人们对视频清晰度的追求如同对美食的追求一样没有止境，从摄影爱好者手中的4K超高清摄影装备，到各大商场热销的4K电视，再到巴西世界杯的4K转播，均体现了4K技术正逐步走进我们的生活。对于视频监控而言，图像越清晰、细节越明显、观看体验越好，智能等应用业务的准确度也越高。尤其在高端的“智慧城市”系统中，对于超高清和监控范围的需求让4K逐渐走进安防市场，但4K在安防系统的应用和普及到底还存在哪些瓶颈？4K安防大规模应用还有多远呢？本文将略作探讨。
一、4K的应用优势
4K是指分辨率为3840*2160或者4096*2160两种像素规格的应用，在此标准下CMOS逐行扫描可达到2160P。4K高清网络摄像机相比于200万摄像机不仅仅是图像清晰度的提升，在垂直分辨率、画面细节以及灰阶度层次感均有显著的提升。
大家都知道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技术在监控领域里能实现的就是在提高像素的同时，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。
现阶段高清或全高清系统采用的是8位的视频系统，而4K超高清则采用10位甚至12位的视频系统。因此，无论是灰阶层次过渡还是色深的层次表现，都比高清系统有较大的提升。
针对4K的上述一些优势，可以得知4K监控系统主要应用在大范围监控并且注重画面细节的场景中，如机场、广场、十字交通路口等。例如在“智慧城市”中的实际应用中，一个十字路口安装1台4K摄像机在监控范围上便能完全覆盖该区域，可以通过电子放大把各个路口的实况和细节描绘的清晰明朗，加上多样的智能分析能够对十字路口实现各种数据分析。相比于采用普通的720P设备则需要安装4台，安装布线成本明显增加，并且后端路数和数据量也是远远大于前者。在4车道抓拍车牌中，1台4K摄像机便能轻松搞定，而200万设备需要每个车道一台，这就大大减少了监控点的密度，对于单点工程投资性价比更高。由此可见4K在安防监控市场的应用发展空间非常广阔，毫不夸张的说，4K将是引爆安防的按钮，将为安防市场拓展一片蓝天。
二、4K技术发展存在的瓶颈
在Sony、Axis等国际知名厂家推出支持4K的摄像机后，国内各大厂商也陆续推出了4K的IPC产品。大部分厂家的摄像机像素虽然达到4K，但受众程度远没有电脑4K图片那么高，低照环境下的噪声以及色彩和普通高清之间还存在一定差距，究其根本还是因为sensor承载的像素数过多而视频后期处理复杂度太高。相比之下，作为国内主流安防厂商，景阳推出的“极光”系列4K网络摄像机，它采用了业内首款1GHz双核Cortex-A9构架的超强处理芯片，并结合创新的TripleLight技术和智能3D降噪技术能有效解决低照情况下的噪点、拖影等现象，让4K体验非同凡响。
由于网络数据传输的原理特性所限，4K超高清的分辨率必然带来了更高的码流带宽，在目前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，那么各大摄像机厂商需要考量的是有没有在不损失画质的前提下，能否有效降低码流，从而减轻中间传输和后端存储的压力。在目前看来H.265的应用会是比较好的选择，H.265编码以优异的编码压缩比会缓解由于分辨率的提升带来的传输及存储压力。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。于此同时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。
和3D电视一样，4K超高清电视要想普及的话，超高清视频的显示部分同样需要解决解码和显示的问题。在解码部分不仅仅是是解码能力的问题，同时在接口传输能力上也存在瓶颈，目前市场上解码器或者NVR使用DVI或者HDMI1.3显示接口，而DVI最高只支持到2560×1600分辨率，HDMI1.4才开始支持3840×2160且其最高刷新率为30Hz。必须注意的是，这里所提及的其实仅支持30fps的4K超高清视频信号。在BT.2020标准之下，所支持的帧率已经提升到50p、59.94p、60p甚至120p，HDMI1.4标准并不支持这些帧率下的4K信号。为此，如果用HDMI1.4标准下的高速线材，仅仅只能输出30pfs的视频，但无法传输60p或以上的4K超高清视频。所以想要有极致的超高清体验，还有待接口标准的进一步升级。在显示端，目前基本上是采用视频拼接墙显示无损失的4K高清视频，多个屏幕拼接既解决了显示设备分辨率的不足问题，又解决了显示设备的尺寸不够大的问题，所以超高清分辨率视频在监控中心电视墙显示需要靠拼接屏来实现。然而在拼接屏市场，4K还没有成为主流，其主要原因是DLP和PDP两种拼接技术实现不了经济可靠的4K产品。在拼接屏上都不能经济可靠显示出来，更别说想要像普通高清一样，通过单屏全像素显示超高清视频或分割显示4路全高清视频了。所以要想将4K完美的呈现在人们的眼前，还需要等待4K监控屏的普及。
