5G降世 安防蝶變

• 2019 年 12 月 7 日
• 資訊

過去兩個月，雷鋒網AI掘金志陸續採訪了大華股份總裁李柯、宇視總裁張鵬國、海康威視高級副總裁徐習明等人，三位世界級安企領袖少見地均談到了一個觀點：

今天的安防已不是傳統意義的安防，它的業務邊界正不斷拓寬，基於影片的人工智慧發展才是未來方向。

甚至有人提到，未來“安防”這個辭彙都會消失，取而代之的或是影片物聯或者城市AIoT。

如果說AI、大數據深度變革了這個行業，但相關技術的出現已有數年之久，為何直到今年才會提出這個說法？

“傳”的迭代

在安防行業，對清晰度的追求是行業發展重要驅動力，從最初的標清（D1）、到目前高清（720P）、全高清（1080P），甚至於超高清（4K、8K 甚至更高）。

2017年AI熱潮席捲而來，記錄著影片安防監控從“看得見”到“看得清”再到“看得懂” 的時代轉變。

人工智慧在影像分類、影像語義分析、人臉識別、光學字元識別等電腦視覺領域表現非常突出，尤其是涉及到影片影像的結構化處理、分析方面，人工智慧可以發揮其獨特的優勢。

而影像清晰度是決定人工智慧能否在行業中發揮優勢的關鍵。

這其中除了前端採集設備、後端顯示設備的不斷變革，傳輸系統的優化是另外一個難題。

宇視研發副總裁周迪介紹，就網路攝像機而言，畫面傳輸的品質取決於網路的頻寬和穩定性。一路720P 的高清影片傳輸基本要求寬頻1～2Mbps，1080P的高清影片要求頻寬2～4Mbps，更別論4K和8K。

但實際的無線傳輸頻寬一直是個瓶頸，這就導致了丟包、延遲、抖動等一系列問題，嚴重影響了影片的流暢度和清晰度。

受限於網路頻寬的影響，安防工程師們不得不調節影片碼流的碼率、幀率、解析度和影像品質等參數，以實現圖象品質和傳輸品質的兼顧。

例如普遍採用的雙碼流技術讓用戶可以根據網路頻寬靈活選擇碼流格式，達到本地高清存儲、遠程低碼流傳輸的目的，這成為了對影片清晰度要求較高的行業的無奈選擇。

如今隨著網路頻寬的提高，尤其是5G時代的來臨，超高速的傳輸速率可讓安防技術人員如釋重負。

5G對於影片監控數據傳輸的效率提升，就如同高鐵對於交通運輸的效率提升，將推動質的飛躍，影片影像的畫面效果將越來越精細，智慧處理的效果將越來精準。

5G的到來，將帶動整個影片監控行業的升級，讓超高清安防監控真正走進行業應用中。

5G的能量

不是行業的發展催生技術的迭代，而是技術的迭代給行業帶來了更多想像。

如果說過去的3G、4G時代，變革的更多是以智慧手機為代表的To C端市場；而5G的出現，更有可能顛覆To B端的業務運營模式。

周迪認為，5G作為一種基礎能力，其對安防的影響主要會體現在三大方面：

1、有線無線化。以往需要使用有線解決的傳送問題和線路問題用無線解決，並實現更加快速的響應需求；

2、遠程控制無人巡邏車、遠程排爆等危險動作；

3、 VR/AR應用。譬如交通疏導、處理緊急事件，通過無人機加上5G技術和VR技術就可以掌控現場實時動態。

在具體展開業務藍圖之前，我們有必要先系統解釋一下什麼是5G，以及它的高能之處。

相比4G，5G網路作為第五代移動通訊網路，其提升是全方位的： 

支援0.1～ 1Gbps的用戶體驗速率；

每平方公里一百萬的連接數密度；

毫秒級的端到端時延；

每平方公里數十Tbps的流量密度；

每小時500km以上的移動性能和數十Gbps 的峰值速率；

其中，用戶體驗速率、連接數密度和時延為5G最基本的三個性能指標。

5G背後的關鍵技術主要有毫米波、小基地台、Massive MIMO、波束成形以及全雙工等。

1、毫米波

隨著連接到無線網路的設備數量的增加，頻譜資源稀缺的問題日漸突出。

在極其狹窄的頻譜上共享有限的頻寬會極大地影響用戶的體驗。無線傳輸一般通過提高頻譜利用率或增加頻譜頻寬來提升傳輸速率，毫米波技術就是通過後者提升速率。

毫米波是指波長在1～10毫米的電磁波， 其頻率大約在30GHz～300GHz之間。它位於微波與遠紅外波相交疊的波長範圍，因而兼具兩種波譜的特點。

根據通訊原理，載波頻率越高，其可實現的訊號頻寬也就越大。在毫米波頻段中，28GHz與60GHz是最有望應用在5G 通訊的兩個頻段。

其中，28GHz的可用頻譜頻寬可達1GHz，60GHz 每個信道的可用頻譜頻寬則可達2GHz。使用毫米波頻段，頻譜頻寬較4G可翻10倍，傳輸速率也將更快。

2、小基地台

毫米波技術的缺陷是穿透力差、衰減大，因此毫米波頻段下的5G通訊在高樓林立的環境下傳輸效果並不理想，而小基地台可解決這一問題。

大量的小基地台可以覆蓋大基地台無法觸及的末梢通訊。小基地台的覆蓋範圍是100米～300米， 這樣運營商可以在每個城市中部署數千個小基地台以形成密集網路，每個基地台可以從其它基地台接收訊號並向任何位置的用戶發送數據。

