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宙视达科技有限公司

浅析4K高清监控应用的阻力

        随着安防技术的发展和网络传输条件大幅度升级,人们对监控图像清晰度的需求越来越高,更高的分辨率总是会夺人眼球,让人欲罢不能。从2010年高清网络摄像机开始挑战传统模拟摄像机到如今高清成为许多用户的基本需求,用户对于清晰度的追求是芝麻开花节节高。现如今200万像素摄像机已是家常便饭,而具备300万或500万像素的摄像机也不断出现,变得常见起来,而更高像素的4k(约830万像素)也并不少见了。”日常中,我们看到的4K高清影院,各大家电卖场的4K超高清电视,包括今年巴西世界杯杯赛场内的大屏幕也采用了4K的显示技术。 
     4K的定义是什么呢 
     常见的4K画面下总的像素数量达到8294400个像素点,也就是像素数为800万,清晰度为3840*2160(QFHD)和4096*2160(UHD),是传统全高清
1080P的4倍,是准高清720P的8-9倍左右。4K技术的应用除了涉足传统家电市场外,在安防监控领域也开始慢慢崭露头角。业内资深人士宙视达王总曾说在规格上,不论是家电行业还是安防领域,对于4K的定义是一致的。
        高分辨率,大范围监控 
    4K技术如此之高的清晰度,对于实际的安防应用究竟能够带来多大的帮助呢?其最明显的优势是显示分辨率的提升,使得监控画面更加精细。监控中影响画面精细度的关键因素有二:一是画面像素数,二是画面的垂直分辨率。画面的像素数越多,在相同尺寸的画面上表现得就越精细,晶格就越小。因为人眼对于影像的垂直分辨率相当敏感,越高的垂直分辨率,人眼就能辨识越多的细节与层次。4K技术在监控领域里应用效果是提高像素数同时,又增强了画面的垂直分辨率,使得画面的细节和层次更加精准,同时配合监控广角专用镜头,能够实现更大的监控范围覆盖。”  
虽然4K给我们带来视觉冲击很大,但在安防行业要大幅度的的普及还需有较长的一段磨合时间:
       1、4K超高清的分辨率必然带来了更高的码流带宽。
目前200万像素高清
摄像机的码流普遍在4-6Mbps的情况下,4K超高清网络摄像机的码流预计应该在10-15Mbps左右,那么要想应对更高的码流带宽,势必就要提高网络中无论是接入层交换机还是核心交换机所需的交换和处理能力。比如说宙视达的全千兆高清视频交换机,它解决了监控行业里的交换机低端的达不到,高端的虽然部分指标超过了、但整体并不符合需求的矛盾。增加了环路检测,300米传输距离,拓朴结构图,多线聚合链接,指定端口固定分配IP,及通断报警等监控行业的功能。并与公司的触控平台数字矩阵等产品进行无缝的融合,成为一套专业的整体解决方案
     2、在码流传输方面,
        在保证4K图像质量的情况下降低码流的带宽,或者说在某些传输的环节或链路上降低码流带宽了?对于前者的应对方式,H.265是目前公认的未来4K编码技术,支持该编码意味着可以更流畅的编码/
解码4K视频,但H.265编码技术当前还比较新颖,市场化程度比较低,相关的软硬件的成本都相对较高昂,而且还需要投入大量的研发和人力进行开发和测试;对于后者的解决方式,也就是说将传输链路环节进行改善,因为摄像机的码流一般来说要么是先发送到流媒体服务器存储服务器,然后再发送到解码器或客户端,或者是直接发送到解码器或客户端。那么有没有可能在码流从服务器发送到解码器或客户端,或者从摄像机解码器或客户端这段链路上降低下码流但不损失画质?因为从摄像机服务器这一链路上的码流必须要得到保证,因为这一链路的码流将涉及到码流的录像,而我们总是希望录像的画质是最好的,以利于后期的视频调查。 需要指出的是,这里考量的解决方式是需要以不损失画质为前提,即要保证码流在传输到客户端或解码器端时仍然可以给客户呈现4K画质的效果,所以采用多码流的机制在这种要求下是行不通的,而且采用较低分辨率的多码流方式也违背了客户当初采购4K分辨率摄像机希望获得更加视频画质的初衷,因为客户不仅仅需要前端的4K摄像机来采集,还需要端坐在客户端电脑面前时体验到4K的画质。
