4K、2K這些名詞在時下年輕人的口中常常出現(xiàn)，不知所以然的人以為他們是在用火星文交流，其實，他們是在討論高清。4K電視在各大電器商場已經(jīng)司空見慣，各知名電視品牌都已經(jīng)推出了4K電視。2K(2560×1440)亦將逐漸取代目前手機顯示屏上的1080P而成為一種趨勢。那么高清在我們當(dāng)下正要討論的監(jiān)控行業(yè)是怎樣一種態(tài)勢呢?沒人能否定高清亦已是監(jiān)控行業(yè)的一種趨勢。
選擇高清的“一千個理由”
何為高清
在討論高清前，筆者先來談?wù)労螢楦咔?在監(jiān)控行業(yè)中，一般而言，分辨率達到HD(1280×720)及以上的分辨率時便視為高清。讀者可能會認為這標(biāo)準有點低，因為他們的手機分辨率都已經(jīng)超過HD了。其實這是因為安防行業(yè)跟電影電視等娛樂行業(yè)的訴求不同導(dǎo)致的。相對而言，安防行業(yè)在此領(lǐng)域內(nèi)會比娛樂行業(yè)慢半拍，娛樂行業(yè)永遠追求的是最新最炫的視覺音影震撼，而安防業(yè)追求的是穩(wěn)定的應(yīng)用效果;設(shè)計之初，電視往往是基于每天8小時的工作時限而設(shè)計，安防則是24小時。這些不同的訴求導(dǎo)致安防必須是建立在穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，也因此，最新、最炫的技術(shù)往往會與安防無緣。
高清的“決定論”
那么整個監(jiān)控系統(tǒng)中，決定高清顯示質(zhì)量的因素有哪些呢?來自泰科投資有限公司安防設(shè)備亞太區(qū)視頻監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)理沈濤先生就此表示：就前端設(shè)備而言，決定其顯示質(zhì)量的因素有三個：鏡頭、傳感器以及圖像處理芯片。在此，筆者不妨再啰嗦幾句，沈濤先生僅僅是就前端設(shè)備而言，安防是一項系統(tǒng)性的工程，絕非只是一個前端而已，它包括采集、編碼、傳輸、儲存、解碼顯示五個方面，這五個方面都會對最終的顯示效果造成影響，其具體會對顯示造成怎樣的影響，請持續(xù)關(guān)注下文。
高清的優(yōu)勢
目前高清發(fā)展可謂一日千里，1080P已司空見慣，300萬及600萬像素攝像機也正撲面而來，而4K甚至1600萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機也已出現(xiàn)，這么高像素的攝像機會帶來什么優(yōu)勢呢?“4K攝像機可以在不改變攝像機數(shù)量、焦距、角度的條件下，大大提升畫面的清晰度，保留更多的畫面細節(jié)。”蘇州科達科技股份有限公司系統(tǒng)部副經(jīng)理鄢仁祥在面對上述問題時如此回答。
我們知道，畫面皆是由像素點組成，單位面積上的像素點越多，其圖像能呈現(xiàn)的細節(jié)便越豐富，畫面就越細膩;反之畫面便越粗糙，甚至呈現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。高清相對普通顯示而言，其優(yōu)勢正在于此。此外，高清還有一個優(yōu)勢非常實用，比方說相對1080P而言，4K在相同清晰度情況下，其監(jiān)控視野將是1080P的四倍，也就是說，在一些需要大范圍視野監(jiān)控的情況下，一臺4K攝像機的效果跟四臺1080P攝像機的效果幾乎等同，這不但節(jié)約成本，而且還提升了整個監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。
