4K与H.265在视频监控的应用探析

宦小答 肖 赫

（1.湖南警察学院，湖南长沙410138；2.长沙市第一看守所，湖南长沙410100）

4K与H.265在视频监控的应用探析

宦小答1肖 赫2

（1.湖南警察学院，湖南长沙410138；2.长沙市第一看守所，湖南长沙410100）

当今视频监控应用得越来越广泛，相关的技术设备也发展得很快。近年来4K和H．265技术标准的确立和推广，或将给此领域带来新一轮的飞跃。新技术在此领域有良好的应用前景，且可以以此为契机，加速推动视频监控系统标准化的进程。

视频监控；4K；H．265；标准

1 引言

如今，电子数码行业的飞速发展，该类硬件设备的性能也随之水涨船高，同时，与之相关的技术的更新周期也在逐渐缩短。视频监控的发展也是如此，从最初的闭路电视监控开始，经历了数字化、网络化的发展，正在向分布式、智能化迈进。

视频监控最主要的应用是在安防领域，工作模式可归纳为“采集→传输→存储→调阅”四个过程。其中，“调阅”是最终目标，在此过程中，需要系统提供符合要求的视频资料，达到重现事发过程，分辨、识别相关的人或物的目的；这依赖于“采集”过程，不但要覆盖一定广度的时间和空间，还对所采视频的质量（清晰度、连贯度等）有一定的要求；同时，视频资料越多、质量越高，也就意味着需要更快速、稳定的“传输”性能作保障，以及更大的“存储”空间作基础。

由此可见，提高采集视频的数量和质量是视频监控系统发展最重要的方面，只有达到充分的时空覆盖广度和足够的画面精细度，才能较好地提供符合“调阅”要求的视频资料。就目前情况来看，一方面，视频监控已普遍实现网络化，即多个视频前端监控设备通过网络与服务端和客户终端相连，客户在终端实现各种监控操作，控制整个系统运行；另一方面，前些年被认为是“高大上”的高清设备目前已广泛普及，而目前较新产品的主流规格是全高清，其具有1080P（即1920× 1080）的高分辨率，更精细的画面为高准确度的智能识别提供了可能，并且，监控视频文件广泛采用编码效率较高的H.264编码格式，在提供高质量画面的同时一定程度上节约了传输带宽和存储空间。

2 4K简介

4K指的是4K分辨率，于2007年提出，2012年规范，因其横向解析度约为4000像素而得名，包括4096×2160、3840× 2160等多种分辨率规格。从分辨率参数上来看，4K约达到了全高清（1080P）的4倍。（如图1）

图1 4k分辨率

更高的分辨率带来更好的清晰度和更丰富的画面细节，这正是视频监控技术发展的核心所在。在2014年美国拉斯维加斯安防展上，不少厂商已展示了最新的4K高清网络摄像机，将4K应用于视频监控，一方面，能实现更远距离的高精度识别，另一方面，在保证一定清晰度的情况下，能扩大每个视频前端监控设备的监视范围，可以在减少设备数量的同时降低布线的成本。

3 H.265视频编码技术简介

H.265是国际电联（ITU）于2013年3月正式批准通过的新的视频编码标准。H.265标准围绕着现有的视频编码标准H.264，保留原来的某些技术，同时对一些相关的技术加以改进。新技术使用先进的技术用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系，达到最优化设置。

图2 H.265与H.264的区别

H.265的编码架构大致上和上一代H.264的相似，而与后者相比，新的编码技术提供了更多不同的工具来降低码率。例如，以编码单位来说，H.264中每个宏块大小都是固定的16x16像素，而H.265的编码单位可以选择从最小的8x8到最大的64x64。（如图2）这些改进使得采用新编码标准的视频文件在获得同等规格的分辨率和画质时所需的存储空间大大减少，为更高分辨率的监控视频文件的传输提供了可行的解决方案。

4 新技术在视频监控领域应用的升级需求

上述新技术若要在视频监控领域顺利应用，一些依托设备的升级是必要的。以下分别从采集设备、显示设备、存储设备和编解码处理设备四个方面作分析。

4.1 采集设备

目前，监控摄像头还是以1080P为主流。其实4K摄像的原理并不复杂，主要就是镜头和传感器分辨率提升的问题，且4K在专业摄像机领域已有较成熟的应用范例，相信在便携性不那么重要的监控摄像头中广泛应用只是时间问题。

4.2 显示设备

谈及4K显示设备，众所周知，“4K”的概念近年来已在电视行业被炒得火热。随着越来越多的厂商推出4K的电视机型号，也直接促进了4K显示技术的“早熟”。显示设备对于视频监控来说，一方面是数量不多，全面升级难度不大；另一方面，在“调阅”的过程中，需要观察细节时一般会放大画面，即使不是4K显示器，也基本不会影响日常的应用，对于预算紧张的用户也可选择暂不升级。

