在无止境追求高清监控的步伐中，4K，悄然靠近。进而，我们形成共识：4K，在塑造安防新未来。为此，本期《试点﹒调查》栏目邀请海康威视技术支持部产品经理程玮、大华股份产品经理汤杭峰、苏州科达产品经理胡宝建、浙江宇视IPC高级产品经理陈乾、天地伟业市场部邵长存、索尼安防业务市场部高级经理王懿哲六位专家，一同聊4K，话未来！
4K在安防面临的挑战
4K概念源于广电，在安防行业也是近两年才有其身影，比广电4K提出晚了两年。视频监控行业的清晰度标准是沿用电影及广播电视相关标准的，毕竟人们在娱乐上总是要比监控系统上更舍得投入，伴随着更高清晰度摄像机和显示设备的高速发展，4K这个词也不再作为电影行业标准的唯一叫法，4096×2160和3840×2160都可以称作4K。索尼王懿哲认为4096×2160这种4K分辨率在安防应用还过于超前，大多我们谈及的4K分辨率是3840×2160。他还补充说，4K是视频安防的新标准，但是4K成像绝非单纯地提升分辨率那么简单。4K扩展了视频安防摄像机潜在的应用领域，有助于推动安防和监控方式的整体转变。由于分辨率的提升使得监控区域变得更广，使监控人员能够提高对环境的观察能力，确保监控领域画面无所遗漏。有了这些优势，在特定的区域内，使用更少数量的摄像机就能够胜任安防监控全部任务，使得用户能够降低安装和使用成本。
安防行业在4K领域里的探索，首先是从显示设备上切入。而摄像机如雨后春笋冒出，是在2013年深圳安博会上，因此，我们探讨一个话题，4K摄像机的研发难点。索尼王懿哲观点是影响4K摄像机关键是镜头、图像处理技术和图像传感器，而海康威视观点与之相近，研发难点在于编码效率，配套镜头等配件产品等。科达胡宝建总结有几点：首先，如何让码流在现有的网络上传输更平滑，尽可能的适用于现有的网络条件；其次，如何降低延时；最后，4K超高清能够提供更多的图像细节，非常有利于提升视频智能分析的准确率。但是无论是提高4K摄像机的低照度效果，还是满足智能功能前移的发展趋势，其关键都是摄像机芯片运算能力的提升，这也是4K摄像机研发的难点。大华股份汤杭峰也谈到了此话题，他说4K摄像机晚上低照图像效果不尽如人意。然目前索尼、OV、镁光等厂商已经推出了支持4K的sensor，但因为市场需求较小，4K sensor型号有限，还不是芯片厂商发力的重点。由于4K 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。这是目前各个安防厂家碰到的且暂时无法改变的现状。此外，在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4K摄像机，通过H.264HighProfile编码也还需要10M-12M的码流。这么大的码流严重影响了4K整个项目解决方案的推广。
即便产品已经成熟，但市场的认知接受还是一个过程。采访中宇视陈乾认为4K要在安防行业普及，存在三个问题。
低照问题
在正常光照环境下4K摄像机能提供更高清晰度的图像，细节还原更贴近真实，但受限于Sensor靶面的面积，随着像素点数量增加，单个像素点的感光面积减小，所以在低照度成像上4K不如1080P。在星光级低照概念深入人心的今天，4K无法在低照度下呈现良好的图像效果，这是一个重要问题，目前只能通过补光来解决。
码流问题
目前H.265技术虽然名声在外，但还未真正成熟，4K+H.265编码还只在探索阶段，并不能真正投入使用，所以我们依然在用H.264作为主流高清编码技术，4K摄像机的码流还处在8～10M左右。更大的码流势必会带来更大的存储需求，而且对存储设备的并发写入/读取性能也提出了更高的要求，这势必会对于4K超高清摄像机的大规模普及带来阻碍。
解码问题
