数年之前，百万高清足够引人注目;时至今日，超高清4K已经风起云涌;业内更有监控巨头积极研发8K摄像机，8K摄像机一旦面世，必将再掀风浪。可谓安防视界：没有超高清，只有更高清;追求清晰的脚步从未停过。8K雏形未见，我们无从讨论;而当前众星捧月的4K是如何在安防行业中拓展呢?值得我们一起探讨与关注!
数年之前，百万高清足够引人注目;时至今日，超高清4K已经风起云涌;业内更有监控巨头积极研发8K摄像机，8K摄像机一旦面世，必将再掀风浪。可谓安防视界：没有超高清，只有更高清;追求清晰的脚步从未停过。8K雏形未见，我们无从讨论;而当前众星捧月的4K是如何在安防行业中拓展呢?值得我们一起探讨与关注!
4K的诞生与发展
提到高清，人们第一时间想到的必然是电影;而4K技术的出现，其最直接的驱动因素则是电视屏幕尺寸的增大，再加上电视屏幕制造技术的不断升级，液晶、等离子、OLED等材料的投入，人们对清晰度的需求不断得到提升，因而出现从标清CRT显像管电视到720P高清背投电视，从1080P全高清平板电视再到当前的4K超高清电视的发展演变;相应地，纵观视频监控行业的高清发展轨迹：从标清模拟摄像机到720P高清IP摄像机，从1080P全高清IP摄像机再到当前的4K超高清IP摄像机。相似的发展轨迹，其中必有规律可循 视频监控行业的发展通常是紧随电子消费类市场的发展(如图1)。从标清到高清，从高清到超高清;在4K浪潮尚未普及的当下，业内已有监控巨头积极研发8K摄像机，8K摄像机一旦面世，必将再掀风浪，人类追求清晰的脚步从未停过。
4K的发展轨迹
那什么是4K超高清?国际电信联盟对4K超高清的定义是：水平清晰度3840，垂直清晰度2160，宽高比16:9，总约830万像素，分辨率是1080P的4倍，720P的9倍。从这个定义中就能看出4K最大的特点就是其800万的像素组成的超高清画面，四倍于1080P的分辨率，使得同一场景下4K会用四个像素点去描述1080P画面中一个像素点描绘的信息，所以4K画面自然更清晰、更贴近真实。
通常在视频监控系统中主要包括以下的目标监控需求。
1、一般监控(侦测)
一般监控是指对场景进行大概地了解，如广场的总体人流情况，但没有对人流中人脸识别的需求;公路的车流情况，但没有对车牌进行识别的需求。即一般监控通常是对场景进行总体的、概括地了解。
2、目标识别(识别)
目标识别的监控需求，是在一般监控的基础上，对画面清晰度(像素数)有更高的要求，比如要求通过监控画面，能够对画面中的发型、表情等人物外貌特征、车牌号等物体细节进行精确地识别。
3、高度清晰细部特征监控(确认)
高度清晰细部特征识别主要用在一些特殊应用场所，比如赌场、ATM机、银行柜员、商场收银等场所，要求在目标识别基础上，得到目标更多的细部特征供参考。
4K摄像机为用户带来了全新的视觉体验，其最大特点就是分辨率高，但在安防领域中并不是视频监控系统所有的摄像机都有必要选用4K摄像机，应该结合具体的行业应用场景，利用其高分辨率的特点与行业业务管理相融合，如在公安平安城市的全景监控、大型十字路口拥堵状况监控、超宽车道的无死角监控、公安GIS地图的指挥调度等。因此，4K在公安和交通行业普及最快，集成商及用户对4K的接受程度也最高，并且这些行业对新产品、新技术的接受速度本身就要比其他行业更快。反观4K在其他行业的发展，相较于公安、交通这两个行业来说会稍显慢一些，但在一些重要的点位也会优先考虑4K的产品。
实际上，最佳的IP视频监控解决方案，应该是一个可以支持各种模拟摄像机和IP摄像机的混合系统，让用户有效地控制建设成本的同时，又可以享受当前先进技术所带来的良好体验。