言及到此，筆者有必要先澄清一個認識誤區(qū)，即認為高清顯示只需高清的顯示設(shè)備便萬事大吉。正如杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司技術(shù)支持與服務(wù)部前端產(chǎn)品經(jīng)理徐萱呈所言：顯示設(shè)備只是一個終端，它并不創(chuàng)造圖像源，所以再高分辨率的顯示技術(shù)也要有相應(yīng)的高分辨率圖像源才有意義。
也就是說在高清顯示時，理想的狀態(tài)是顯示設(shè)備的分辨率與圖像源的分辨率一致，從而達成像素點的一一對應(yīng)。圖像源分辨率高于顯示設(shè)備分辨率時，在進行全屏顯示時，此時的圖像便處于壓縮狀態(tài)，其顯示質(zhì)量自然會有所損耗，若要讓像素點一一對應(yīng)，則必須將圖像進行電子放大，那么全屏?xí)r便不能完整顯示整個圖像源畫面了，要想看完整的畫面便需要對圖像進行拖動操作。而當(dāng)圖像源分辨率少于顯示設(shè)備分辨率時，雖然圖像源得以完整顯示，卻是在非全屏狀態(tài)下，若要全屏，需放大從而亦會導(dǎo)致圖像源的畫質(zhì)損失。說到底，高清顯示的美需要圖像源與顯示設(shè)備的適配方能成就。
普及路上的“攔路虎”
對于高清的普及，筆者喜聞樂見。然而高清并不僅僅只是前端攝像機能實現(xiàn)高清采集便作罷。“其實高清監(jiān)控是需要整個監(jiān)控系統(tǒng)配合來實現(xiàn)的，其中涉及到采集、編碼、傳輸、存儲及解碼顯示五個方面，高清的普及受到了來自這五個方面的限制”。浙江宇視科技有限公司IPC高級產(chǎn)品經(jīng)理陳乾先生如是說。那么，我們現(xiàn)在就來理一理高清普及路上的這五只“攔路虎”。
采集端
采集端即是作為前端的攝像機，就目前來看，200萬像素的攝像機從各方面的表現(xiàn)來看皆已較為成熟，那么具備300萬、500萬、4K甚至1600萬像素的攝像機其表現(xiàn)是否就會更好呢?非也!起碼不全是。低照度，在監(jiān)控行業(yè)目前所強調(diào)的全天候監(jiān)控中是必不可少的一項功能，據(jù)統(tǒng)計，90%以上的安全事故皆發(fā)生在夜晚或者光照不佳時，也因此，夜晚的監(jiān)控往往比白天的監(jiān)控緊要。而更高像素的攝像機在Sensor靶面面積所限的情況下，像素值越高，單個像素點的感光面積便越小，靈敏度便越低，說簡單點就是像素值越高(傳感器面積固定時)，其低照度效果便越差。這是一個無法兩全其美的矛盾體。只能讓時間去解決，給技術(shù)一點時間去突破。就像當(dāng)初1080P的低照度監(jiān)控被攻破一樣。
編碼
前端攝像機采集圖像的過程是一種光/電的轉(zhuǎn)化的過程，轉(zhuǎn)化的過程中還需對圖像進行編碼方能傳輸。編碼的目的是在圖像畫質(zhì)得以保證的前提下盡量降低碼率，以利于更快的進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，節(jié)約帶寬。
目前來看，最成熟的編碼技術(shù)仍然為H.264，然而，H.264本身亦在發(fā)展，對此，來自海康威視的徐萱呈表示：即便都是H.264編碼，依然存在H.264 Baseline Profile與H.264 Hight Profile的區(qū)別，后者相對前者能降低20%以上的碼率，盡管如此，當(dāng)前依然只有少數(shù)的一線廠商在使用H.264 Hight Profile編碼方式，這其中當(dāng)然包括海康威視。
目前在監(jiān)控行業(yè)中談到編碼技術(shù)時，你永遠也別想繞開H.265，筆者也不想免俗。其實H.265作為一個熱門話題已經(jīng)有相當(dāng)長一段時間了，下面筆者就用圖表的方式來簡要介紹下H.264與H.265的區(qū)別.
