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4K吹响超高清号角
2014-11-9发布
高清化已是安防行业发展毫无争议的趋势。然而,4K技术给安防行业带来机遇的同时,面临的挑战同样不容忽视。当前,4K技术的发展应用情况如何?相关的产品解决方案是否已成熟应用?4K技术带来什么机遇又面临哪些挑战?能带来哪些商机?安防市场能否形成新的增长点?4K能否将安防高清化进行到底?

  2010年,随着高清网络摄像机对传统模拟摄像机的灭顶式覆盖,当年也被业界称为高清元年。4年之后,当年倍受青睐的高清已经成为常态化的需求,而用户对清晰度的追求则是永无止境,4K乃至8K超高清成为新宠。除了前端百万像素超高清摄像机,H.265、4K显示器、4K NVR等技术和产品问世并日趋成熟,预示着4K超高清并非一个噱头,而是将给安防行业带来新一轮的变革。

  改变从画质开始

  4K技术首先发展于电视领域。2012年5月,国际电信联盟发布了BT.2020“超高清电视UHDTV”(Ultra DTV)标准的建议,将屏幕的物理分辨率达到3840×2160(4K×2K)及以上的电视称之为超高清电视,因此4K又称为2160p。此外,BT.2020标准也将8K(7680×4320)纳入超高清标准。BT.2020标准定义的超高清系统除了在分辨率、刷新率、色彩深度上进行了提高,还在色彩空间、伽玛校正等方面进行了全方位的调整,特别是色域三角形方面的扩展,使得画面的色彩表现远胜于高清系统。

  不论是家电行业还是安防领域,对于4K的定义始终是一致的。常见的4K像素数为800万,分辨率为3840*2160(QFHD)和4096*2160(UHD), 是传统全高清1080P的4倍,是高清720P的8-9倍左右。杭州海康威视数字技术股份有限公司技术支持工程师程玮指出,4K最大的优势是在于其超高清的分辨率,相当于8个720p、4个1080p,也就是说,把一副4K的视频截图放大4倍后仍然是一个1080p的全高清画面。

  4K技术给安防行业带来的,不仅仅只是画面清晰度和用户体验的提升,它还代表着未来安防的发展方向,随着4K整套监控系统逐渐完善,超高清视频监控的业务模式也将发生改变。博世安防系统视频监控产品市场经理高岩认为,4K技术提供了更高的图像分辨率和更细腻的画面细节,可以监控更广阔的区域。同时,对视频查看、检索、分析应用提供了更丰富、更有价值的图像素材,让可视化管理更高效、联动响应更及时、安全系统更有保障。

  4K给安防行业带来的预期价值不言而喻,但深圳中兴力维技术有限公司算法工程师也指出,从技术上讲,当前4K技术在安防领域的发展应用仍不够成熟,相关产品和技术仍处于起步阶段。浙江宇视科技有限公司IPC高级产品经理陈乾也认为,4K在安防领域实际落地的项目不多,相较于成熟的720P、1080P高清技术,虽有优势但也有不容忽视的劣势。

  4K产品从无到有走向成熟

  4K是一个系统工程,从前端采集设别到网络传输再到后端解码、存储以及显示,都需要配套的4K产品,每一个环节必须满足4K的要求,才能更好地展示4K的超高清效果。4K推动了安防行业向高清乃至超高清的阶段发展,并带动了从前端图像采集、视频编解码压缩、后端存储与显示等环节的新产品和解决方案的面世,相关的产品和解决方案日益丰富,成为安防业界新的增长点。

  在前端图像采集方面,要实现4K的超高清体验和应用,这对前端监控摄像机提出了更高要求,普通的百万像素高清摄像机无法采集更好的视频画面,800万乃至1200万像素的摄像机开始被采用。而截至目前,海康威视、大华、宇视、英飞拓等安防厂商均已推出800万乃至更高像素的监控摄像机。同时,随着芯片技术的发展,能够匹配4K甚至8K的超高清摄像机也将日益丰富。

  在超高清视频存储方面,超高清带来的超大数据量,让传统的DVR已经难堪重任,而当前面向普通高清的NVR也难以实现4K超高清视频监控的需求,为此,针对4K超高清的NVR也已推出市场。今年8月,苏州科达就率先发布了业界首款4K高清NVR,该款NVR产品还在录像智能应用、高清实时回放、全景拼接以及存储安全等方面取得了令人瞩目的表现。预计未来将有更多厂商推出相关的存储产品和解决方案。 在4K显示方面,目前大部分电视机厂商都推出了自己的4K超高清电视,而在安防行业,通过大屏拼接等方式,已经可以实现4K超高清的显示效果,而针对安防4K应用的大屏甚至超级大屏显示已将随着4K安防的发展而快速普及应用。除此之外,H.265技术逐渐成熟,4K解码设备的研发应用以及4G网络传输实现商用,这都为4K安防产品线的发展应用提供了大力支撑。

  虽然4K监控产品线目前仍处于起步阶段,但随着技术的发展应用,必将带动安防行业其他 4K相关设备和产品的发展,未来4K超高清视频监控或将像全高清视频监控取代普通高清一样, 取代全高清。

  应用日渐丰富开启极清极智安防

  近年来,网络化、高清化、智能化已是安防行业的必然趋势,而4K、8K等超高清只是安防高清化、智能化进程中的一个阶段。随着4K超高清技术的发展应用,4K在安防领域的应用将更加普及,并带来更丰富、更有价值的应用。