4K的安防应用与挑战
要想实现真正的超高清，需要整个监控系统的4K完善，包括前端的4K摄像机、4K镜头，后端的4KNVR、集中存储，中心的4K解码设备、大屏显示设备，这样才能保证最终获得的是真正的4K超高清监控;其中任何一个环节的缺失，都算不上是真正的超高清系统。
杭州海康威视数字技术股份有限公司产品售前经理程玮为我们分析道：a、从前端来看，4K摄像机的超高分辨率已经受到了用户的认可，但从原理上来说，分辨率越高的超高清摄像机往往低照度效果越差，因此目前超高清摄像机的低照度效果还不尽人意，但后续随着超低照度超高清传感器的推出，结合各个厂家自身的图像处理算法，可以很好的解决超高清产品低照度效果差的问题。b、除了4K摄像机本身之外，还有一个问题很容易被忽视，那就是4K镜头，摄像机芯片已经达到了4K分辨率，而市面上配套的4K镜头却不多，筒机和半球这种内置镜头更少，即使有，一般以国外品牌为主，成本也是很高的，因此市面上以4K枪机为主，筒机和半球较少，但现在已经有部分国内厂家拥有自主研发设计镜头的能力，可以大幅降低整机成本。c、 其次，从4K产品的系统配套来看，解码器、NVR等，都需要达到足够的性能才能接入或解码显示4K的视频流，还有待全面的系统升级。浙江宇视科技有限公司IPC高级产品经理陈乾补充道，在解码显示端方面，能并发解16路1080P图像的解码器已经非常成熟，但能并发解16路4K图像的解码器距离我们还非常遥远，目前的高清解码器普遍以1080P解码输出为主，而且现在的4K解码器单路解码成本普遍偏高;另外，在图像显示上，由于成本等因素，4K大屏还未能在安防界大范围使用，目前比较能接受的是通过四块1080P大屏拼接来解决4K图像显示问题，但就用户体验来讲肯定不如直接使用4K大屏显示。d、最后，也是用户最主要关心的问题：即超高清分辨率带来的超大带宽占用和超高存储成本。要想4K系统能够普及，这个问题是最亟待解决的。在编码传输端，4K图像的码流过高，导致传输、存储的成本普遍提高，虽然目前H.265技术呼声很高，但在与4K技术的结合上，一直没有得到实际应用，业界依然还在用H.264作为主流高清编码技术，4K摄像机的码流还处在8~10M左右。对于这么大的码流，通常只提供一路实况 + 一路存储，已经让部分监控网络望而却步了，更何况一旦发生突发事件，会有更多的客户端同时访问同一路图像，普通的监控网络根本承受不住这种负担，必须要对整个网络进行升级;而且目前大部分的监控网络采用流媒体技术，流媒体服务器的转发性能也亟待提高，否则很容易成为监控网络中的瓶颈。同时，更大的码流势必会带来更大的存储需求，而且对存储设备的并发写入/读取性能也提出了更高的要求。简而言之，由于在编码技术上的限制，4K超高清摄像机的大规模使用势必会带来更高的网络传输及存储成本。在这样的背景下，需要依靠更高效的编码算法来进一步推动视频高清化的发展，如： H.265编码算法，在相同的画质下相同场景下，H.265编码算法至少可以比H.264降低一半的码率。除此之外，已有部分厂家自主研发编码算法，如：Smart 265，这是一项比H.265效率更高的编码技术，可以在H.265的基础上继续将高清码率降低一半以上;相比较H.265，在运动目标不多的场景，例如像室内茶水间、楼梯间等场景下，Smart 265可以降低70%左右的码率;在运动目标部分时间较多，比如不太繁忙的道路上，码率可以降低50%倍以上;而如果场景中不断有目标大幅运动，像火车站等场景下，也会比原有的H.265效果要好。
H.265与H.264的对比
融合4K 发挥IPC极致特性
