一、前言

　　“高清”即高清晰度视频，其应包含两个方面的内容：一是高解像度的视频源，二是高分辨率的视频显示。视频监控领域的高清设备包括高清摄像机（含高清镜头）和高清显示器。怎样才能算得上是“高清”呢？高清首先是个相对的概念，在模拟监控时代，水平电视线线以上的摄像机（约20万像素）就可以被视作高清摄像机，而现在“高清”的概念应该是百万像素以上。目前市场上的高清摄像机有万像素、万像素、万像素甚至推出万像素的摄像机。

　　在高清视频方面，趋势和需求也越来越明显，其中最重要的一点就是电视显示行业近年来提出的4K分辨率，4K常见的分辨率有×和×像素两种规格，“4K”名称就来源于其水平方向的像素数，4K分辨率相当于4个P、8个P，其最大的优势就在于4K超高清的图像放大4倍后仍然可以得到p的高清细节画面，为各领域用户事前预防和事后取证提供更加有力的图像依据。本文就4K技术在高清视频监控领域的发展和应用进行探讨，供广大安防同行借鉴。

　　二、4K技术在高清视频监控领域的发展

　　人们对高清视频的追求首先体现在广播电视领域。中国近30年的改革开放为城乡居民创造了丰富的物质条件，商品房的改革使得更多的家庭拥有了越来越大的居住空间，人们对家庭主要的娱乐设备——电视机的画面显示尺寸提出了越来越高的要求，推动了大屏幕电视机的发展。大屏幕必然需要更高的显示分辨率，高清数字电视的概念从而得以普及和推广。在监控领域，从传统的模拟信号到数字高清，再到近年来推出的4K技术，也具有类似的发展趋势。

　　过去，在视频监控领域占据市场主流的摄像机有效像素一般为×，水平分辨率在TVL左右，无法满足各类用户对监控场景分辨细节的要求。当发生案件时，从录像资料中很难对监控现场涉案的人员、物品准确认定，对侦破工作不具备理想的指导性和法律质证能力，因此在一些重要的监控场所特别需要高清晰度的监控画面。

　　近年来，随着视频监控的发展，高清分辨率主要体现在P（×）和P（×）两个分辨率，相对过去已有很大提升，但对监控场景仍无法做到更细致的分辨，例如车牌、人脸特征、面部表情等。那么4K分辨率是如何体现相较于以上两种分辨率的优势呢？

　　首先基于事件发生的随机性来看，我们无法知道几时几秒会发生什么事件，如果实时监控没有及时发现问题，事后查找线索对图像细节的要求很高。其次是监控场景复杂性，同一个场景下，既存在人流又存在车流，既要看清人脸也要看清车牌等等。最后是各个业务部门 　　传统解决更高清的主要解决方式是视频拼接技术，即通过几台高清网络摄像机和一台服务器软件进行拼接后，可以观看高清的全景监控，但细节的追查却比较困难；或者通过球机进行变倍放大观察细节，但又难以顾及全景，所以这种实现方式是存在一定的难度。

　　4K或许可以给我们提供一种很好的思路。首先4K摄像机可以很好地纵览全局，当随机事件发生时，各个业务部门可以用同一台摄像机在同一幅图像中找到各自感兴趣的点，经过多级放大后仍能得到高清的细节画面。4K摄像机可以在不改变摄像机数量、焦距、角度的条件下，进行全天候、全场景下的监控。如下图所示：

　　图14K摄像机全景效果图

　　图24K摄像机局部放大效果图

　　不难看出，无论全景还是局部放大的视频效果，4K分辨率图像的清晰度都是非常高的，这就大大减少了监控点的密度，对于单点工程投资性价比更高。另外全景的视频监控可以更有效地将事件定位在同一路视频当中，保证事后的取证录像具有更好的连续性。

　　三、4K技术在高清视频监控领域的应用

　　对于高清视频监控领域来说，4K技术才刚刚起步，但是4K技术的未来却不可限量。交通超宽车道监控、平安城市全景监控、监管场所重点防范区域监控等领域都会有4K技术的用武之地。

　　以电子警察系统为例，4K技术可以辐射更广的视频视场角，在视频监控方面可以具有更加全面的监控细节，用于在道路上实现更加密集化监控范围，并且可以监控更多的细节。如下图所示：

　　图34K技术在道路监控的效果

　　图4高清万像素在道路监控的效果

　　通过上图不难看出，同样的三车道覆盖和视场宽度下，由于4K摄像机具有更多、更密集的像素点，车牌的效果呈现会更加清晰。而电子警察的主体功能正是围绕着车牌展开的，这意味着无论是从系统功能实现上，还是从业主的业务呈现上，4K摄像机均能提供更加优异的效果。

　　理论计算结合实际测试的对比，在同样的场景条件下，对于停止线处的车牌像素大小而言，4K技术为92个，万像素则仅有73个。而85个像素对很大一部分车牌智能应用来说是一个关键的分水岭，相比于普通高清监控系统而言，4K系统的整体监控效果会有极大的提升。而且这一提升也是对后续公安部即将颁布的GA/T新标准中“至少有两个位置的信息能够清晰辨别号牌号码，号牌的水平分辨率应不小于75个像素点”这一要求更好的响应。

　　图5、车标、信号灯细节对比

　　四、4K技术普及面临的问题

　　充分发挥4K的图像效果不仅仅是高清相机解决的问题，还需要周边配套系统在技术上和性价比上有所突破：

　　一是需要更高解析度的镜头。配套的镜头至少达到万以上解像力才能充分发挥出4K相机的效果。

　　二是需要更高的网络传输带宽。一般传输P高清码流只要2M-4M带宽，4K分辨率是P分辨率清晰度的4倍，因此至少需要6M-8M，甚至更高的带宽，当然4K摄像机配合H.编码会缓解由于分辨率的提升带来的传输及存储压力。

　　三是需要更强的后端解码能力。对于后端解码设备，处理4K码流需要更多的计算处理能力。

　　四是需要更大分辨率的显示设备。显示设备必须至少具有4K物理像素，才能无损的呈现4K图像的效果。

　　五是需要更大的存储容量。对于存储设备，由于4K码流码率更大，因此存储相同时间的码流需要更大的存储容量。

　　六是需要更强的智能处理能力。对于4K分辨率的监控图像，画面中的物体像素数更多，细节呈现更充分，对基于视频画面处理的智能业务来说，提供了更保真的视频处理图像，同时也需要更大计算能力处理这些更丰富的细节。

　　五、结语

　　随着高清技术的突破，4K技术在高清视频监控领域的应用正迎合了多个领域用户的需求，其必定成为高清视频监控领域未来的发展和应用趋势。

作者：青海腾龙科技有限公司

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