相對H.264，H.265在宏塊和變換塊上進行了提升，由H.264的4×4、8×8、16×16的宏塊類型中引入了32×32、64×64的宏塊類型，目的在于減少高清數(shù)字視頻的宏塊個數(shù)，減少用于描述宏塊內(nèi)容的參數(shù)信息，同時整形變換塊大小也相應(yīng)擴大，用于減少H.264中變換相鄰塊間的相似系數(shù)。此外還使用新的MV(運動矢量)預(yù)測方式，與H.264基于空間域的運動矢量預(yù)測方式不同，H.265擴充更加多的方向進行幀內(nèi)預(yù)測，同時將預(yù)測塊的集合由原來的空間域擴展到時間域及空時混合域，通過率失真準則計算后選擇最佳的預(yù)測塊。該方法在基本模式下測試，與H.264相同質(zhì)量的情況下，能得到平均為6.1%的壓縮增益，復(fù)雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。當(dāng)然這些僅僅是二者的一些不同，而非全部，其他的差異筆者在此不再詳述。一句話，在相同的畫質(zhì)顯示下，H.265編碼方式對帶寬的需求是H.264的一半。也就是說原本攝像機需要4Mbps的帶寬才能滿足其對畫質(zhì)需求，如今采用H.265的編碼方式后，只需2Mbps的帶寬便能滿足其相同的畫質(zhì)需求了。
傳輸
監(jiān)控行業(yè)中，圖像數(shù)據(jù)的傳輸跟編碼技術(shù)息息相關(guān)，傳輸與編碼相當(dāng)于河道與水的關(guān)系。目前而言，對完全基于局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)控來說，傳輸方面的問題不是很大，但多數(shù)情況下是需要進行遠程傳輸甚至接入公網(wǎng)的，此時便對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)形成挑戰(zhàn)。“一般傳輸1080P高清的H.264碼流，需要4Mbps左右的帶寬，而4K分辨率目前至少也需要12Mbps。”科達系統(tǒng)部副經(jīng)理鄢仁祥先生對筆者如此表示。
這么大的帶寬需求，倘若同時架設(shè)幾十臺的話，很明顯，傳輸網(wǎng)絡(luò)將會壓力山大。對此，泰科產(chǎn)品經(jīng)理沈濤表示，架設(shè)流媒體服務(wù)器，利用流媒體技術(shù)是一個較好的解決方案。來自宇視的陳乾亦表示了相類似的觀點，真是英雄所見略同，同時陳乾還強調(diào)，此時對所架設(shè)流媒體服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)性能、出入口帶寬都有較高的性能要求。
此外，攝像機本身具備的三碼流技術(shù)亦可對網(wǎng)絡(luò)帶寬起到節(jié)約作用，比如主碼流在局域網(wǎng)中依賴存儲設(shè)備做高碼率錄像存儲，子碼流可向手機等移動設(shè)備提供低分辨率與低碼流的視頻以作遠程監(jiān)控，而第三碼流則可任意設(shè)置分辨率、幀率以及碼流來向公網(wǎng)提供視頻預(yù)覽，前提是在不影響主碼流及子碼流的基礎(chǔ)上。當(dāng)然，這些方案皆是建立在當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施基礎(chǔ)之上，筆者以為，最佳的解決方案是對這些基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進行升級，但這個問題相當(dāng)復(fù)雜，不在本文討論范圍內(nèi)。
存儲
存儲設(shè)備在監(jiān)控行業(yè)的重要性是不言而喻的，甚至在某種程度上說，監(jiān)控的目的就是為了存儲，將視頻存儲、將圖片存儲以備日后檢索取證，從而在事前震懾犯罪。其實，監(jiān)控行業(yè)對存儲的需求一直如饑似渴。筆者試舉一例來詳細說明：假設(shè)給某路1080P視頻碼率設(shè)成4Mbps，每天存儲時間為10小時(多數(shù)情況下是24小時)，其錄像的保存時間為15天(業(yè)內(nèi)目前一般為30天)，那么需多大的存儲容量呢?總?cè)萘?4×3600×150×1.1/(8×1024)，其所需容量約為288.94GB，要知道筆者在存儲天數(shù)與每天的存儲時長上皆打了折扣，且只在一路監(jiān)控的情況下，而倘若是4K的話，還需翻倍。這么大的存儲容量需求幾乎已經(jīng)成為監(jiān)控行業(yè)的不能承受之痛。
筆者在對廠家的采訪中亦深有體會。泰科安防產(chǎn)品經(jīng)理沈濤先生對此語帶幽默地表示：整個安防行業(yè)都在為硬盤企業(yè)打工。沈濤先生此話雖是玩笑，但筆者能感覺出廠家背后的無奈。沈濤先生進一步解釋說，在目前的一些監(jiān)控工程的架設(shè)中，存儲設(shè)備的支出已經(jīng)占到整個監(jiān)控工程總支出的50%以上。
