浅谈4k摄像机的规模化应用

王骞

伴随着科技的进步，4K摄像机已经在实际应用中展现出自己的优势，它能够呈现出超清晰的画面，吸引着那些需要画质清晰明了的安防设备的场所。本文分析了4K摄像机在实际应用中的优势，以及其现有的缺陷，通过对这些问题的探讨，希望对其规模化应用提供帮助。如果能解决成本及后端显示问题，那么4K摄像机在视频安防系统中的大规模应用将是未来的趋势。

一、引言

随着科学技术的不断前进，人们对电子产品的要求也越来越多。超高清4K摄像机是当下热门的话题，所谓4K超高清简单来说就是800万像素，相当于4个1080P，是继高清、全高清之后的下一代技术。围绕着4K技术，现在有一系列的产品，比如：分辨率达到4K的数字电视，可以拍摄并播放4K视频的智能手机，4K电脑显示器，以及可以安防行业中可以拍摄4K画面的摄像头。现在4K摄像机的成本很高，但是编解码技术还需提升，系统配套设备也许提升自己性能。想要实现4k摄像机的规模化应用，就需要将这些问题进一步解决，将产业链逐步进行完善。

二、4k摄像机

4k指的是摄像机的分辨率可以达到3840X2160，长宽比为16：9。4K摄像机采用比普通摄像机具有更高性能的全新硬件，搭载1200万超高清图像传感器，拍摄的画质分辨率更高，因为显示的层次多所以画面更清晰，色彩还原准确自然，更加干净细腻，让人更有身临其境的感觉，在需要高清画质且光线复杂的地方可以使用。从核心图像传感器上来说，超高清视频采集产生的数据量约为高清视频数据量的2～4倍，采集性能上对于分辨率、高量化级、宽色域、高动态范围以及高信噪比等指标的要求亦大幅提升。

三、4k摄像机独特特点

（一）分辨率高，画面更精细

一台4K摄像机相当于4个准高清摄像机，显示分辨率有了巨大的提升，拍摄出的画面比使准高清摄像机精细的多。影响画面的精细度的关键因素是画面的像素及垂直分辨率。当像素提高时，晶格就会越小，同样显示在统一尺寸的像素就越精细。人眼在进行影像识别时对垂直分辨率十分的敏感，当垂直分辨率越高时，人眼识别的细节与层次就会更多。4K摄像机实现的就是对像素和画面的垂直分辨率同时提高增强，让监控拍摄到的视频画面具有更多的细节及层次，让人眼能够更好地识别，即使图片放大了也不会造成图片模糊不清的状况。

（二）高编解码视频系统：色泽的层次分明

现今4K超高清采用的是10位甚至12位的视频编解码系统，较之高清系统采用的8位的视频系统更加先进、比后者对色泽的处理更加分明、在灰阶层次过渡和色深层次表现方面更加优秀|、使得色彩更具层次感及画面感，可以更加真实地还原原有的生活画面。

四、4K摄像机在安防行业应用的优点

经过发展，4K摄像机已实际应用于安防行业。我国是人口大国，在各个交通枢纽，以及人流量大，货物流动频繁的地方进行安全防护监控，十分有必要。这些地方对安放的要求高，所以视频监控设备的选择和应用相比其他行业要更加严格和高端。

（一）视频的清晰度高

视频的有更高的清晰度是整个安防行业一直在追求的目标，因此摄像机也在不断地进步，从标清到720P、1080P，在到近年的4K。通过4K摄像机，获得的图像更加清晰，捕捉更加丰富多彩的细节画面。当4K摄像机及1080P摄像机在同样的视野条件下，前者比后者看到的图像细节更多，可以清楚地看见人脸以及车牌号，方便在实际应用中追踪线索，例如建设平安城市、智能交通等项目的建设。

（二）覆盖的视野范围更大

基于4k摄像机的特点，在相同的清晰度条件下，4K摄像机较普通的摄像机看到的视野范围更广阔。当其安装在十字路口时，一台就可以实现2个方向车辆的监控，四个方向两台那就够了；而传统的监控摄像机至少每个方向都有一台才行。在实际应用中，从美观性角度、安装方便角度、维修方面和经济性角度各个方面来看，4K摄像机都更加优秀。