三、4k技术在集成管理平台的应用问题
谈到安防系统，综合集成管理平台作为整个系统的“大脑”，在系统中起着至关重要的作用。无疑，4K监控系统的普及应用，还得经过管理平台的考验，如何才能有效管理和存储这么大的数据量，并且实现丰富的智能分析应用，这才是4K系统应用的重中之重。
首先要考虑的就是管理服务器的处理能力和平台构架。4K视频的超大数据量就必须要求管理服务器有强大的接入和并行处理能力，而在平台构架方面也有相应的一些要求。目前基于工业标准的平台和面向服务的SOA架构，为当前众多企业级的平台所采用，并一致认为是目前最高效、最具伸缩性和业务扩展能力的平台架构之一，这也为大多数智能监控平台所采用。
其次是综合管理平台软件的综合性和兼容性。目前4K在国内缺乏统一的标准，而用户在4K监控系统的体验要求更加人性化，如超高清画面显示、基于时间的录像快速检索精确定位、三维仿真GIS等。同时，用户对系统的定位也不再是孤立的视频图像采集和再现，而是安防系统或其他专业应用系统的有机组合。视频监控系统需要和其他安防子系统，如门禁、报警、消防、智能语音或者专业应用系统的其他子系统，如SCADA动力环境系统、图像分析系统完成充分的整合。而在4K应用系统中兼容性和开放性的要求更高，实现互联互通的基础是需要各个厂家均遵守相同的标准。
最后涉及到集成管理平台对存储的策略。4K视频带来的业务数据呈现指数级增长，各业务的数据级联动以及智能化的基础业务数据分析，都要求数据的存储和基于业务需求的数据检索具有相当的海量数据处理能力，并可在确定时间内完成大并发量的数据请求。如以大型卡口电子警察系统为例，在一个小型城市一天需处理和存储的4K图片就达百万张以上，平台系统往往需要完成拍照识别、车辆颜色和大小识别、车辆轨迹的比对、分类数据存储等一系列操作。从目前看来，4K系统中云计算和云存储技术的应用是必然的选择。通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大的网络服务。云存储可以通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能。但是安防存储短期内与公有云存储的结合性不会太大，主要瓶颈在于网络的速度目前比较慢，高清视频如何上传到云存储是个大问题，云存储实现对监控系统的全覆盖还有一定的困难。
综上所述，4K的综合管理平台要有稳定的构架、很好的兼容性以及超大数据的处理能力，才能在对视频的浏览、录像文件的回放、多样的智能化应用等环节，全面支持超高清。这样对于集中控制管理软件的标准非常高，以这个标准来看的话，能够满足这一要求的的厂商并不多。景阳不仅开发出了SN-56/80系列超高清4K摄像机，而且拥有Inview3.0智能安防综合管理系统，它集智能化、网络化、功能化、集成化于一体，能够与前端4K网络摄像机完美配合并且实现信息全景视图、核心数据监测、高清图像矫正和虚拟云服务等，并且在系统稳定性、集成性、数据安全性、存储效率等方面有全面的设计，能为4K的系统应用提供有力的保障。
结语
毋庸置疑，画面分辨率及细腻度是4K目前最大的技术优势，但后端储存、显示设备以及传输问题等如无大的技术突破和发展，4K的应用将会遇到相当大的瓶颈。SDI面临的问题4K同样要面对，目前SDI仍没有解决这些障碍，对4K来说就更难了。加上目前4K应用的相关技术标准尚未出台，国内缺乏统一的行业标准，市场仍存在乱象。但是4K技术在安防系统的应用，无疑是将高清化深度发展的必然结果。尽管目前在安防系统应用中存在技术和成本方面的瓶颈，但这并不影响它蓬勃向上发展。我们有理由相信在各厂商的协同努力下，4K超高清视频监控系统的产业链会逐步建立和完善起来。
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