  目前,4K产品已在医疗影像、安全监控、军用等领域及图形处理等有所应用,并已开始在机场、火车站、港口码头等人流密集以及边防海防等处得到部署。在安防监控领域,4K可应用于平安城市的全景监控、超宽车道的监控、公安GIS地图的指挥调度中等等。例如在智能交通领域,一台4K摄像机的监控范围和清晰度,就相当于4台1080P摄像机的效果,因为4K最大的优势,就在于图像放大4倍后仍能得到1080p的全高清画面,同时还能节省点位数量从而降低整体成本,并为更多智能分析应用提供了支撑。

  随着4K配套监控系统逐渐完善,未来4K或将改变视频监控的业务模式。海康威视程玮认为,4K代表的高清,应该是更聪明、更智能、更智慧的高清,带来极清极智的未来安防。

  “聪明”的高清基于“产品”,包括透雾、“星光级”低照度、ROI感兴趣区域编码、H.265以及Smart功能集等一系列ISP图像处理、视音频编解码技术,能有效提升产品的图像质量,降低高清数据的网络带宽占用和存储成本,以及实现更便捷、更易用的操作管理和运维工作。

  “智能”的高清基于“应用”,涵盖图像增强、图像复原、浓缩播放、人脸比对、人体属性分析、三维立体识别、车脸检索、热度图等智能分析算法及软件,与各大行业的业务管理系统深入融合,例如可以帮助公安机关提取重要线索、进行图像修复处理、提升录像检索效率,商家了解最受欢迎的商品类型以及将商品摆放在哪些位置可以增加选购的概率,从而提升销售额,帮助监狱、金库等实现小场景下的三维化监控等。

  “智慧”的高清基于“系统”,集成大数据、云计算、云存储等海量数据处理技术,多台设备同时工作,并发的响应,保证对海量数据的秒级响应,对海量的大数据进行大容量存储管理、快速检索、统计和分析,对海量的高清视频数据进行高效、稳定的存储管理,提升整体系统的价值。

  “4K的发展以及在安防中的应用也必将推动整个安防视频监控行业往高清化方向普及,同时也能促进配套产业的升级,为安防高清厂商带来新的经济增长点。”四川艾普视达数码科技有限公司产品市场部主管范清华指出。 克服障碍方能一马平川

  尽管4K超高清能够给安防行业带来更清晰的画面和更好的用户体验,但相对于1080P高清,4K对图像采集、编解码、传输、显示、存储和处理等环节都提出了更高的要求,同时,4K产品及解决方案的采购使用成本又将极大地决定了其普及应用程度。

  1、更高解像力的镜头:作为4K×2K的IPC产品配套镜头至少需要达到800万以上解像力,才能充分发挥出4K摄像机的效果,目前真正达到800万以上解像力的镜头很少且成本高,适合安防应用的支持变焦机芯镜头更是凤毛麟角。

  2、更高的网络传输带宽和更大的存储容量:在安防应用中,一般传输1080P高清H.264码流,需要4Mbps左右的带宽;在H.264编码下,4K分辨率目前至少也需要12Mbps甚至更高的带宽才能达到较好的图像效果。同时,西部数据(WD)亚太区企业级存储业务市场营销总监罗昌平指出,4K时代来临将促使高清存储需求倍增,端针对4K高清监控的应用需求,在存储设备的兼容性、可靠性和安全性方面,就要求更大容量、更高负载以及更高效能的存储系统。

  3、更高性能的编码芯片:要想缓解4K分辨率造成的高带宽和大存储容量的压力,就需要对目前的H.264编码性能进行深度优化,或者依赖于新的HEVC编码标准的普及。目前,有不少厂家开始针对安防行业的特殊应用场景对H.264编码器进行优化,使之也可以在4K分辨率下保持较低的码率。

  4、更强的后端解码和显示能力:对于后端解码显示设备,处理4K分辨率视频需要更多的计算处理能力。目前采用Nvidia的Kepler架构、AMD的GCN架构或者更新架构的独立显卡都能支持输出4K分辨率的解码显示,集显平台方面则要用到Intel的Haswell架构处理器或者是AMD的Kaveri APU。

  5、更大分辨率的显示设备:显示设备必须至少具有4K物理像素,才能无损的呈现4K图像的效果。在拼接显示方面,由于DLP和PDP两种拼接技术实现不了经济可靠的4K产品,4K拼接短期内较难普及,虽然4K液晶拼接是现在的一个热点,但是对于在大型拼接墙中单一的单元分辨率提升的价值,业界看法并不一致;

  6、更强的视频处理能力:对于4K分辨率的监控图像,画面中的物体像素数更多,细节呈现更充分,但同时也需要更大计算能力处理这些更丰富的细节,这对于安防应用中对图像的处理如图像增强、去雾等,以及对视频的智能分析如视频浓缩、数据检索、人脸识别等都将提出更高的要求;

  7、更低廉的成本和更亲民的价格:目前,1080P、720P的高清摄像机所提供的图像已能满足人们日常监控的需求,由于成本的制约,4K更多的是作为一种锦上添花般的存在。随着4K相关技术的发展成熟,其使用成本必将大幅降低,这也为4K超高清视频监控的普及应用带来转机。

  结语

  4K的普及取决于技术的发展能否很好的解决4K的超高清视频带来相关挑战,但一旦克服这些障碍,4K将势不可挡。

  中国传媒大学信息工程学院教授杨磊认为,从某种意义上讲,目前4K仍是一种技术储备,预计今年的安博会将有更多、更成熟的4K产品面世。作为安防企业来讲,对新技术包括4K都应该保持高度关注,并紧跟技术发展的潮流和趋势,如果企业缺乏创新,产品没有技术含量而单纯拼价格的话,企业必然会被淘汰。因此,安防厂商应当关注技术、找出自身的竞争优势、选择合适的市场发展策略。

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