        3、4K分辨率的码流在采集后我们还需要去保留它,也即是需要
存储
        这就涉及到码流管理部分了。当然,前述对于码流传输压力降低的应对之道,其实质也应该算到码流管理部分来。因此,结合这两大任务,
4K摄像机带来的后端码流管理的压力十分之大,也就是说对后端的视频管理平台的压力提出了严峻的挑战。以存储为例,之前大部分的视频管理平台都是应对的标清码流和1百万及2百万的高清码流,但到了4K分辨率的超高清码流,面对这么大的数据流,如何存储,如何去索引,关系到视频管理平台的稳定性和易用性。直观上看,数据越大,对于视频管理平台数据库的要求就越高,针对存储录像的索引系统必须设计的更为精妙和高效才可,否则就一定会出现延迟和缓慢的4K视频录像调用,而且在播放时将会十分卡顿。  
         4、码流呈现环节的挑战也就是后端显示设备。
         如前所述,客户购买
4K网络超高清摄像机,实际上最原始的购买动机是希望肉眼能够体验到4K分辨率的画质**,所以,如果不能将4K摄像机的码流完美的展现出来,那就真是白白浪费了前端的能力。这里的所说的码流呈现,并不是简单的将4K码流解码投射到4K显示器之上,其还包括了视频管理平台如何在客户端上解码4K视频图像的策略,要知道,目前主流的显示设备,无论是监视器还是显示器,都是以1080P为主,也就是只有200万像素,4K的监视器在行业内少只有少,而且成本高高在上,那视频管理平台必须解决的问题是如何在只有1080P分辨率的显示设备上呈现4K网络摄像机的码流?即使实现了呈现,如何能做的更为高效,毕竟4K分辨率图像的解码需要占据大量的CPU、内容和显卡资源?另外就是对客户端或者说解码设备的硬件要求不高?目前来说4K显卡的成本也不算便宜,一定会占据了一台客户端电脑的成本构成中的很大一块,那么在客户预算有限之时,如何帮助客户节省成本?宙视达王总提出的4K背板可以缓解成本的问题又能解决4K的显示问题。另还有信号传输线缆也是一个阻隔,想要完美支持4K传输,HDMI的标准必须支持2.0规范,相对与早期的1.3、1.4的HDMI标准,新的规范将传输带宽提升至18Gbps。同时由于高清视频图像只能够使用HDMI线缆进行传输,而HDMI线缆的理论传输距离是10-15米,超过这个距离,就需要中继设备的支持。 所以,对于那些正在选择4K高清解决方案的朋友,我想说的是:前端容易,后端不易,且看且定夺。  
        4K超高清
摄像机的出现确实让人为之振奋,但因其成本高,应用范围尚小,虽在监控行业的某些领域应用是有相当明显的优势,如机场、火车站及交通路口。以火车站为例,广场前使用1支4K摄像机,监控范围基本能够覆盖到整个站前广场,同时基本能够看清行人的面貌。在交通上,十字路口安装一台4K摄像机,能够覆盖到路口4个方向的车辆监控,如果使用传统的720P1080P摄像机则需要安装4台以上。如果是抓拍车牌,200万级的IPC能拍一条车道,4K则可以直接拍摄4条车道。虽然4K监控产品线目前还处于起步阶段,但是随着技术发展和用户体验,必将带动安防行业其他4K相关设备的发展和应用环境的改善,如后端的显示设备、解码、控制器、云存储、网络硬盘录像机、网络环境等。所以后续4K监控产品很有可能像高清监控取代标清监控一样,UHD会取代HD监控。

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