目前的高清解码器普遍以1080P解码输出为主，4K解码才刚起步不久。能并发解16路1080P图像的解码器已经非常成熟，但能并发解16路4K图像的解码器还离我们非常遥远，此外在图像显示上，由于成本等因素，4K大屏还未能在安防界大范围使用，目前比较能接受的是通过四块1080P大屏拼接来.解决4K图像显示问题，但就用户体验来讲，自然不如单块4K大屏显示。
海康威视认为4K想要规模化应用，除了要解决本身价格成本的问题之外，首先，需要配备齐全的系统配套产品，如解码器、NVR、大屏等，能实现一整个系统的4K应用，否则只有前端是4K像素，并不是真正的4K系统；其次，需要有高效的编码算法来解决4K超高清的带宽和存储成本，但现在已经有部分厂家已经有一些自主编码算法可以将高清码率降低一半以上，而未来支持H.265的4K芯片出来后，4K的存储和带宽都将不成为问题；最后，还有一些4K摄像机的配件可能会被忽略，如镜头，摄像机芯片已经达到了4K分辨率，而市面上配套的4K镜头却不多，筒机和半球这种内置镜头更少，即使有，一般以国外品牌为主，成本也是很高的，因此市面上以4K枪机为主，筒机和半球较少，但现在已经有部分国内厂家拥有自主研发设计镜头的能力，可以大幅降低整机成本。
科达认为4K市场普及要看到几点：
1、4K摄像机配套的镜头至少需要达到800W以上解像力，才能充分呈现4K的效果，但目前真正能达到800W以上解像力的镜头不多而且成本较高，适合安防应用的、支持变焦的机芯镜头则更少。
2、虽然现在不少安防厂商都已经推出了4K产品，但是多数还是前端摄像机系列，后端的存储以及显示环节的产品少之又少，但4K不是解决了前端就OK了，它是一个系统性的问题，需要前后端匹配起来。目前能够提供整体端到端4K产品级解决方案的厂家并不多，而能够针对细分垂直行业，提供4K行业级系统方案的厂家就更少了。
3、根据目前主流的H.264编码技术，4K分辨率正常25帧的帧率下，需要占用16M的带宽，这对网络承载能力、存储、媒体流转发都带来了很大的压力，需要依赖H.265编码技术的成熟。
4、同样靶面大小的芯片，像素越高，感光性能就会越差，4K摄像机的低照度效果普遍低于同等规格的1080P摄像机，但目前需要24小时监控的场景越来越多，对摄像机的低照度要求也越来越高。
天地伟业邵长存回答说，目前4K技术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。而现有的编码算法H.264从其发布至今已经有十多个年头了，但在未来的超高清时代，H.264可能需要8-16M的超大码率才能保证图像质量。在这样的背景下，需要有比H.264更高效的视频压缩标准来进一步推动视频高清化的发展。最新的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，换言之：相同视频质量下，H.265所需要的传输带宽或者存储空间仅为H.264的一半左右。
4K技术要想真正应用在视频监控行业，还有很长的路要走。因为4K要解决的不是单个产品，而是要覆盖采、传、存、显、控，从前端至后端的一整套的解决方案。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。
4K摄像机面临的问题
图像采集、带宽、码流、编解码、存储、低照度、镜头、传感器、一站式解决方案们如此之近，却又出现距离，或许，需要给予企业和市场足够的耐心。
4K在安防市场应用
4K是未来，对于安防，最大的改变是图像更加丰富、清晰，可以为用户创造新价值，也挖掘新的利润增长点，毕竟100万或200万的高清摄像机，已到白菜价。因此，探讨4K在安防应用也就顺理成章。大华股份采访中详细说到，4K显示技术的出现，既改变了人们的视觉感受，又拉近了人类的观影距离。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2013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800万像素以上的CMOS传感器的推出，4K摄像机也逐渐开始普及，尤其是巴西世界杯和索契冬奥会等体育盛会采用4K分辨率视频图像输出，把4K技术再次被推到舆论的制高点。现在4K摄像机和4K的整个项目解决方案在交通、医疗、金融、体育赛事等领域有典型案例。随着H.265编码技术方案的推进，4K摄像机价格势必会下降很多，如果价格接近于现在的普通高清网络摄像机价格，那4K摄像机的市场容量可想而知，它能迅速渗透到各个中高端细分行业市场甚至是渠道分销市场。
