4K、2K這些名詞在時下年輕人的口中常常出現，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司空見慣，各知名電視品牌都已經推出了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。那么高清在我們當下正要討論的監控行業是怎樣一種態勢呢?沒人能否定高清亦已是監控行業的一種趨勢。
選擇高清的“一千個理由”
何為高清
在討論高清前，筆者先來談談何為高清?在監控行業中，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準有點低，因為他們的手機分辨率都已經超過HD了。其實這是因為安防行業跟電影電視等娛樂行業的訴求不同導致的。相對而言，安防行業在此領域內會比娛樂行業慢半拍，娛樂行業永遠追求的是最新最炫的視覺音影震撼，而安防業追求的是穩定的應用效果;設計之初，電視往往是基于每天8小時的工作時限而設計，安防則是24小時。這些不同的訴求導致安防必須是建立在穩定的基礎之上，也因此，最新、最炫的技術往往會與安防無緣。
高清的“決定論”
那么整個監控系統中，決定高清顯示質量的因素有哪些呢?來自泰科投資有限公司安防設備亞太區視頻監控產品經理沈濤先生就此表示：就前端設備而言，決定其顯示質量的因素有三個：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備而言，安防是一項系統性的工程，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，請持續關注下文。
高清的優勢
目前高清發展可謂一日千里，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1600萬像素的網絡攝像機也已出現，這么高像素的攝像機會帶來什么優勢呢?“4K攝像機可以在不改變攝像機數量、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。”蘇州科達科技股份有限公司系統部副經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，其圖像能呈現的細節便越豐富，畫面就越細膩;反之畫面便越粗糙，甚至呈現馬賽克現象。高清相對普通顯示而言，其優勢正在于此。此外，高清還有一個優勢非常實用，比方說相對1080P而言，4K在相同清晰度情況下，其監控視野將是1080P的四倍，也就是說，在一些需要大范圍視野監控的情況下，一臺4K攝像機的效果跟四臺1080P攝像機的效果幾乎等同，這不但節約成本，而且還提升了整個監控系統的穩定性及可靠性。
言及到此，筆者有必要先澄清一個認識誤區，即認為高清顯示只需高清的顯示設備便萬事大吉。正如杭州海康威視數字技術股份有限公司技術支持與服務部前端產品經理徐萱呈所言：顯示設備只是一個終端，它并不創造圖像源，所以再高分辨率的顯示技術也要有相應的高分辨率圖像源才有意義。
也就是說在高清顯示時，理想的狀態是顯示設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。圖像源分辨率高于顯示設備分辨率時，在進行全屏顯示時，此時的圖像便處于壓縮狀態，其顯示質量自然會有所損耗，若要讓像素點一一對應，則必須將圖像進行電子放大，那么全屏時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。而當圖像源分辨率少于顯示設備分辨率時，雖然圖像源得以完整顯示，卻是在非全屏狀態下，若要全屏，需放大從而亦會導致圖像源的畫質損失。說到底，高清顯示的美需要圖像源與顯示設備的適配方能成就。
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高清采集便作罷。“其實高清監控是需要整個監控系統配合來實現的，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高級產品經理陳乾先生如是說。那么，我們現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是否就會更好呢?非也!起碼不全是。低照度，在監控行業目前所強調的全天候監控中是必不可少的一項功能，據統計，90%以上的安全事故皆發生在夜晚或者光照不佳時，也因此，夜晚的監控往往比白天的監控緊要。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，給技術一點時間去突破。就像當初1080P的低照度監控被攻破一樣。
編碼
前端攝像機采集圖像的過程是一種光/電的轉化的過程，轉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得以保證的前提下盡量降低碼率，以利于更快的進行網絡傳輸，節約帶寬。
目前來看，最成熟的編碼技術仍然為H.264，然而，H.264本身亦在發展，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的區別，后者相對前者能降低20%以上的碼率，盡管如此，當前依然只有少數的一線廠商在使用H.264 Hight Profile編碼方式，這其中當然包括海康威視。
目前在監控行業中談到編碼技術時，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有相當長一段時間了，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字視頻的宏塊個數，減少用于描述宏塊內容的參數信息，同時整形變換塊大小也相應擴大，用于減少H.264中變換相鄰塊間的相似系數。此外還使用新的MV(運動矢量)預測方式，與H.264基于空間域的運動矢量預測方式不同，H.265擴充更加多的方向進行幀內預測，同時將預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測塊。該方法在基本模式下測試，與H.264相同質量的情況下，能得到平均為6.1%的壓縮增益，復雜圖像的壓縮增益甚至能提高到20%。當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需求了。