由於毫米波的頻率很高，波長很短，就意味著其天線尺寸可以做得很小，這是部署小基地台的基礎。小基地台不僅在規模上要遠遠小於大基地台，功耗上也大大縮小。

3、Massive MIMO

4G基地台只有十幾根天線， 但5G基地台可以支援幾百根天線。

這些天線通過Massive MIMO（大規模天線）技術形成大規模天線陣列，使得基地台可以同時從更多用戶發送和接收訊號，從而將移動網路的容量提升數十倍或更大。

4、波束成形

Massive MIMO技術為5G大幅增加容量的同時，其多天線特點也勢必會帶來更多的干擾，而波束成形就是解決這一問題的關鍵。

通過有效控制這些天線，使其發出的每個電磁波在空間上互相抵消或者增強，就可以形成一個很窄的波束。有限的能量集中在特定方向上進行傳輸不僅距離更遠，也避免了訊號的相互干擾。

波束成形還可以提升頻譜利用率，可同時從多個天線發送更多資訊。

對於大規模天線基地台，我們甚至可以通過訊號處理演算法計算出訊號傳輸的最佳路徑和移動終端的位置。因此，波束成形可以解決毫米波訊號被障礙物阻擋和遠距離衰減問題。

5、全雙工

全雙工技術是5G的另一大特色，設備的發射機和接收機佔用相同的頻率資源同時工作，使得通訊的雙向交互同時在上、下行使用相同的頻率，突破了現有的頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）模式下的半雙工缺陷。

這是通訊節點實現雙向通訊的關鍵之一，也是5G所需高吞吐量和低延遲的關鍵技術。

擴大多維物聯

在周迪看來，基於AI也是一門通用技術之下，5G加AI加影片會對各行各業帶來非常大的變化。

首先是遠程安防監控。

如戶外現場實時監控，尤其是春運、國慶等節假日期間，火車站、著名景點等場所人員密集，極易造成人員傷亡事故。

在此部署4K/8K超清高影片監控終端，將有利於預防或及時處置人員傷亡事件。結合4K/8K 超高清影片監控畫面，還可以開展高準確性的人臉識別、車牌識別等應用。

其次是VR超清直播。

VR 賦予了安防行業巨大的創新能力，使影片系統的前後端都將獲得嶄新能力。

首先，VR場景可以由前端的全景攝像機拼接合成，獲得4K甚至更高的超精細畫面， 通過配套軟體的後期處理讓用戶不僅可以進行傳統的變倍、變焦等操控，還能夠隨時變換角度，獲得更好的沉浸感； 

其次，VR 技術可以通過前端攝像機將影片本身的“現實”與數字化計算後的“增強”資訊結合起來，使用戶在監控實時影片畫面的同時，同步獲得目標對象的其他重要數據資訊； 

再次，VR 可使監控後端的操控獲得入境體驗，以往的監控布控，觀察者以第三視覺審視整個系統的布局， 容易產生偏差，使用VR 技術，觀察角度不再是布局者，而是局中人。

例如2018年第23屆的韓國平昌冬奧會，各大轉播機構採用8K和VR技術，精彩呈現了美輪美奐的雪景，如實記錄了開閉幕式和大量比賽，為觀眾提供了沉浸式和互動式的360°畫面。

還包括遠程超清醫療。

採用5G網路傳輸超清影片在醫療領域將造福廣大患者。

比如，在救護車上安裝4K攝像機拍攝車內患者的高清影片，有助於醫療專家遠程掌握患者的情況，指導車內醫護人員進行急救，並根據患者實際情況提前在醫院內準備手術方案和手術器材。

此外，還有商業性遠程現場實時展示及街景採集。例如旅遊景點可以進行旅遊景點風景的遠程實時展示，以便推廣旅遊項目。

智慧安防是物聯網最為重要的應用領域。

物聯網中的感測技術可以監測各種人為或環境指數，提示不穩定因素，及時發出預警，達到快速控制事件或有效撤離的目的，降低事故對生命和財產的損害。

應用物聯網技術加強對重點地區、重點部位的影片監控及預警，可增強數據分析能力，實現公共安全事件監測。

例如，利用電子標籤、影片監控、紅外感應等手段，可加強對危險物品監控、垃圾監測處理、可燃物排放、有毒氣體排放、醫療廢物、疾病預防控制等的全流程過程監測和控制。

5G具有的多維連接的特性擴大了安防監控的範圍， 能夠為IT系統上智慧安防雲端提供更多維、更全面的參考數據，從而助力安防雲端做出更精確、更有效、更快速的安全防範決策。

5G網路架構在軟體層面更是採用了大量的雲和網路虛擬化技術，可有效解決多層感知節點連接的系列問題。

可以說，5G 技術是天然為物聯網場景應用而生。

賦能智慧城市大安防

隨著5G到來，每個物品都可以加裝晶片，資訊的採集和交互變得越來越容易，資訊孤島將不復存在。

另一方面，MEC、微雲、霧計算等邊緣計算架構越來越完善，計算負載在海量節點之間的快速分割、調度和遷移變得越來越頻繁。

5G技術的超高頻寬、超多連接、超低時延的典型特性恰到好處的滿足了時代的需求，正在助推以大安防為核心的智慧城市各細分領域的應用快速落地。