（三）可应用于大场景监控

应用1台4K摄像机就可以覆盖火车站站前广场，监控视频在经过多级放大后，仍能够看清行人的面貌以及各个细节，使得能够解决大场景的监控问题。目前已在民航机场、广场监控中展开了实际应用。

五、4K摄像机规模化应用面临的瓶颈

4k超高清的视频监控系统不仅需要前端采集视频数据，还需配套的图像视频的存储、传输、编解码和智能分析。4K摄像机以编解码技术为依托，与现在最新的H.265技术息息相关。当4K摄像机与1080P摄像机在相同画质的情况下，由于前者视频的分辨率是后者的4倍，以至于数据量也是后者的四倍，存储所占空间也是后者的4倍，这样在传输数据时由于数据量大传输速度就会减慢。当4K摄像机搭载了H.265编解码技术时，就可以将巨大的4K码流降低，在普通帶宽下传输也不会延迟很长时间、比较流畅快速，为4K摄像机规模化应用提供了先决条件。现阶段4K摄像机整体成本过高，虽然比1080P有优势有应用前景，但很长一段时间内1080P仍然是主流。4K摄像机主要在以下方面仍然存在一定的瓶颈。

（一）镜头稀缺且价格昂贵

4K摄像机由于其特殊的特点，对配套的镜头要求也更高，要求其至少达到800W的解像力，不然不能呈现4K的效果。依照目前镜头的市场来看，能够真正达到800W解像力的镜头少之又少价格昂贵，需要镜头制作方提升自己的技术。在实际应用中很难找到适用的、价格合理的、支持变焦的的机芯镜头。

（二）低照度效果略显逊色

当芯片的靶面大小一样时，像素越高，像素点就越多，致使单个像素点的感光面积减少，最终感光性能就会越差。当光照正常时4K摄像机成像清晰，细节更贴近真实；当光照度较低时，受芯片因素的影响，4K成像不如1080P。基于此目前4K摄像机在低照度的情况下，需要补光才能拍到比1080P清晰的画面，但目前很多地方都需要进行24小时监控，在夜间光照度不好4K摄像机拍摄的画面可能不清楚，4K摄像机需要在这个方面进行加强改进。

（三）编码、传输及存储

H.265可以让4K图像传输带宽、存储空间要求大幅降低，是4K摄像机发展必须采用的编解码技术。目前H.265技术虽然已经有了很大的进步发展，市场上也有了基于H.265算法的产品，但是具体的技术水平有待检验，而且价格很高，使之无法规模化使用。目前H.264仍是使用中的主流，4K分辨率的视频图像在传输时需要占用16M的带宽，使得网络传输承载能力、存储能力有很大的压力。

（四）后端配套的空缺

现在虽然市场上已经推出了不少4K产品，但是前端摄像机系列占据了绝大多数，存储、显示环节这些后端产品却不多。但是要实现4K，就需要将前端和后端匹配起来，这是一个系统性的问题，仅仅解决前端是行不通的，需要其同时提高配套的后端设备的性能。使用超高清化的后端显示，提高后端解码显示能力，加快处理4K分辨率视频的计算速度，是必须解决的事。根据目前的市场情况，可支持4K超高清的监视器很少，大多数情况都是使用液晶监视器；而且核心技术都受制于人，我们需要努力创新，进行技术优化革新，还有很长的路。

六、结语

想要实现规模化的应用，4K摄像机就应该不断优化自身。从现在的技术条件上看，4K摄像机研发上的难点主要有：如何在已有网络条件下，加快4K码流的传输速度，降低其延迟时间，使之传输更平稳不卡顿；提高4K摄像机芯片的运算能力，使之在低照度的时候依旧能够拍摄超高清图像，且能提供图像细节，同时可以提升视频智能分析的准确率；有可以将4k摄像机拍摄的视频原版呈现的显示器。随着科技的进步4K摄像机以后有更多的应用，需要使产品形态多样化。同时，要考虑4K摄像机的整个系统，针对各行业具体需求，制定切实可行的行业级4K解决方案。

作者单位：中央广播电视总台