傳輸
監控行業中，圖像數據的傳輸跟編碼技術息息相關，傳輸與編碼相當于河道與水的關系。目前而言，對完全基于局域網內的視頻監控來說，傳輸方面的問題不是很大，但多數情況下是需要進行遠程傳輸甚至接入公網的，此時便對基礎網絡形成挑戰。“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。”科達系統部副經理鄢仁祥先生對筆者如此表示。
這么大的帶寬需求，倘若同時架設幾十臺的話，很明顯，傳輸網絡將會壓力山大。對此，泰科產品經理沈濤表示，架設流媒體服務器，利用流媒體技術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，此時對所架設流媒體服務器的轉發性能、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亦可對網絡帶寬起到節約作用，比如主碼流在局域網中依賴存儲設備做高碼率錄像存儲，子碼流可向手機等移動設備提供低分辨率與低碼流的視頻以作遠程監控，而第三碼流則可任意設置分辨率、幀率以及碼流來向公網提供視頻預覽，前提是在不影響主碼流及子碼流的基礎上。當然，這些方案皆是建立在當下的網絡設施基礎之上，筆者以為，最佳的解決方案是對這些基礎的網絡設施進行升級，但這個問題相當復雜，不在本文討論范圍內。
存儲
存儲設備在監控行業的重要性是不言而喻的，甚至在某種程度上說，監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，監控行業對存儲的需求一直如饑似渴。筆者試舉一例來詳細說明：假設給某路1080P視頻碼率設成4Mbps，每天存儲時間為10小時(多數情況下是24小時)，其錄像的保存時間為15天(業內目前一般為30天)，那么需多大的存儲容量呢?總容量=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與每天的存儲時長上皆打了折扣，且只在一路監控的情況下，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成為監控行業的不能承受之痛。
筆者在對廠家的采訪中亦深有體會。泰科安防產品經理沈濤先生對此語帶幽默地表示：整個安防行業都在為硬盤企業打工。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，在目前的一些監控工程的架設中，存儲設備的支出已經占到整個監控工程總支出的50%以上。
那么目前監控行業該如何減輕對存儲的依賴?一般而言，對于整個監控工程來講，并非對所有點的監控都是重要的，因此，在施工調試的過程中，對一些重要位置的監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。“恰當地利用ROI技術可節約大約20-30%的網絡帶寬。”泰科產品經理沈濤先生如是說。當然，上面介紹的方式只在治標絕非治本。治本的方法則是在編碼技術上的發展，比如H.265的普及或者其他更為先進的編碼技術的出現。當然還有一種方式，那就是存儲設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，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/電轉化和編碼，后端顯示設備則是電/光轉換和解碼處理。”來自宇視顯控高級產品經理鄭成富對筆者如此表示。也就是說，前端的采集是將光學圖像經過編碼轉換成可通過電路傳輸的信息流，信息流經由網絡傳輸至后端的顯示設備，但顯示設備并不能直接顯示，而是需要將信息流進行解碼方能在顯示設備上展現出來。目前在解碼方面，對于1080P的解碼技術已經成熟，而4K的解碼器不多且性能偏弱。
此外，鄭成富經理同時表示，由于前端是基于CMOS技術，因此其像素提升很快，而作為后端的單體顯示設備，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，其相對前端設備而言處于一種技術跟進狀態。
那么作為后端的顯示設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相當廣泛，但由于監控業的不同訴求(原因請參閱本文前述部分)，4K并未普及，業界對此的通常方案是采用拼接屏的方式來實現，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。
技術是把雙刃劍
行文至此，筆者想來談談一些不是題外話的題外話，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，當每秒有超過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目，當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從技術上講有相當的難度，但對人類的感知而言，這種提升相當于在做無用功。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衡，而絕非一根筋地將像素無止境提升那么簡單。
路漫漫其修遠兮
從前述的討論中，我們知道，高清監控技術一路走來，絕非一帆風順。“超高清的4K顯示是個全系統的工程，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碼科技有限公司產品專員曹錦如是說。是的，曹錦說得一點沒錯，高清監控是一攬子的工程，貿然地提升至超高清監控，將給用戶帶來難以承受的成本之重，特別是在當下由于H.265解碼芯片成熟度不夠導致未被廣泛應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用，屆時怕是又要帶來一陣監控攝像機清晰度的提升潮了。
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