天地伟业认为2014年，超高清分辨率仅占安防行业的3%，虽然在市面上4K已经出现1年多了，3百万更是上市了多年，但他们在14年的实际占有率确实不足万分之一。这是因为 普及4k需要高清的4K显示设备,而显示需要支持4K的解码配套产品，需要庞大的存储支持。这一切因为H.265编码技术的问世将使得4K的应用范围得以提升。超高清的覆盖率将有望达到10%，而4K的市场占有率也会有大幅度的提升。
和当初1080p推出之初一样，4K目前的应用主要用于室外的监控，提供更大的视场角，同时兼顾到更多的细节，比如说体育场。传统的高清摄像机，安装在高处俯瞰一片区域时，如果想看清楚一处的细节，虽然可以对特定地方进行局部放大，但是要牺牲一些清晰度。而4K则提升了一个档次，在不损失分辨率和清晰度的基础上，可以看清任何细节，能看到更广阔的场景，非常适合于城市监控和物流运输领域来应用。再加上1台4K摄像机可以替代多台传统摄像机，不仅降低整体方案的成本，包括施工成本，而且监控没有任何盲点。不得不提的是，运用4K技术还有助于对视频录像的数据收集和分析。例如，可以捕捉到目标更精确的行进路线。足够高的分辨率可以对多种智能分析提供强有力的支持，例如车牌抓拍，提供更精确的辨识，减少错误报警。4K还有助于在拥挤人群中，快速准确地定位目标，并提供周界防护。在智慧城市项目中，4K依靠超宽的视角，可以监控多条车道。
4K监控应用场景
全景监控、平安城市、超宽车道、体育馆、公安指挥调度中心、电子卡口、机场航道4K，有着改变视界的力量，是大势所趋。只因为，用户对清晰度的追求永远是没有止境。
H.265支撑4K
天地伟业邵长存说4K相当于4个1080p的分辨率，因此所占用的存储空间也会是1080P的4倍。H.265的问世将会大大降低因分辨率提升而带来的巨大的存储成本和网络压力。
大华股份认为最新H.265标准基本继承了H.264的框架，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。目前200万、300万、400万、500万H.265摄像机已经在多家安防知名企业率先登陆市场。由于目前H.265芯片方案限制，其像素最高只支持500万像素，所以H.265编码的4K摄像机到现在都未诞生。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。几个知名平台厂家也都在大力研究支持超高像素的H.265芯片并取得的明显进展，只是还没有到批量生产阶段。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。未来两年H.265编码的4K产品将会在市场得到广泛应用，特别是类似平安城市、医疗、金融等高端行业用户。4K技术视频应用结合图侦系统做更高精度的数据挖掘，提升了视频的监控效果，使画面的细节更加突出。图侦系统中常用特征检索、图像浓缩等功能在4K技术的加入后它的准确性、易用性会得到更大的提升。这也将推动整个安防监控行业技术变革，加快智慧城市建设步伐。
不过，记者在索尼新品发布会上说及此，他们有不同看法。王懿哲说4K摄像机如果基于索尼独特的带宽解决方案，运用智能编码和智能剪裁技术，是可以在H.264编码技术支撑下，提供稳定可靠的4K摄像机产品。
结束语
关于4K在安防，话题太多，就如此次调查，其实还有企业精彩的回答并未在文中体现。总而言之，4K值得我们探索和关注，他是我们行业新未来。
