超高清视频监控时代正在到来

　　超高清摄像机需要一颗明亮的“眼”

　　监控行业的高清网络摄像机的核心器件在于传感器，而传感器技术在影视行业需求的带动下早已发展到千万像素级别，与之配套的镜头是成像光路中最重要的部分，镜头犹如人眼睛的晶状体，确保它能够看到清晰的世界。在监控行业变焦自动光圈日夜红外镜头一般是监控摄像机的首选，但多数厂家的此类镜头解像力也只有200万到300万像素，只有极个别厂家有500万甚至800万像素解像力的镜头，这些镜头在确保超高清成像的同时，其配置的大光圈也保证了夜晚的进光量以提升摄像机的低照度视频效果。

　　视频压缩新技术开启美好未来

　　正是由于分辨率的大幅度提升，导致监控摄像机的瓶颈主要集中在ISP图像处理和压缩编码处理技术上，分辨率的大幅度提升使得压缩编码处理芯片压力山大。影视行业压缩编码处理注重画质却不太注重压缩速度，其一般会使用耗时的2pass两次计算过程来做变码率的最合理分配，而监控摄像机完全不同，压缩编码芯片需要具有不低于传感器输出视频帧率的实时压缩编码能力，否则数据的累积堆叠会使得摄像机内存被撑满;另一方面编码延迟越小越好，这样才能确保监控室内人员看到的视频画面具有实时性，以便在出现紧急事件时做出快速响应。

　　虽然压缩编码芯片面临着如此巨大的压力，但是处理器计算能力一直在快速发展，目前最强的压缩编码芯片已经可以应付800万像素25帧/秒的低延迟硬件压缩，甚至还有额外的能力做第二、第三码流的高清压缩编码;以及同时做Smart智能分析报警。三码流成为网络摄像机标配的同时也解决了网络摄像机需要足够的带宽支撑的问题，主码流在局域网中接入存储设备做高码率录像存储，子码流提供低分辨率、低码率码流给手机等移动设备做移动监控，而第三码流可以在不影响前两种应用的情况下，任意设置分辨率、帧率与码率来提供给基于公网的远程高清预览，国内电信运营商虽然开始普及几十到上百兆的高速光纤宽带接入，但是上行带宽却限制在非常低的512kbps到2Mbps。第三码流可以通过低帧率和码率来提供高清视频流远程预览，避免了对本地录像的影响，在国家宽带标准没有加入对上行带宽做出要求之前，第三码流将在国内互联网环境下成为网络摄像机的重要功能来适应国情。

　　超高分辨率与高帧率的实时压缩编码虽然没有难倒硬件芯片，但是行业普遍采用的H.264/AVC压缩后的码率还是难以满足人们的愿望，主流厂家一般采用H.264 High Profile压缩编码，600万/800万@25fps视频使用该等级编码需要6-10Mbps，一些厂家仍然在用H.264 Baseline Profile低等级压缩编码，1080P在该等级压缩编码下需要8Mbps，显然前者与后者相比并没有高出很多，但是人们在硬盘和网络带宽都不想做更多投入的情况下，超高清摄像机需要具有更高压缩率的压缩编码技术才能够和较低码率的1080P一样被大众所接受。2013年4月被国际电联批准的H.265/HEVC压缩编码技术标准把压缩率提升到了一个新的高度，其压缩方式与H.264一脉相承，但又有着巨大的变化。

　　从实际的压缩性能来说，经过实际测试总结得出如本专题前文《安防超高清监控，造就美丽新世界》中表1所示，相比H.264，H.265标准可以在同样画质下降低50%以上的码率，这无论对视频监控还是视频娱乐都具有重大意义，H.265会给我们带来全新的感受。从各种4K电视盒铺天盖地的广告中我们可以发现H.265硬件解码芯已经开始普及，但是超高清网络摄像机需要的是硬件编码芯片，同时还需要支持ISP图像处理、多码流编码和项基本功能，满足这些要求的编码芯片还没有普及，所以目前的超高清网络摄像机短期内仍然要使用H.264High Profile硬件编码芯片(见图3的多种压缩技术效率对比)，这至少比H.264 Baseline Profile降低了20%以上的码率，即便如此，我们从各监控厂家官网可以看到，只有少数的一线厂商使用了H.264 High Profile编码，监控摄像机对H.265压缩芯片的期望还是十分迫切的。

　　在网络传输方面，由于监控网络摄像机一般都用在局域网之中，即便在“平安城市”建设中，运营商使用的也是由光纤专线组成的专网，所以超高清网络摄像机在这样的网内传输上并没有多少压力;若要在公网预览实时的超高清视频，还需要进一步提升压缩效率并期望电信运营商提升家庭网络上行带宽限制，否则连基本的高清实时传输在商铺和家庭的远程监控中都难以实现。

　　对存储设备而言，超高清网络摄像机改变的只是占用更多的存储空间，导致存储设备的存储周期和总接入通道数量有所降低。对于用户而言，为提升画质而占用更多的存储空间可能不易接受，但是从画质不变而增大监控视场角方面来说，用户还是可以接受超高清摄像机的，例如一个街道交叉口原本需要2-3个普通摄像机才能做好足够清晰度的环境覆盖，用1-2个超高清摄像机就可以满足原本的清晰度，且做到了足够的环境覆盖。