4K面临的主要问题及应用场景详细分析

【中国数字视听网讯】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。理论上讲，4K仍是高清浪潮的延续，但4K带来的绝不仅仅是分辨率的增加，因为要真正实现4K的超高清监控，需要一系列视音频编解码、图像处理、智能分析等技术来支撑。

2010年“高清元年”至今，高清视频监控经历了突飞猛进的发展，720p甚至1080p摄像机已经成为市场主流。那么接下来，高清又该如何更好地走下去?答案其实很简单，那就是继续往更高清的方向发展。可能有的人会怀疑更高清的必要性，但从4K被提出以来市场的反应和表现来看，4K超高清已经近在眼前。

4K的起源和及优势

4K最早是起源于电视行业。很多时候，我们视频监控行业的发展也是紧随着电子消费类市场的脚步的，例如电视机分辨率的演变经历了标清的CRT显像管电视——>720P高清背投电视——>1080P全高清平板电视?——>再到现在非常热门的4K超高清电视，而反观视频监控行业摄像机的发展，也同样经历了标清模拟摄像机——>720p高清网络摄像机——>1080p全高清网络摄像机的阶段，到现在各大厂商也相继推出了自己的4K超高清网络摄像机产品。因此，不管在哪个领域，人类对于高清的追求都是永无止境的。

4K常见的分辨率有3840×2160和4096×2160像素2种规格。“4K”名称就来源于其水平方向的像素数，4K分辨率相当于4个1080P，8个720P。4K摄像机就是分辨率为800万像素的摄像机，其超高清的分辨率让其在未来的监控市场发展中具有非常大的优势。首先4K摄像机可以很好的纵览全局，可以在不改变摄像机数量、焦距、角度的条件下，进行全天候、全场景下的监控。其次，在同一个场景下无需架设多台摄像机，节约了投资成本。再有，4K画面的丰富细节，可以实现多个业务部门信息共享，并让可视化管理更高效、联动响应更及时、安全系统更有保障。

4K的系统组成

如果只有4K的前端摄像机，而没有后端以及中心的配套产品，对于监控来说是没有实用意义的。因此4K想要更好的发展，必然是要形成4K的完整的系统方案，推出配套的产品。

首先，由于4K在电视行业的快速发展，4K监控系统中最早出来的就是4K的大屏，84英寸的4K面板已经上市，大尺寸显示屏成为整个4K系统的先行者。

其次是4K的摄像机。在一些专用领域如智能交通道路监控，因为在需要较大分辨率的摄像机来监控多个车道的车辆情况，300万、600万像素的IP摄像机也不断得到应用，4K即800万像素甚至是1200万像素的IP摄像机也逐渐推出市场。

除了前端以及显示设备，中间传输的光端机采用光纤传输，不必太担心分辨率的问题，因此原有设备便可支持4K的传输，那么就只剩下后端的解码设备和存储设备了。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，各大厂商已相继推出4K NVR产品，它能够接入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，这对于NVR来说也是一个新的高度。

4K面临的主要问题

目前，4K普及面临的最主要问题，是其超高清分辨率带来的超大带宽占用和超高存储成本，而利用现有的编码算法H.264可能需要8-16M的超大码率才能保证图像质量，这对于带宽或存储都是很大的压力。因此，必需有更高效的视频压缩算法来推动视频超高清化发展。

2010年，JVT-VC小组开始着手下一代视频压缩标准的定制，并于2013年定稿发布，命名为HEVC(High Efficiency Video Coding),然后分别被ITU-T和ISO/IEC采纳成为国际标准,也就是H.265视频压缩标准。最新H.265标准基本继承了H.264的框架，但是其中采用了大量全新的技术。在高清分辨率下，这些新技术的使用可以使H.265的压缩性能相比H.264提升一倍。简单来说，就是相同视频质量下，高清视频所需要的传输带宽或者存储空间则为H.264的一半左右。从客观效果测试提升上来看，测试结果表明，H.265在1080P分辨率下相比H.264码率降低40%~50%，在720p下相比降低30%~40%。

更值得欣慰的是，H.265由于其算法本身的特点，在4K这种更高分辨率的编码处理上效率会更高。由此可以看出，H.265必然会成为未来4K甚至8K分辨率的最佳选择。其实，目前市场上已有支持H.265的4K摄像机和NVR，未来有望成为主流产品。

4K的应用场景

在电子消费类市场，4K技术已经逐步进入了人们的生活，应用于4K超高清电视、4K的高清医疗影像展示、4K超高清的赛事(如2014年巴西世界杯足球赛的4K试播)盛况直播等等，都给人们带来了超高清的生活体验和更多智能化的应用。

而在安防监控领域，4K技术才刚刚起步，但其未来却不可**，可应用于平安城市的全景监控、超宽车道的监控、公安GIS地图的指挥调度中等等。未来，4K带来的变革是多方面的，一方面它给我们带来视频分辨率上超高清、极清的体验，另一方面，它将很有可能改变我们传统的监控应用模式。现在我们都是通过录像回放的方式来查找线索，而未来，我们也许可以截取单张4K监控画面，进行多级放大后获取我们想要的信息，因为4K最大的优势，就在于图像放大4倍后仍能得到1080p的全高清画面。

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。理论上讲，4K仍是视频监控高清浪潮的延续，但是4K带来的绝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，需要一系列视音频编解码、图像处理、智能分析等技术来支撑，这也从另一方面推动了整个监控行业技术的快速变革。(本文作者现任杭州海康威视数字技术股份有限公司技术支持工程师)

（编辑：daisy）