4K高清监控时代的机遇与挑战

2020-09-16 09:35:10 4khdmi 2

4K高清摄像机带来的最大最直观的核心价值就是图像更加清晰,细节更加丰富,但这仅仅存在于前端的码流采集环节,一个完整的超高清视频监控系势必还包含着码流采集之后的码流带宽、码流传输、码流管理以及码流呈现等环节,因此4K超高清监控带来的机遇并不如看上去的那么美丽。目前,对于提供4K超高清网络摄像机的厂商来说,还有很多的现实挑战亟需去克服和解决。
在刚刚结束的2014年美国拉斯维加斯安防展上,不少知名的安防厂商都展示出了最新的4K高清网络摄像机,即800万像素网络高清摄像机,并明确在年内将会投放市场。在2013年各大液晶电视厂商热火朝天地主推4K电视之后,从不与各种IT和数码前沿技术脱钩的安防行业也在今年给客户带来了新的热点——4K摄像机,意图在杀得昏天黑地的720P/1080P高清摄像机市场红海里开辟一条新的道路,脱颖而出,进而创造一片蓝海。
常见的分辨率有3840×2160和4096×2160像素2种规格,而“4K”名称则是得自其水平方向的像素数。当前,最为常见的4K分辨率规格是3840×2160。从上述规格上明显可以计算出,4K分辨率下总的像素数量达到8294400个像素点,也就大约是800万像素,这就意味着其图像清晰度是720P的8倍,是全高清1080P的4倍。
如果从图像分辨率这一维度来看,2008年之前市场还是基本以模拟为主,分辨率也就是在VGA(640×480)相当的水平,后来随着编码器和标清网络摄像机的出现,分辨率达到了4CIF(704×576)或D1(720×5764),再然后就是高清网络摄像机的出现,分辨率达到了720P(1280×720)和全高清1080P(1920×1080),过去一两年市场也出现了300万像素和500万像素的网络摄像机,而到了今年,则推出了4K分辨率的800万像素摄像机。如果再加以时间轴的方式来看待从模拟到4K摄像机出现的时间点的话,我们一定可以很明确地感受到摩尔定律的存在,尽管摩尔定律最早是应用在CPU芯片领域的,但如今的安防行业自从与IT技术和电子技术密切之后,自然而然就在潜移默化之中印证了IT和电子行业那亘古不变的市场发展规律了。
一、4K摄像机:图像更加清晰,细节更加丰富
那么,4K摄像机的出现对于安防业界来说,带来了何种机遇了?在笔者看来,4K高清摄像机带来最大最直观的核心价值就是图像更加清晰,细节更加丰富,从而可以创造出更多的客户需求,那么对于安防厂商就意味着更多的市场机会,挖掘出一个新的营收或是利润的增长点,因为在现阶段安防市场上的100万或者200万像素网络高清摄像机的竞争已经趋于白热化,大有逐渐商品化的趋势。
4K带来的市场机遇显而易见,因为对于国内大部分客户来讲,更高的分辨率总是会夺人眼球,让人欲罢不能。但是如果静下心来,仔细地思考下一个4K高清监控从前端到后端的全局系统,却发现4K高清摄像机虽好,但这仅仅存在于前端的码流采集环节,一个完整的超高清视频监控系势必还包含着码流采集之后的码流带宽、码流传输、码流管理以及码流呈现环节,因此4K超高清监控带来的机遇并不像看上去的那么美丽。目前,对于提供4K超高清网络摄像机的厂商来说,还有很多的现实挑战亟需去克服和解决,下面我们一一道来。
二、4K摄像机厂商面临哪些挑战
首先,4K超高清的分辨率必然带来了更高的码流带宽,在目前200万像素高清摄像机的码流普遍在4-6Mbps的情况下,4K超高清网络摄像机的码流预计应该在10-15Mbps左右,那么要想应对更高的码流带宽,势必就要提高网络中无论是接入层交换机还是核心交换机所需的交换和处理能力。
