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4K高清監控時代的機遇與挑戰
 

[導讀]4K高清攝像機帶來的最大最直觀的核心價值就是圖像更加清晰,細節更加豐富,但這僅僅存在于前端的碼流采集環節,一個完整的超高清視頻監控系勢必還包含著碼流采集之后的碼流帶寬、碼流傳輸、碼流管理以及碼流呈現等環節,因此4K超高清監控帶來的機遇并不如看上去的那么美麗……

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  在剛剛結束的2014年美國拉斯維加斯安防展上,不少知名的安防廠商都展示出了最新的4K高清網絡攝像機,即800萬像素網絡高清攝像機,并明確在年內將會投放市場。在2013年各大液晶電視廠商熱火朝天地主推4K電視之后,從不與各種IT和數碼前沿技術脫鉤的安防行業也在今年給客戶帶來了新的熱點——4K攝像機,意圖在殺得昏天黑地的720P/1080P高清攝像機市場紅海里開辟一條新的道路,脫穎而出,進而創造一片藍海。

  常見的分辨率有3840×2160和4096×2160像素2種規格,而“4K”名稱則是得自其水平方向的像素數。當前,最為常見的4K分辨率規格是3840×2160。從上述規格上明顯可以計算出,4K分辨率下總的像素數量達到8294400個像素點,也就大約是800萬像素,這就意味著其圖像清晰度是720P的8倍,是全高清1080P的4倍。

  如果從圖像分辨率這一維度來看,2008年之前市場還是基本以模擬為主,分辨率也就是在VGA(640×480)相當的水平,后來隨著編碼器和標清網絡攝像機的出現,分辨率達到了4CIF(704×576)或D1(720×5764),再然后就是高清網絡攝像機的出現,分辨率達到了720P(1280×720)和全高清1080P(1920×1080),過去一兩年市場也出現了300萬像素和500萬像素的網絡攝像機,而到了今年,則推出了4K分辨率的800萬像素攝像機。如果再加以時間軸的方式來看待從模擬到4K攝像機出現的時間點的話,我們一定可以很明確地感受到摩爾定律的存在,盡管摩爾定律最早是應用在CPU芯片領域的,但如今的安防行業自從與IT技術和電子技術密切之后,自然而然就在潛移默化之中印證了IT和電子行業那亙古不變的市場發展規律了。

  4K攝像機:圖像更加清晰,細節更加豐富

  那么,4K攝像機的出現對于安防業界來說,帶來了何種機遇了?在筆者看來,4K高清攝像機帶來最大最直觀的核心價值就是圖像更加清晰,細節更加豐富,從而可以創造出更多的客戶需求,那么對于安防廠商就意味著更多的市場機會,挖掘出一個新的營收或是利潤的增長點,因為在現階段安防市場上的100萬或者200萬像素網絡高清攝像機的競爭已經趨于白熱化,大有逐漸商品化的趨勢。

  4K帶來的市場機遇顯而易見,因為對于國內大部分客戶來講,更高的分辨率總是會奪人眼球,讓人欲罷不能。但是如果靜下心來,仔細地思考下一個4K高清監控從前端到后端的全局系統,卻發現4K高清攝像機雖好,但這僅僅存在于前端的碼流采集環節,一個完整的超高清視頻監控系勢必還包含著碼流采集之后的碼流帶寬、碼流傳輸、碼流管理以及碼流呈現環節,因此4K超高清監控帶來的機遇并不像看上去的那么美麗。目前,對于提供4K超高清網絡攝像機的廠商來說,還有很多的現實挑戰亟需去克服和解決,下面我們一一道來。

  4K攝像機廠商面臨哪些挑戰?

  首先,4K超高清的分辨率必然帶來了更高的碼流帶寬,在目前200萬像素高清攝像機的碼流普遍在4-6Mbps的情況下,4K超高清網絡攝像機的碼流預計應該在10-15Mbps左右,那么要想應對更高的碼流帶寬,勢必就要提高網絡中無論是接入層交換機還是核心交換機所需的交換和處理能力。

  其次,在碼流傳輸方面,4K攝像機廠商需考量的是,有沒有辦法在保證4K圖像質量的情況下降低碼流的帶寬,或者說在某些傳輸的環節或鏈路上降低碼流帶寬了?對于前者的應對方式,目前看來H.265的應用會是比較好的選擇,但H.265編碼技術當前還比較新穎,市場化程度比較低,相關的軟硬件的成本都相對較高昂,而且還需要投入大量的研發和人力進行開發和測試;對于后者的解決方式,也就是說將傳輸鏈路環節進行改善,因為攝像機的碼流一般來說要么是先發送到流媒體服務器或存儲服務器,然后再發送到解碼器或客戶端,或者是直接發送到解碼器或客戶端。

