4K 監(jiān)控改變視界的力量

□ 文/本刊記者 羅超

曾幾何時(shí)，智能高清并行發(fā)展，驅(qū)動安防行業(yè)技術(shù)的大步向前，而時(shí)至今日，AI成了安防最主流技術(shù)，而4K為代表的超清技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如何？

曾幾何時(shí)，智能高清并行發(fā)展，驅(qū)動安防行業(yè)技術(shù)的大步向前，而時(shí)至今日，AI成了安防最主流技術(shù)，而4K為代表的超清技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀如何？是本文亟待闡述的話題。

4K監(jiān)控的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇

智能接軌AI后，因政策指引產(chǎn)業(yè)機(jī)遇迎來春天。而4K在2019也迎來的政策紅利年。今年3月1日，工信部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺印發(fā)《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃（2019-2022年）》。此次計(jì)劃書中明確指出，超高清視頻是繼視頻數(shù)字化、高清化之后的新一輪重大技術(shù)革新，將帶動視頻采集、制作、傳輸、呈現(xiàn)、應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)生深刻變革。加快發(fā)展超高清視頻產(chǎn)業(yè)，對滿足人民日益增長的美好生活需要、驅(qū)動以視頻為核心的行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型、促進(jìn)我國信息產(chǎn)業(yè)和文化產(chǎn)業(yè)整體實(shí)力提升具有重大意義。為推動產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)向中高端邁進(jìn)，加快建設(shè)超高清視頻產(chǎn)業(yè)集群，建立完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。其中涉足該計(jì)劃書的有六大行業(yè)，視頻監(jiān)控、智能交通都在此列。在此次計(jì)劃書中明確指出，在該領(lǐng)域需要加快推進(jìn)超高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)等的研發(fā)量產(chǎn)。推進(jìn)安防監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造，支持發(fā)展基于超高清視頻的人臉識別、行為識別、目標(biāo)分類等人工智能算法，提升監(jiān)控范圍、識別效率及準(zhǔn)確率，打造一批智能超高清安防監(jiān)控應(yīng)用試點(diǎn)。

廣東是安防行業(yè)發(fā)源地之一，所以也是最早一批受此紅利的省份。廣州市人民政府辦公廳近日印發(fā)《廣州市加快超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的行動計(jì)劃（2019-2020年）》，提出到2020年，超高清視頻產(chǎn)業(yè)總規(guī)模超過3000億元、工業(yè)產(chǎn)值超過2500億元、投資總額超過1500億元，力爭建成“一都、一區(qū)、一基地”，即“世界顯示之都”、國家超高清視頻應(yīng)用示范區(qū)、國家超高清視頻產(chǎn)業(yè)內(nèi)容制作基地，以促進(jìn)醫(yī)療健康、影視娛樂、安防監(jiān)控、工業(yè)可視化、機(jī)器人巡檢、智能交通等超高清新業(yè)務(wù)新應(yīng)用蓬勃發(fā)展。比鄰廣州的惠州也是示范城市之一，由于其主要是以4K廣電為建設(shè)目標(biāo)，在此不在多述。

視頻監(jiān)控真的需要4K嗎？

在此政策沒出臺之前，安防行業(yè)真的需要4K嗎？還真是一個(gè)帶有疑問的命題，但此次《計(jì)劃》出臺，無疑給了安防行業(yè)一針強(qiáng)心劑。那么我們來看看4K在視頻監(jiān)控行業(yè)所帶來的價(jià)值體現(xiàn)。