4.3 存储设备

分辨率的提高必然导致同等时长的视频文件所占据存储空间增加，存储设备也可考虑做相应的升级。然而，更高分辨率的监控摄像头覆盖范围增大，数量会相应减少，再加上H.265编码技术能有效地降低码率，从理论上分析，一套4K监控系统需要的存储空间并不会比同范围的全高清系统有大幅增加；而且，目前以硬盘为主的存储设备扩容和降价的步伐迅猛，预计存储设备的升级不会有压力。

4.4 编解码处理设备

H.265可以说是为4K应运而生，它解决了高分辨率视频文件的存储和网络传输的问题，但由于其更复杂的编码和解码过程，使用它的代价就是编解码芯片的运算负担增加了，所以，编解码处理设备的升级是非常关键的。编解码处理设备的设置，在不同的方案中，有不同的方式，在此不赘述。总之，笔者认为，这方面的升级是保证整套系统流畅运转，发挥应有效用的基础，一定要重视，并为此留出充足的预算空间。

5 视频监控系统标准化探讨

近年来视频监控飞速发展，对其的应用也越来越广泛，尤其是在查明事实真相，乃至侦破案件方面，成为了高效获取线索和证据的有力帮手，同时也成为了对违法犯罪人的重要威慑。但是，笔者发现此领域存在一个突出的问题，就是缺乏统一的标准。做视频监控设备和系统的厂商众多，但是，各自差异化的方案和模块设计，以及防篡改方面的不同考量，导致最终供“调阅”的视频文件呈现出各异的封装格式，有许多甚至需要用专门的播放器才能播放；再加上各项参数的不同，展示效果也颇有差异。这样既不利于文件的传递，也会使监控视频内容的细节质量良莠不齐，不利于后续的确定性识别。

笔者认为，确立一个相对统一的视频监控系统标准是很必要的。因为，视频监控的最终目的是“调阅”，除了光照条件、拍摄角度等“外因”，分辨率、帧率等指视频文件的指标性参数，都对监控视频内容的细节质量有较大的影响。目前，对于监控内容中的人身的识别主要依靠人工，对于车辆等有固定标识的物品可以实现计算机自动识别。无论是人工识别还是计算机自动识别，对于所拍摄物体的清晰度都有一定需求，尤其是人工识别，由于主观因素较多，只有当物体的拍摄效果趋于稳定时，才能最大程度地减小主观误差。而且，人身的自动识别应该是一个发展的大趋势，稳定的拍摄质量才能造就稳定的识别结果，那么，建立统一的标准就更显重要了。

如前文所述，4K和H.265有在视频监控领域广泛应用的良好前景，也有促成此领域一次全面的设备升级的可能性。也许这可以成为一个建立视频监控系统标准的契机。相关的权威部门可以从监控视频文件的分辨率、帧率、亮度、对比度、色温乃至拍摄角度等方面，做出具体规定，形成趋于完善的行业标准。需要特别指出的是，笔者认为，监控视频文件的格式也应该统一，这样不但利于文件的传递，也能使编解码模块的设计趋于简单纯粹。另外，关于防篡改的方面，也可以采取标准化的手法，开发基于一致接口的防篡改模块，以统一的标准和方法即时固定证据，确保监控视频内容的真实性、原始性，以及变更的可追溯性。

[1]百度百科．视频监控[EB/OL]．http://baike．baidu．com/view/ 1242856．htm,2014．

[2]互动百科．4K分辨率[EB/OL]．http://www．baike．com/wiki/4K分辨率,2014．

[3]百度百科．H．265[EB/OL]．http://baike．baidu．com/view/1163108．htm,2014．

TheApplication of 4K and H.265 in Video Surveillance

Huan Xiaoda1Xiao He2
（1.Hunan PoliceAcademy,Changsha 410138,Hunan; 2.The First Detention House of Changsha,Changsha 410100,Hunan）

The video surveillance are used more and more widely,while related technical equipment is developing very fast.The establishment and promotion of technical standards for 4K and H.265 in recent years will bring a new round of leap.The new technologies hae a good application prospect in this field,accelerating the process of standardization in video surveillance system.

video surveillance;4K;H.265;standard

TN948.6

：A

：1008-66609(2015)04-0036-03

宦小答，男，湖南长沙人，实验师，研究方向：刑事科学技术、电子物证。

汽车油漆的显微激光拉曼光谱数据库的建立，湖南警察学院科研项目，项目编号：2014YB17。