  那么有沒有可能在碼流從服務器發送到解碼器或客戶端,或者從攝像機到解碼器或客戶端這段鏈路上降低下碼流但不損失畫質?因為從攝像機到服務器這一鏈路上的碼流必須要得到保證,因為這一鏈路的碼流將涉及到碼流的錄像,而我們總是希望錄像的畫質是最好的,以利于后期的視頻調查。

  需要指出的是,這里考量的解決方式是需要以不損失畫質為前提,即要保證碼流在傳輸到客戶端或解碼器端時仍然可以給客戶呈現4K畫質的效果,所以采用多碼流的機制在這種要求下是行不通的,而且采用較低分辨率的多碼流方式也違背了客戶當初采購4K分辨率攝像機希望獲得更加視頻畫質的初衷,因為客戶不僅僅需要前端的4K攝像機來采集,還需要端坐在客戶端電腦面前時體驗到4K的畫質。

  再次,4K分辨率的碼流在采集后我們還需要去保留它,也即是需要存儲,那這就涉及到碼流管理部分了。當然,前述對于碼流傳輸壓力降低的應對之道,其實質也應該算到碼流管理部分來。因此,結合這兩大任務,4K攝像機帶來的后端碼流管理的壓力十分之大,也就是說對后端的視頻管理平臺的壓力提出了嚴峻的挑戰。以存儲為例,之前大部分的視頻管理平臺都是應對的標清碼流和1百萬及2百萬的高清碼流,但到了4K分辨率的超高清碼流,面對這么大的數據流,如何存儲,如何去索引,關系到視頻管理平臺的穩定性和易用性。直觀上看,數據越大,對于視頻管理平臺數據庫的要求就越高,針對存儲錄像的索引系統必須設計的更為精妙和高效才可,否則就一定會出現延遲和緩慢的4K視頻錄像調用,而且在播放時將會十分卡頓。

  最后,碼流呈現環節的挑戰。如前所述,客戶購買4K網絡超高清攝像機,實際上最原始的購買動機是希望肉眼能夠體驗到4K分辨率的畫質**,所以,如果不能將4K攝像機的碼流完美的展現出來,那就真是白白浪費了前端的能力。這里的所說的碼流呈現,并不是簡單的將4K碼流解碼投射到4K顯示器之上,其還包括了視頻管理平臺如何在客戶端上解碼4K視頻圖像的策略,要知道,目前主流的顯示設備,無論是監視器還是顯示器,都是以1080P為主,也就是只有200萬像素,4K的監視器在行業內少只有少,而且成本高高在上,那視頻管理平臺必須解決的問題是如何在只有1080P分辨率的顯示設備上呈現4K網絡攝像機的碼流?即使實現了呈現,如何能做的更為高效,畢竟4K分辨率圖像的解碼需要占據大量的CPU、內容和顯卡資源?另外就是對客戶端或者說解碼設備的硬件要求不高?目前來說4K顯卡的成本也不算便宜,一定會占據了一臺客戶端電腦的成本構成中的很大一塊,那么在客戶預算有限之時,如何幫助客戶節省成本?

  所以,對于那些正在選擇4K高清解決方案的朋友,我想說的是:前端容易,后端不易,且看且定奪。4K超高清攝像機的出現確實讓人為之振奮,但不能僅僅被前端攝像機漂亮的技術指標所遮蔽,要從眾多4K攝像機廠商中挑選出最佳效果的那個一定需要考慮該廠商是否有后端的碼流管理及呈現能力,或者簡單的說,就是看有沒有與之配套的最佳拍檔——優異的視頻管理平臺。以這個標準來看的話,能夠滿足這一要求的的廠商并不多,因為它要求廠商不僅能提供前端硬件,還要能提供后端軟件與之完美配合。而作為安防業界新勢力的威智倫公司,則是這一標準之下的最佳候選者。近年來其以超高清視頻監控端到端整體化解決方案而聲名鵲起,在4K及更高分辨率(最高達2900萬像素)的超高清視頻監控方面已深耕多年,獨樹一幟,并且成熟穩定,公司業績的高速發展便是明證。

 

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