(guī)模地應(yīng)用也至少需要一年以上。毫無疑問，H.265技術(shù)將會是超高清攝像機(jī)的最好選擇。憑借出色的壓縮技術(shù)，H.265將會減少50%的碼率，這也會是超高分辨率監(jiān)控方案的最為重要的部分。

湯杭峰：目前4K技術(shù)的普及面臨的最大問題，是其超高清分辨率帶來的超大帶寬占用和超高存儲成本?，F(xiàn)有的編碼算法H.264至今已沿用十多年，4K分辨率需要8-16M的超大碼率才能保證圖像質(zhì)量，這對于帶寬或存儲都是很大的壓力。在這樣的背景下，需要有比H.264更高效的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)才能推動視頻高清化發(fā)展。最新的H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)了H.264編碼框架，同時采用了大量全新的編碼壓縮技術(shù)。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，換句話說，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空間則為H.264的一半左右。由此可以看出，H.265編碼技術(shù)必然會成為4K，未來8K甚至更高分辨率的最佳選擇。

4K將成安防主流技術(shù)

4K仍是高清化浪潮的延續(xù)，但是4K帶來的卻不只是分辨率的增加。要真正實現(xiàn)4K的超高清監(jiān)控，需要集成一系列視音頻編解碼、圖像處理、智能分析等技術(shù)來支撐。

程瑋：人們對高清的追求是永無止境的，4K是順應(yīng)時代需求的必然產(chǎn)物。這也從另一方面推動了整個監(jiān)控行業(yè)技術(shù)的快速變革。目前4K產(chǎn)品在安防中處于高端地位，隨著HEVC芯片的推出和普及，以及整個4K產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，有理由相信，在未來的幾年內(nèi)，4K產(chǎn)品帶來的細(xì)致入微的超清晰監(jiān)控效果，將會引領(lǐng)視頻監(jiān)控市場進(jìn)一步步入高清、超高清時代。

陳乾：4K技術(shù)普及的主要障礙就是應(yīng)用成本過高，導(dǎo)致用戶的需求并沒那么強(qiáng)烈，不過隨著技術(shù)更迭，更高清產(chǎn)品的投入使用是大勢所趨，技術(shù)及配套設(shè)施將進(jìn)一步提高，4K技術(shù)的性價比達(dá)到一個合適的度，4K必將以更成熟的姿態(tài)得到普及應(yīng)用，成為安防主流技術(shù)，展示超高清帶來的更多價值。

湯杭峰：隨著市場高清化發(fā)展以及H.265技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，未來兩年H.265編碼的4K產(chǎn)品將會在市場得到廣泛應(yīng)用，特別是類似平安城市、智能交通等公安行業(yè)用戶。比如4K技術(shù)視頻應(yīng)用結(jié)合圖偵系統(tǒng)做更高精度的數(shù)據(jù)挖掘，提升了視頻的監(jiān)控效果，使畫面的細(xì)節(jié)更加突出。圖偵系統(tǒng)中常用特征檢索、圖像濃縮等功能在4K技術(shù)的加入后它的準(zhǔn)確性、易用性會得到更大的提升。這也將推動整個安防監(jiān)控行業(yè)技術(shù)變革，加快智慧城市建設(shè)步伐。

焦成平：從高清產(chǎn)品各個模塊來講，這是一個產(chǎn)業(yè)鏈條，從鏡頭到傳感設(shè)備，到編碼，結(jié)合4K，包括后端顯示設(shè)備，只有產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)4K應(yīng)用，并且能夠進(jìn)入一個價格相對合理的區(qū)間，4K才具有真正的應(yīng)用空間。而在國內(nèi)，最有機(jī)會突破4K瓶頸的無疑是那些擁有完善產(chǎn)品鏈條、具有整體解決方案能力的廠商。以藍(lán)色星際為例，藍(lán)色星際具有前后端、高中低、IPC、NVR、DVR全面囊括的產(chǎn)品布局，而且又是業(yè)界公認(rèn)的安防整體解決方案供應(yīng)商。近年來，藍(lán)色星際在研發(fā)相關(guān)高清技術(shù)的同時，還結(jié)合不同行業(yè)需求，致力于整體高清解決方案和4K技術(shù)兼容性的開發(fā)。我們有理由相信，在未來的幾年內(nèi)，隨著藍(lán)色星際這樣廠商不斷努力以及整個4K產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，中國安防業(yè)將會逐步進(jìn)入真正的高清和超高清的時代。

李正昀：從國際通信聯(lián)盟（ITU）設(shè)立UHD電視標(biāo)準(zhǔn)以來，4K已經(jīng)走過了很長的道路。隨著廠商不斷改善和升級系統(tǒng)，4K技術(shù)將會提供給用戶更清晰的分辨率，更流暢碼流的產(chǎn)品?？梢哉f4K不僅將會是未來監(jiān)控產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，而且開辟了新的方式，尤其在事后分析和數(shù)據(jù)收集方面。