宇视IPC高级产品经理陈乾为我们解析道，4K技术的融合在未来会让摄像机更具竞争优势：不同形态的IPC各有各的特性，结合4K可以将IPC特性发挥到更高的层级。
枪机在监控应用中有着很大的占比，凭借可搭配各种镜头使用的优势，枪机可应用于室内、出入口等近距离监控，也可应用于路面、周界等中距离监控，更可以搭配云台在城市制高点、森林防火、港口等做超远距离监控。一旦从1080P升级到4K，分辨率的提升带来画面清晰度的提升，枪机就能获取更丰富的画面细节，做更好的应用体验，比如抓拍更高清的人脸效果从而提升人脸识别的准确率，在银行柜台等场景可以提供更多的细节从而还原最真实的情况等;而在中距离监控场景，可以利用4K更大监控范围的优势，有效降低布点密度。
球机靠内置转动电机和机芯可以实现全方向、大倍率的监控，所以也在实际项目中占有着很大占比。结合4K技术，球机在短焦上可以提供更高清的图像，可以兼顾大场景与小细节，如下图在变电站的应用;在长焦上可以在光学变倍基础上再做数字变倍，提升监控距离，相较于1080P基础上的数字变倍，基于4K画面的数字变倍会更加清晰，更符合监控应用。
鱼眼摄像机通过超短焦镜头，可以实现360 全向监控，覆盖超大的范围，所以在一些特定的场景拥有非常好的监控效果，例如场馆、广场、十字路口等。但由于鱼眼摄像机的覆盖范围相较于普通摄像机更广，所以在同等分辨率下，单像素点需要呈现更多的信息量，导致鱼眼摄像机的图像与同等分辨率下的普通摄像机相比画质更差。不过当鱼眼摄像机支持4K后，像素点数量倍增，在超广的监控视角下，画面也会保证足够的清晰度。
做智慧高清 拓安防视界
如果说，电视领域中标清到高清的发展，其实质是分辨率的变化，高清仅仅是像素点的增加，与之相关的其他技术标准都是延续着标清时代。那么，安防行业的后高清时代就不仅是像素点的增加，为超高清摄像机产品中嵌入 聪明 的技术，结合丰富的智能应用业务，向智慧高清方向发展，利用超高清的分辨率可以挖掘出更多有效价值的监控数据。杭州海康威视数字技术股份有限公司提出三大理论： 聪明 的高清、智能的高清以及智慧的高清。针对这三个高清应用，分别对应了不同的技术要求。
高
聪明的高清
实时视频透雾技术针对由烟尘、雾气等成像特征建模，采用图像处理技术有效恢复细节和色彩，获得准确、自然的透雾效果，可应用于周界、跨海大桥、城市雾气较重的场景;而Region Of Interest(ROI)，感兴趣区域编码算法，在带宽有限的条件下可增强用户设置或智能侦测获取的感兴趣区域图像质量，准确地保留视频监控目标的关键信息。
智能的高清
图像增强算法可以有效改善由于光照、雾气等原因造成的图像质量问题，使图像细节更为明显，便于监控人员观察，从而在公安刑侦、小区物业等夜间监控录像中得以使用;而图像复原，聚焦、运动等原因造成图像模糊的过程进行建模，利用解卷积算法反推原始图像信息的算法，能部分恢复车牌文字、人脸等关键信息。另外智能高清还包括人脸人体属性分析、三维立体识别以及车脸检索、热度图等。
智慧的高清
建立在云计算及云存储之上，通过建立专一针对安防监控行业的云存储，最终实现在快速增长的安防视频大数据中对有效信息快速检索、摄取。
很显然，4K超高清视频意味着更大的数据量，无论对于编码芯片、编码算法、网络传输及存储系统都带来巨大的考验，得益于这些相关领域技术的不断突破，超高清IP监控才能得以真正地实现。当前的4K有点类似于三四年前1080P让视频监控使用者眼前一亮的阶段，高清化的 深度 会暂时止步，但 广度 会扩大，正如三四年前我们在1080P的高清时代下开拓了光学宽动态、强光抑制、星光级低照等，基于4K超高清时代的我们将会创造出什么更具优势的特性?非常值得期待!