其一，更高清晰度的鏡頭應(yīng)用。4K技術(shù)需要支持更高清的鏡頭，配置超高清成像的鏡頭順理成章是流行趨勢，這樣也能充分發(fā)揮出4K技術(shù)的優(yōu)勢。騰龍的4K監(jiān)控鏡頭最能代表當(dāng)下的鏡頭前沿技術(shù)，他們產(chǎn)品對應(yīng)的傳感器靶面最大為1/1.8"，這也是目前4K監(jiān)控?cái)z像機(jī)最為常見的大靶面尺寸。同時(shí)，他們的鏡頭可滿足搭載1/1.8"，并向下兼容1/2"、1/3"靶面?zhèn)鞲衅鞯臄z像機(jī)的使用，也意味著4K之下分辨率的攝像機(jī)，都可搭配此鏡頭。此外，騰龍4K監(jiān)控鏡頭采用了非球面鏡片及LD（低色散）鏡片技術(shù)，能有效抑制色差，以拍攝出色彩飽滿、圖像銳利的圖像。從結(jié)構(gòu)看，騰龍的4K監(jiān)控鏡頭共有3組鏡片，最前端為固定安裝，在陽光下，從其折射的紫光來看，鏡頭鍍膜層數(shù)、厚度、均勻度都到位，能有效杜絕鬼影現(xiàn)象出現(xiàn)，第二組鏡片在鏡筒內(nèi)自由伸縮，從外往內(nèi)看，在一片清澈的透視中給人以強(qiáng)烈的深邃感。而第三組鏡片為由聚焦環(huán)控制的鏡片組，用于將光影像投射到傳感器上。

值得一提的是，現(xiàn)在有些4K大場景監(jiān)控是通過多目鏡頭拼接完成，比如：去年新銳產(chǎn)品大華四目全景網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)由4個(gè)鏡頭為1/2.8"200萬超低照度CMOS圖像傳感器、3mm定焦特制鏡頭組合，分別拍攝四個(gè)角度，通過大華智能算法，自動識別四組畫面之間的重疊部分，并自動矯正及拼接，輸出4096×1800的4K全景畫面，從而做到水平180°、垂直87°的大視野呈現(xiàn)，且拼接畫面平整無畸變，視頻效果更直觀，超高清監(jiān)控一目了然。像這種多目鏡頭拼接在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用也較為常見，對單個(gè)4K監(jiān)控鏡頭其實(shí)也帶來不小的市場挑戰(zhàn)。

其二，4K具有更高性能的編碼芯片。隨著H.265等最新編碼的應(yīng)用與普及，有不少廠家開始針對安防行業(yè)的特殊應(yīng)用場景對H.264編碼器進(jìn)行優(yōu)化，使之也可以在4K分辨率下保持較低的碼率。比如在2016年索尼北京安防展會記者就有所接觸，采訪中得知索尼對H.264編碼性能進(jìn)行深度優(yōu)化，可以在4K分辨率下保持每秒6M碼流。與此同時(shí)，索尼利用ROI降低帶寬，他們獨(dú)有的智能編碼和智能剪裁兩大絕技。智能編碼有助于減小比特率、降低存儲/網(wǎng)絡(luò)帶寬和一張圖像中的不同壓縮率，而智能剪裁的高效監(jiān)控能減少數(shù)據(jù)存儲，降低更多的存儲/網(wǎng)絡(luò)帶寬，能讓用戶縱觀全局，形成焦點(diǎn)感興趣區(qū)域。有了這些技術(shù)，索尼的4K監(jiān)控?cái)z像機(jī)能游刃有余的在H.264編碼基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)4K監(jiān)控。

當(dāng)然，行業(yè)現(xiàn)在主流的肯定是H.265編碼算法，甚至有行業(yè)有觀點(diǎn)認(rèn)為H.265就是為4K而生。H.265確實(shí)解決了超高清產(chǎn)品的存儲和帶寬的成本問題，但要想真正將4K應(yīng)用起來，各廠家就必須要給用戶提供一站式的超高清&H.265產(chǎn)品解決方案。即從最前端的支持H.265編碼的4K攝像機(jī)，到可以存儲H.265編碼的NVR/CVR，能夠解碼H.265的解碼器/視頻綜合平臺，以及能夠接入H.265視頻流的中心平臺軟件。只有這樣，4K和H.265才能真正結(jié)合，真正得到項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用。

