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監控系統之超高清技術解決之道日漸清晰
2014-11-24    09:37:00
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      人們對于清晰度的追求是永無止境的,這個從目前鋪天蓋地的4K電視廣告中可見一斑。4K電視之所以能在一夜之間成為人們關注的焦點,一部分原因是人們對于新興技術的好奇,更多的原因在于4K技術帶來前所未有的超高清視覺體驗。
  不僅在民用電視行業,在視頻監控領域,人們對于清晰度的追求同樣從未停步。在2010年之前,視頻監控還處于“標清時代”,監控系統大都采用標清攝像機,其D1的畫質越來越難以滿足用戶對清晰度的需求。從2010年開始,視頻監控大步跨入“高清時代”,1080P和720P高清攝像機取代了原來的標清攝像機,高清畫質得到了用戶的廣泛認可,“高清改造”也成為了這一階段視頻監控領域最熱的詞。然而,當人們還沉浸在“高清時代”帶來全新的視覺體驗時,安防業界的大廠商們都相繼推出了4K超高清攝像機,NHK作為安防產業上游廠家也已經開發出了一款8K的CMOS圖像傳感器,并在今年5月舉行的“NHK技研展2014”上進行了公開展示,這一切似乎都預示著“超高清時代”漸行漸近。

  超高清監控技術的優越性
  以4K為例,國際電信聯盟對4K超高清的定義是:水平像素值為3840,垂直像素值為2160,寬高比16:9,總約830萬像素。從定義中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍,是720P的9倍。如果分別用4K攝像機和1080P攝像機去拍攝相同視場角下的同一場景,4K攝像機會用4倍于1080P攝像機所用的信息量去還原場景,畫面自然更清晰、更貼近真實。如圖1所示,1080P圖像中遠處的車牌信息已經模糊,而4K圖像中依然可以清晰分辨。
  另外還有兩個不那么明顯的優勢是從使用的角度來講。一方面,由于4K畫面的信息量是1080P的四倍,基于更多的信息量,就能實現更準確的智能分析,4K一旦大規模部署,智能分析的準確率就能上升一個新臺階,而且也會有更豐富更令人驚喜的智能應用得以實現;另一方面,在保證相同清晰度的情況下,4K攝像機覆蓋的區域其實是1080P攝像機覆蓋區域的4倍,也就是說在一個場景中,如果你覺得1080P的畫面足夠清晰了,你可以用一臺4K攝像機替換掉4臺1080P攝像機,節省點位數量從而降低整體成本。
  
  解決之道日漸清晰
  從前面的分析來看,似乎超高清監控的普及還有非常遙遠的一段路要走,但知道技術難點在哪里就已經成功了一半,剩下的就是找到對應的解決方法。
  首先在彩色超低照成像方面。兩年前安訊士剛推出“覓光者”技術時,也只是在標清攝像機上應用,沒能在高清上普及的主要原因就是像素越高技術實現越難,但兩年后的今天,1080P的彩色超低照成像已經非常成熟,相信不久之后,4K的彩色超低照成像問題也能得到解決。
  其次在H.265芯片上,從目前的技術發展來看,H.265芯片的成熟只是時間問題,一旦H.265芯片產品成熟,前端超高清攝像機出來的將會是低帶寬高質量的視頻流,監控網絡及后端存儲性能上的問題也會得到緩解。而在服務器、IPSAN、NVR、解碼器的性能問題上,除了通過H.265編碼來緩解,最終可以通過計算機硬件技術的發展來徹底解決。而計算機硬件技術作為發展最迅猛的技術之一,硬件的性能每年都在提升,相信過了H.265技術帶來的這個緩沖時間段,一切硬件性能問題都將不復存在。
  最后在顯示端,從技術角度來講,家用電視與監控大屏并沒有太大差異,4K電視的成熟必定會促進安防監視器及拼接屏的發展,預計在不久的將來,監控室里4K大屏也將得到批量應用。
  可以看到前文提到的這些技術壁壘都可以在一定時間后得到解決,可以說在未來超高清監控的應用不是問題,那么在當下超高清監控應用是否具有可行性呢?答案是肯定的,這也是為什么有部分大廠商相繼推出4K超高清攝像機的原因。
  在一個監控系統中,對前端成百上千個監控點位按重要性排序,必然能提取出最受關注的幾個重要點位,可能是一個廣場,可能是一條主干道,可能是一個警戒區等等,對于普通的點位以1080P或者720P的清晰度已經足夠滿足現階段用戶的需求了,而對于這些重要點位,使用4K超高清攝像機就能達到非常好的視覺效果,在夜晚配合補光燈也不會影響低照成像。
  在編碼上,目前并沒有很好的方法優化,但很多監控系統的建設都是從無到有的,在設計基礎網絡的時候就可以考慮到這幾個點位的高碼流情況,所以在使用時便不會帶來網絡性能瓶頸,而個別點位的高碼流對整體存儲的影響也微乎其微;在顯示端,大屏拼接技術已經非常成熟,而4K圖像的上墻完全可以通過4塊1080P大屏以2×2的拼接方式來解決,也能獲得不錯的上墻顯示效果。
  
  技術更迭,超高清產品的出現是大勢所趨。4K超高清攝像機在安防領域自推出以來,已在部分項目中的重要點位得以應用,有廠家采用全交換架構技術,以解決網絡壓力問題,用戶只需投入少量的存儲成本就能獲得超高清體驗。相信隨著時間的推移,與之相應的技術亦會得到快速發展,同時伴隨超高清攝像機配套設施的進一步提升,4K在安防業的應用將會越來越廣泛。

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