浅析4K技术的集成应用

　　三、4k系统的发展要求与前景

　　4K在广播电视行业兴起时，得益于4K芯片的量产，再到大量涌现支持4K解码显示的机顶盒或互联网电视盒子、4K投影仪、4K蓝光播放器，甚至支持4K的手机终端等产品。此外，传统的PC芯片或显卡厂家如Intel、AMD、NVIDIA等也纷纷在其GPU中集成4K的处理能力，正是由于这些4K应用产业链的完善，才加速4K应用的普及。

　　那么，在安防领域，4K最早应该算是从智能交通行业开始，因为在交通领域，需要较大分辨率的摄像机来监控多个车道的车辆情况，这样可以提高对车道的覆盖范围。从2011年开始，国内的一些智能交通厂家开始陆续推出800万像素，甚至千万像素的高清电警卡口相机，但是由于传感器能力以及后端Soc芯片处理能力的限制，一般只能实现5-15帧/秒的处理能力。

　　近两年来，随着支持4K编码的低成本SoC芯片以及支持800万像素的CMOS传感器的推出，4K摄像机也逐渐开始普及，目前，国内主流的安防厂家都已经推出了支持4K的IPC产品。

　　不过，4K技术要想真正与视频监控行业完美融合，还需要一些磨合和探索。因为4K要解决的不是单个产品，而要集成整套视频监控系统。高清到超高清所跨越的也不仅仅只是分辨率上的难关，4K技术对图像采集、编解码、传输、显示、存储和处理等一系列集成环节都提出了更高的要求。拥有齐全的4K一站式产品解决方案，已经成为4K普及化的最重要的基础。那么，何为齐全的4K一站式产品解决方案?

　　第一，更高解像力的镜头。4K摄像机配套镜头至少需要达到800万以上解像力，才能充分发挥出4K摄像机的效果，如果用200万像素的镜头去搭配4K的摄像机，那么我们得到的画面将仍然是200万像素的。而目前市场上真正达到800万以上解像力的镜头很少而且成本高，适合安防应用的更是凤毛麟角。所幸有些具有镜头自主研发实力的大厂家，通过自主光学设计，推出了国产品牌的、适用于安防行业的专业级超高清镜头，既满足了4K摄像机的匹配需求，同等效果下，价格上也比国际品牌更具竞争力。

　　第二，更高的网络传输带宽和更大的存储容量。在安防应用中，一般传输1080P高清H.264码流，需要2-4Mbps左右的带宽，在H.264编码下，4K分辨率目前至少也需要8-16Mbps甚至更高的带宽才能达到较好的图像效果。同样，高带宽的视频对存储空间也提出更高的要求。

　　第三，更高性能的编码芯片。要想缓解4K分辨率造成的高带宽和大存储容量的压力，就需要对目前的H.264编码性能进行深度优化，或者依赖于新的H.265编码标准的普及。目前，已有厂家开始针对安防行业的特殊应用场景对H.264编码器进行优化，使之也可以在4K分辨率下保持较低的码率。而后续随着支持H.265编码的4K芯片的普及，超高清编码性能将得到质的提升，是整体升级、一步到位的解决方案。

　　第四，更强的后端解码和显示能力。对于后端解码显示设备，处理4K分辨率视频需要更多的计算处理能力。随着性能的提升，纵然现在的解码设备还不具备解码多路4K摄像机的能力，但集中力量解一路视频还是没问题的。另外，各大主流监控厂商已相继推出了自己的4KNVR产品，作为4K超高清摄像机的完美搭档，能够接入4K分辨率的超清网络摄像机，在不进行缩放的前提下对4K图像进行预览、录像、解码回放和显示输出。4K显示输出，相当于每个1/4分割画面，都会支持200万像素，这对于NVR领域来说，也是一个新的高度。

　　第五，更高分辨率的显示设备。由于4K在电视机行业的快速发展，4K监控系统中最早出来的就是4K的大屏，84英寸的4K面板解决方案已经进入市场，大尺寸显示屏要想实现画面的精细显示，超高分辨率是必备要素，因此4K的显示屏成为了整个4K系统的先行者。

　　第六、更强的视频处理能力。4K相当于4个1080p的分辨率，同样大小的物体像素数比1080p多了4倍，因此能够更充分地显示细节，但同时要处理这些更丰富的细节也需要更强的计算处理能力，比如对图像增强、透雾、3D降噪等图像方面，以及对视频浓缩播放、视频后检索、人脸识别、车牌识别等视频的智能分析如都将提出更高的要求。

　　通过前面的分析可以看出，目前4K技术从视频采集、编解码、传输到后端显示上墙等整个产业链都在逐步完善中，在个别环节如镜头、编码技术等方面还存在一些技术瓶颈有待突破，但是我们有理由想信，4K的前景还是美好的，4K的普及化、集成化也不会太遥远。

　　四、结语

　　人们对高清的追求是永无止境的，4K只是顺应时代需求的必然产物。理论上来说，4K仍是高清浪潮的延续，但是4K带来的却不仅仅只是分辨率的增加，因为要真正实现4K的超高清监控，是需要集成一系列视音频编解码、图像处理、智能分析等技术来支撑的，这也从另一方面推动了整个监控行业技术的快速变革。目前4K产品在安防中处于高端产品的地位，随着HEVC芯片的推出和普及以及整个4K产业链的不断完善，有理由相信，在未来的几年内，4K产品带来的细致入微的超清晰监控效果，将会引领视频监控市场进一步步入高清、超高清时代。