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未来超高清视频监控技术的解决之道

2017/3/24 20:54:42      点击:

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 人们对于清晰度的追求是永无止境的,这个从目前铺天盖地的4K电视广告中可见一斑。4K电视之所以能在一夜之间成为人们关注的焦点,一部分原因是人们对于新兴技术的好奇,更多的原因在于4K技术带来前所未有的超高清视觉体验。

  不仅在民用电视行业,在视频监控领域,人们对于清晰度的追求同样从未停步。在2010年之前,视频监控还处于“标清时代”,监控系统大都采用标清摄像机,其D1的画质越来越难以满足用户对清晰度的需求。从2010年开始,视频监控大步跨入“高清时代”,1080P和720P高清摄像机取代了原来的标清摄像机,高清画质得到了用户的广泛认可,“高清改造”也成为了这一阶段视频监控领域最热的词。然而,当人们还沉浸在“高清时代”带来全新的视觉体验时,安防业界的大厂商们都相继推出了4K超高清摄像机,NHK作为安防产业上游厂家也已经开发出了一款8K的CMOS图像传感器送彩金200的网站大白菜,并在今年5月举行的“NHK技研展2014”上进行了公开展示,这一切似乎都预示着“超高清时代”渐行渐近。

  超高清监控技术的优越性

  以4K为例,国际电信联盟对4K超高清的定义是:水平像素值为3840,垂直像素值为2160,宽高比16:9,总约830万像素。从定义中可以看出4K的分辨率是1080P的4倍,是720P的9倍。如果分别用4K摄像机和1080P摄像机去拍摄相同视场角下的同一场景,4K摄像机会用4倍于1080P摄像机所用的信息量去还原场景,画面自然更清晰、更贴近真实。如图1所示,1080P图像中远处的车牌信息已经模糊,而4K图像中依然可以清晰分辨。

送彩金200的网站大白菜   另外还有两个不那么明显的优势是从使用的角度来讲。一方面,由于4K画面的信息量是1080P的四倍,基于更多的信息量,就能实现更准确的智能分析,4K一旦大规模部署,智能分析的准确率就能上升一个新台阶,而且也会有更丰富更令人惊喜的智能应用得以实现;另一方面,在保证相同清晰度的情况下,4K摄像机覆盖的区域其实是1080P摄像机覆盖区域的4倍,也就是说在一个场景中,如果你觉得1080P的画面足够清晰了,你可以用一台4K摄像机替换掉4台1080P摄像机,节省点位数量从而降低整体成本。

  亟待突破的技术壁垒

送彩金200的网站大白菜   虽然好处多多,但超高清技术是否真的已经成熟了呢?超高清摄像机是否可以大规模投入使用了呢?其实不然!超高清监控从来都不只是监控摄像机的超高清,而应该是整个监控系统的超高清,其涉及到采集、编码、传输、存储、解码显示五个方面,进入“超高清时代”仍存在很多的技术壁垒需要攻破,这主要体现在五个方面。

  采集——超低照度时,彩色图像效果不佳

送彩金200的网站大白菜   以4K为例。从4K的定义中可以很明显看到的一点是,由于Sensor上集成像素点的增加,在正常光照环境下4K摄像机能提供更高清的图像,细节还原更贴近真实。但受到Sensor靶面面积的限制,随着像素点数量增加,单个像素点的感光面积反而减小,所以在超低照度成像上4K摄像机远远不如目前的1080P摄像机,这是目前所有4K摄像机面临的一个关键问题。自然,8K摄像机的彩色超低照成像效果会更不尽如人意。

  编码——H.265芯片限制

送彩金200的网站大白菜   从技术方面来讲,H.265标准是在现有的主流视频编码标准H.264的基础上做了升级:保留成熟的技术,同时对一些其他的技术进行改进,旨在低带宽下传输更高质量的视频流。结果表明,在压缩率上H.265相较于H.264提高了近一倍,即仅需原先的一半带宽即可传输相同质量的视频,同时H.265标准也完美满足4K和8K超高清视频的传输编码需求。可以说,H.265标准让视频编码跟上了采集端与显示端的“超高清化”的脚步。

  但即便H.265编码技术已经日渐成熟,在H.265编码技术的落脚点——芯片上,却还存在诸多掣肘:一方面,H.265技术新出来不久,市场化比较低,很多芯片厂商都只是试水这个市场,并未大规模投入生产;另一方面,就目前已发布的几款H.265芯片来看,相关的软硬件成本偏高,还涉及到大量的研发及测试成本,性价比达不到用户的要求,还不能被市场接受。所以我们目前依然在用以H.264为主流的高清编码技术,H.265技术要成为主流仍需待以时日。

送彩金200的网站大白菜   H.264已经是非常成熟的编码标准了,特别是H.264HighProfile能把主流的1080P高清视频流压缩成4M甚至2M的码流进行传输,效果非常不错,可一旦前端全部升级到超高清摄像机之后,以4K举例,通过H.264HighProfile编码也还需要至少10M的带宽,

  对于这么大的码流,仅一路实况加一路存储,已经让监控网络望而却步了。若一旦发生突发事件,更多的客户端来并发请求某一路实况流,传统的流媒体架构会出现很大的性能问题,流媒体服务器的转发性能、出入口带宽都亟待提高。在很多行业中,监控系统还有明显的上下级架构,以金融行业为例,在总行与分行、分行与各网点之间就是最常见的上下级域关系,目前的情况是大部分的域间带宽不足,不能支持多路4K码流的调用,4K应用要进入这些行业需要对基础网络做整体升级。