其次,在码流传输方面,4K摄像机厂商需考量的是,有没有办法在保证4K图像质量的情况下降低码流的带宽,或者说在某些传输的环节或链路上降低码流带宽了?对于前者的应对方式,目前看来H.265的应用会是比较好的选择,但H.265编码技术当前还比较新颖,市场化程度比较低,相关的软硬件的成本都相对较高昂,而且还需要投入大量的研发和人力进行开发和测试;对于后者的解决方式,也就是说将传输链路环节进行改善,因为摄像机的码流一般来说要么是先发送到流媒体服务器或存储服务器,然后再发送到解码器或客户端,或者是直接发送到解码器或客户端。
那么有没有可能在码流从服务器发送到解码器或客户端,或者从摄像机到解码器或客户端这段链路上降低下码流但不损失画质?因为从摄像机到服务器这一链路上的码流必须要得到保证,因为这一链路的码流将涉及到码流的录像,而我们总是希望录像的画质是最好的,以利于后期的视频调查。
需要指出的是,这里考量的解决方式是需要以不损失画质为前提,即要保证码流在传输到客户端或解码器端时仍然可以给客户呈现4K画质的效果,所以采用多码流的机制在这种要求下是行不通的,而且采用较低分辨率的多码流方式也违背了客户当初采购4K分辨率摄像机希望获得更加视频画质的初衷,因为客户不仅仅需要前端的4K摄像机来采集,还需要端坐在客户端电脑面前时体验到4K的画质。
再次,4K分辨率的码流在采集后我们还需要去保留它,也即是需要存储,那这就涉及到码流管理部分了。当然,前述对于码流传输压力降低的应对之道,其实质也应该算到码流管理部分来。因此,结合这两大任务,4K摄像机带来的后端码流管理的压力十分之大,也就是说对后端的视频管理平台的压力提出了严峻的挑战。以存储为例,之前大部分的视频管理平台都是应对的标清码流和1百万及2百万的高清码流,但到了4K分辨率的超高清码流,面对这么大的数据流,如何存储,如何去索引,关系到视频管理平台的稳定性和易用性。直观上看,数据越大,对于视频管理平台数据库的要求就越高,针对存储录像的索引系统必须设计的更为精妙和高效才可,否则就一定会出现延迟和缓慢的4K视频录像调用,而且在播放时将会十分卡顿。
最后,码流呈现环节的挑战。如前所述,客户购买4K网络超高清摄像机,实际上最原始的购买动机是希望肉眼能够体验到4K分辨率的画质**,所以,如果不能将4K摄像机的码流完美的展现出来,那就真是白白浪费了前端的能力。这里的所说的码流呈现,并不是简单的将4K码流解码投射到4K显示器之上,其还包括了视频管理平台如何在客户端上解码4K视频图像的策略,要知道,目前主流的显示设备,无论是监视器还是显示器,都是以1080P为主,也就是只有200万像素,4K的监视器在行业内少只有少,而且成本高高在上,那视频管理平台必须解决的问题是如何在只有1080P分辨率的显示设备上呈现4K网络摄像机的码流?即使实现了呈现,如何能做的更为高效,毕竟4K分辨率图像的解码需要占据大量的CPU、内容和显卡资源?另外就是对客户端或者说解码设备的硬件要求不高?目前来说4K显卡的成本也不算便宜,一定会占据了一台客户端电脑的成本构成中的很大一块,那么在客户预算有限之时,如何帮助客户节省成本?
所以,对于那些正在选择4K高清解决方案的朋友,我想说的是:前端容易,后端不易,且看且定夺。
4K超高清摄像机的出现确实让人为之振奋,但不能仅仅被前端摄像机漂亮的技术指标所遮蔽,要从众多4K摄像机厂商中挑选出最佳效果的那个一定需要考虑该厂商是否有后端的码流管理及呈现能力,或者简单的说,就是看有没有与之配套的最佳拍档——优异的视频管理平台。以这个标准来看的话,能够满足这一要求的的厂商并不多,因为它要求厂商不仅能提供前端硬件,还要能提供后端软件与之完美配合。

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