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监控系统之超高清技术解决之道日渐清晰
2014-11-24    09:37:00
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      人们对于清晰度的追求是永无止境的,这个从目前铺天盖地的4K电视广告中可见一斑。4K电视之所以能在一夜之间成为人们关注的焦点,一部分原因是人们对于新兴技术的好奇,更多的原因在于4K技术带来前所未有的超高清视觉体验。
  不仅在民用电视行业,在视频监控领域,人们对于清晰度的追求同样从未停步。在2010年之前,视频监控还处于“标清时代”,监控系统大都采用标清摄像机,其D1的画质越来越难以满足用户对清晰度的需求。从2010年开始,视频监控大步跨入“高清时代”,1080P和720P高清摄像机取代了原来的标清摄像机,高清画质得到了用户的广泛认可,“高清改造”也成为了这一阶段视频监控领域最热的词。然而,当人们还沉浸在“高清时代”带来全新的视觉体验时,安防业界的大厂商们都相继推出了4K超高清摄像机,NHK作为安防产业上游厂家也已经开发出了一款8K的CMOS图像传感器,并在今年5月举行的“NHK技研展2014”上进行了公开展示,这一切似乎都预示着“超高清时代”渐行渐近。

  超高清监控技术的优越性
  以4K为例,国际电信联盟对4K超高清的定义是:水平像素值为3840,垂直像素值为2160,宽高比16:9,总约830万像素。从定义中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍,是720P的9倍。如果分别用4K摄像机和1080P摄像机去拍摄相同视场角下的同一场景,4K摄像机会用4倍于1080P摄像机所用的信息量去还原场景,画面自然更清晰、更贴近真实。如图1所示,1080P图像中远处的车牌信息已经模糊,而4K图像中依然可以清晰分辨。
  另外还有两个不那么明显的优势是从使用的角度来讲。一方面,由于4K画面的信息量是1080P的四倍,基于更多的信息量,就能实现更准确的智能分析,4K一旦大规模部署,智能分析的准确率就能上升一个新台阶,而且也会有更丰富更令人惊喜的智能应用得以实现;另一方面,在保证相同清晰度的情况下,4K摄像机覆盖的区域其实是1080P摄像机覆盖区域的4倍,也就是说在一个场景中,如果你觉得1080P的画面足够清晰了,你可以用一台4K摄像机替换掉4台1080P摄像机,节省点位数量从而降低整体成本。
  
  解决之道日渐清晰
  从前面的分析来看,似乎超高清监控的普及还有非常遥远的一段路要走,但知道技术难点在哪里就已经成功了一半,剩下的就是找到对应的解决方法。
  首先在彩色超低照成像方面。两年前安讯士刚推出“觅光者”技术时,也只是在标清摄像机上应用,没能在高清上普及的主要原因就是像素越高技术实现越难,但两年后的今天,1080P的彩色超低照成像已经非常成熟,相信不久之后,4K的彩色超低照成像问题也能得到解决。
  其次在H.265芯片上,从目前的技术发展来看,H.265芯片的成熟只是时间问题,一旦H.265芯片产品成熟,前端超高清摄像机出来的将会是低带宽高质量的视频流,监控网络及后端存储性能上的问题也会得到缓解。而在服务器、IPSAN、NVR、解码器的性能问题上,除了通过H.265编码来缓解,最终可以通过计算机硬件技术的发展来彻底解决。而计算机硬件技术作为发展最迅猛的技术之一,硬件的性能每年都在提升,相信过了H.265技术带来的这个缓冲时间段,一切硬件性能问题都将不复存在。
  最后在显示端,从技术角度来讲,家用电视与监控大屏并没有太大差异,4K电视的成熟必定会促进安防监视器及拼接屏的发展,预计在不久的将来,监控室里4K大屏也将得到批量应用。
  可以看到前文提到的这些技术壁垒都可以在一定时间后得到解决,可以说在未来超高清监控的应用不是问题,那么在当下超高清监控应用是否具有可行性呢?答案是肯定的,这也是为什么有部分大厂商相继推出4K超高清摄像机的原因。
  在一个监控系统中,对前端成百上千个监控点位按重要性排序,必然能提取出最受关注的几个重要点位,可能是一个广场,可能是一条主干道,可能是一个警戒区等等,对于普通的点位以1080P或者720P的清晰度已经足够满足现阶段用户的需求了,而对于这些重要点位,使用4K超高清摄像机就能达到非常好的视觉效果,在夜晚配合补光灯也不会影响低照成像。
  在编码上,目前并没有很好的方法优化,但很多监控系统的建设都是从无到有的,在设计基础网络的时候就可以考虑到这几个点位的高码流情况,所以在使用时便不会带来网络性能瓶颈,而个别点位的高码流对整体存储的影响也微乎其微;在显示端,大屏拼接技术已经非常成熟,而4K图像的上墙完全可以通过4块1080P大屏以2×2的拼接方式来解决,也能获得不错的上墙显示效果。
  
  技术更迭,超高清产品的出现是大势所趋。4K超高清摄像机在安防领域自推出以来,已在部分项目中的重要点位得以应用,有厂家采用全交换架构技术,以解决网络压力问题,用户只需投入少量的存储成本就能获得超高清体验。相信随着时间的推移,与之相应的技术亦会得到快速发展,同时伴随超高清摄像机配套设施的进一步提升,4K在安防业的应用将会越来越广泛。

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