其三，智能存儲開始應(yīng)用。為確保攝像機(jī)的4K（3840 x 2160）的畫質(zhì)，最低碼流8M/s，一分鐘480M；帶寬允許下可以用16M/s，一分鐘960M。如此來看，4K帶來了存儲的問題。通過智能存儲的應(yīng)用，解決4K占用超大存儲空間的問題。除了提高壓縮比，應(yīng)用智能存儲方法也是一種有效解決4K占用超大存儲空間的方法。智能存儲是指變碼流存儲，即在指定目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)高碼流，無指定目標(biāo)時(shí)低碼流的存儲方式，這樣可以有效達(dá)到節(jié)省存儲空間的目的。但是同樣是由于技術(shù)原因，這樣的存儲方式還沒有得到完全普及，之后關(guān)于智能存儲技術(shù)會在4K存儲介紹中涉及。

其四、后端解碼和顯示能力大幅提升。對于后端解碼顯示設(shè)備，處理4K分辨率視頻需要更多的計(jì)算處理能力。這是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，是4K后端顯示能否普及的關(guān)鍵之一，另外一點(diǎn)是如何壓縮成本，推出親民價(jià)格。值得一提的是，4K顯示器主要還是以LCD為主，LED的4K產(chǎn)品目前研發(fā)難度和成本都巨大，以LED小間距為例，目前實(shí)際應(yīng)用最小的P0.8間距來看，其每平方米有1562500個(gè)像素點(diǎn)，與4K分辨率下的3840×2160的像素點(diǎn)數(shù)量相比差異仍然較大。而從液晶拼接看，目前上游廠商三星面板在2018年11月份已正式量產(chǎn)65寸4K的3.5mm拼縫的產(chǎn)品，意味著液晶拼接正式邁入真4k時(shí)代，雖然液晶拼接仍面臨著拼縫問題，但是從產(chǎn)品4K化已領(lǐng)先于LED小間距和DLP拼接。

4K監(jiān)控有哪些前沿性應(yīng)用

不難看出，視頻監(jiān)控真的需要4K，其雖不如AI那般引發(fā)行業(yè)變革，但也能潤物細(xì)無聲般改變安防，以下從市場應(yīng)用來分析4K在安防行業(yè)目前的前沿應(yīng)用。

4K為態(tài)勢監(jiān)控詮釋全景+實(shí)景的視頻地圖

4K監(jiān)控最明顯的技術(shù)優(yōu)勢在于它以高分辨率來提升畫面精細(xì)度。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；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。畫面精細(xì)度的提升，使畫面能夠呈現(xiàn)更多細(xì)節(jié)，且圖像放大后仍能清晰呈現(xiàn)。與此同時(shí)，4K攝像機(jī)擁有更大的視場角，能夠解決大場景的監(jiān)控問題，更好的縱覽全局。而這兩點(diǎn)恰好是最近幾年流行的態(tài)勢監(jiān)控的需求點(diǎn)，既有全局的大場景監(jiān)控，同時(shí)兼顧局部細(xì)節(jié)。

2018年下半年，全球攝像機(jī)前沿技術(shù)的代表企業(yè)之一松下推出了全球首款四目的4K監(jiān)控?cái)z像頭，能實(shí)現(xiàn)33MP圖像分辨率。該企業(yè)雖然在最近幾年中國市場消沉，但松下是全球推出首款寬動態(tài)和智能分析攝像機(jī)的企業(yè)，研發(fā)實(shí)力可見一斑。此次他們問世的產(chǎn)品有四個(gè)定位的鏡頭，每個(gè)鏡頭都配有4K圖像傳感器，可支持抓拍快速移動車輛的清晰圖像，支持30fps全高清以及15fps 4K（3840x2160）視頻圖像，并配備IA（智能自動）及Clearsight技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)在極端環(huán)境下，捕獲最清晰的圖像，例如滿足城市監(jiān)控與交通應(yīng)用中新需求。與國內(nèi)大部份相機(jī)相似的是，該攝像機(jī)支持H.265優(yōu)化及智能編碼、自學(xué)習(xí)ROI（感興趣）技術(shù)，可以在最大限度上降低網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，并實(shí)現(xiàn)圖像性能；與國內(nèi)攝像機(jī)大廠不同的是，國內(nèi)四目4K攝像機(jī)是通過4個(gè)兩百萬鏡頭拼接組成800萬像素，而松下該機(jī)是每個(gè)鏡頭均能實(shí)現(xiàn)4K效果。該機(jī)的態(tài)勢監(jiān)控可以安裝在市區(qū)的各座高樓上，平均高度在百米左右，可以放大28倍，每個(gè)監(jiān)控可以覆蓋3至4公里的道路范圍，路上車牌能看得清清楚楚。例如，北京市區(qū)世貿(mào)大廈上的的應(yīng)用的該機(jī)可以直接看到學(xué)院路和七都大道交叉口。值得一提的是，松下該機(jī)拍攝到的畫面具備延展性的功能。在監(jiān)控畫面中，可添加范圍內(nèi)的高清高位監(jiān)控，如果需對畫面里某個(gè)特定路段進(jìn)行詳細(xì)巡控，可直接點(diǎn)擊某個(gè)高清高位監(jiān)控的圖標(biāo)。因此，4K為態(tài)勢監(jiān)控詮釋全景+實(shí)景的視頻地圖。