那么目前監(jiān)控行業(yè)該如何減輕對存儲的依賴?一般而言，對于整個監(jiān)控工程來講，并非對所有點的監(jiān)控都是重要的，因此，在施工調(diào)試的過程中，對一些重要位置的監(jiān)控可采取高清解決方案，而其他一些次要位置則可不用。此外，目前多數(shù)的前端攝像機都具備ROI功能，利用ROI功能去重點顯示畫面中的重要位置，其他位置則可相對忽略。“恰當(dāng)?shù)乩肦OI技術(shù)可節(jié)約大約20-30%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。”泰科產(chǎn)品經(jīng)理沈濤先生如是說。當(dāng)然，上面介紹的方式只在治標(biāo)絕非治本。治本的方法則是在編碼技術(shù)上的發(fā)展，比如H.265的普及或者其他更為先進的編碼技術(shù)的出現(xiàn)。當(dāng)然還有一種方式，那就是存儲設(shè)備便宜到人們對其不在乎的程度，此種情況或許不太可能出現(xiàn)，只是筆者的一廂情愿罷了。
解碼顯示
顧名思義，解碼顯示包括解碼與顯示兩個部分。“圖像采集作為前端是光/電轉(zhuǎn)化和編碼，后端顯示設(shè)備則是電/光轉(zhuǎn)換和解碼處理。”來自宇視顯控高級產(chǎn)品經(jīng)理鄭成富對筆者如此表示。也就是說，前端的采集是將光學(xué)圖像經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換成可通過電路傳輸?shù)男畔⒘鳎畔⒘鹘?jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸至后端的顯示設(shè)備，但顯示設(shè)備并不能直接顯示，而是需要將信息流進行解碼方能在顯示設(shè)備上展現(xiàn)出來。目前在解碼方面，對于1080P的解碼技術(shù)已經(jīng)成熟，而4K的解碼器不多且性能偏弱。
此外，鄭成富經(jīng)理同時表示，由于前端是基于CMOS技術(shù)，因此其像素提升很快，而作為后端的單體顯示設(shè)備，不論是LCD、DLP、LED均很難在顯示尺寸與單位像素密度上取得很好的平衡，也因此，其相對前端設(shè)備而言處于一種技術(shù)跟進狀態(tài)。
那么作為后端的顯示設(shè)備是否就無計可施了呢?非也。目前4K顯示器在家用電視及電影娛樂上已經(jīng)相當(dāng)廣泛，但由于監(jiān)控業(yè)的不同訴求(原因請參閱本文前述部分)，4K并未普及，業(yè)界對此的通常方案是采用拼接屏的方式來實現(xiàn)，比如要想完整顯示4K，可采用四臺1080P的顯示器通過拼接來達成。
技術(shù)是把雙刃劍
行文至此，筆者想來談?wù)勔恍┎皇穷}外話的題外話，那就是人類自身感覺器官的極限。我們知道，人類的眼睛有視覺暫停效應(yīng)，當(dāng)每秒有超過24張畫面進行切換時，人類便感覺不出期間的停頓，認為這是流暢的畫面，嚴格來說這是科技對人眼的一種“欺騙”。現(xiàn)在我們回到高清顯示上，人類的視覺同樣有其極限。
其中PPI即是每英寸所擁有的像素數(shù)目，當(dāng)PPI大于300以后，人眼便感覺不出差別了，也就是說，PPI為350與PPI為700對人眼來說是一樣的顯示效果，要知道將PPI由350提升至700從技術(shù)上講有相當(dāng)?shù)碾y度，但對人類的感知而言，這種提升相當(dāng)于在做無用功。但是回頭來看，這種提升就完全無用了嗎?非也，像素提升意味著更多畫面細節(jié)得以記錄，在智能分析以及事后的警察辦案審閱視頻等方面皆有諸多助益，只是這其中的平衡點需要人類用智慧去好好權(quán)衡，而絕非一根筋地將像素?zé)o止境提升那么簡單。
路漫漫其修遠兮
從前述的討論中，我們知道，高清監(jiān)控技術(shù)一路走來，絕非一帆風(fēng)順。“超高清的4K顯示是個全系統(tǒng)的工程，僅僅具備4K攝像機顯然不夠，從前端到傳輸帶寬、后端存儲、解碼和計算處理等皆需要相配合的提升。”來自四川艾普視達數(shù)碼科技有限公司產(chǎn)品專員曹錦如是說。是的，曹錦說得一點沒錯，高清監(jiān)控是一攬子的工程，貿(mào)然地提升至超高清監(jiān)控，將給用戶帶來難以承受的成本之重，特別是在當(dāng)下由于H.265解碼芯片成熟度不夠?qū)е挛幢粡V泛應(yīng)用的情況下更是如此，筆者對H.265滿懷期待，相信等到明后年便會被廣泛應(yīng)用，屆時怕是又要帶來一陣監(jiān)控攝像機清晰度的提升潮了。
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