5G為超高清視頻監(jiān)控帶來廣闊市場

視頻監(jiān)控是緊貼IT和廣電技術(shù)，2019年是5G應(yīng)用元年，其實(shí)已經(jīng)有搭載5G的手機(jī)和實(shí)現(xiàn)4K超高清電視5G網(wǎng)絡(luò)傳輸測試。當(dāng)然，5G真正商用還在2020年，但我們可以預(yù)測5G出現(xiàn)對安防行業(yè)4K技術(shù)帶來哪些提升？

其一，智能和高清是一個(gè)組合詞，AI在大肆賦能，也必然要求最初的視頻源有極高的清晰度，以免在智能分析和輔助決策時(shí)出現(xiàn)紕漏。同時(shí)，一直以來，視頻監(jiān)控的成熟應(yīng)用離不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸往往會受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響。超高清視頻所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對信息傳輸速度提出來更高的要求，而伴隨著5G技術(shù)的不斷成熟，5G對于4K乃至是8K視頻的良好承載力將為視頻監(jiān)控帶來一個(gè)更為廣闊的市場，助力視頻監(jiān)控進(jìn)一步從看得清邁向看得懂，讓視頻監(jiān)控高清與智能兩翼齊飛。

其二，5G網(wǎng)絡(luò)正式商用后，監(jiān)控設(shè)備將進(jìn)一步走進(jìn)8K分辨率時(shí)代，這意味著清晰度更高的畫面與更豐富的視頻細(xì)節(jié)，這使得視頻監(jiān)控分析價(jià)值更高，市場機(jī)會更多。而從視頻數(shù)據(jù)傳輸方面來看，5G技術(shù)可以提升超高清監(jiān)控視頻資源的傳輸速度以及后端智能數(shù)據(jù)處理能力，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和多級轉(zhuǎn)發(fā)帶來的延遲損耗，視頻監(jiān)控將不再局限于固定網(wǎng)絡(luò)。

其三，5G的落地也將加速4K監(jiān)控更多向商用、民用端的全面滲透，例如智慧城市項(xiàng)目。智慧城市作為5G技術(shù)與智慧安防結(jié)合的典型應(yīng)用場景，將得到極大發(fā)展。屆時(shí)，數(shù)據(jù)采集、分析速度達(dá)到微秒級別，從而打破困擾智慧城市項(xiàng)目的“信息孤島”現(xiàn)象，使得萬物互聯(lián)得以真正實(shí)現(xiàn)；在民用部分，估計(jì)搭載4K技術(shù)的搖頭機(jī)將問世，一改目前手機(jī)觀看實(shí)時(shí)視頻時(shí)，依然不夠清晰的局面。

結(jié)束語

由此可見，盡管視頻監(jiān)控在對接大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI等，但視頻監(jiān)控源于圖像，因此追求高清視界是永無止境的目標(biāo)，具有改變視界的力量。在當(dāng)下，從技術(shù)前沿方面看，之于視頻監(jiān)控，AI，我所欲也；4K，亦我所欲也。