在每秒30幀的(de)(de)(de)(de)(de)720P, 甚至每秒60幀的(de)(de)(de)(de)(de)1080P高清編解碼技術(shu)在視(shi)頻(pin)監控領域(yu)獲得大(da)量普及的(de)(de)(de)(de)(de)今天,遠程視(shi)頻(pin)無線監控卻依(yi)舊停留在每秒5-8幀的(de)(de)(de)(de)(de)QVGA“視(shi)頻(pin)舊石器時代”;但即使是(shi)這(zhe)樣可(ke)憐(lian)的(de)(de)(de)(de)(de)畫質也未必(bi)能(neng)讓人(ren)獲得流(liu)暢(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)體驗(yan),卡頓和花屏時刻刺激著(zhu)觀(guan)看者的(de)(de)(de)(de)(de)神經(jing);而解碼性能(neng)高超(chao)的(de)(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)大(da)屏手機只有(you)在本(ben)地WLAN的(de)(de)(de)(de)(de)環境下才能(neng)炫耀(yao)下其(qi)移(yi)動高清監控的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力——這(zhe)就是(shi)3G時代遠程視(shi)頻(pin)無線監控所面(mian)臨的(de)(de)(de)(de)(de)尷尬(ga)現狀(zhuang)。
2013年(nian)12月(yue)4日工信部給三大運營(ying)商下發了4G運營(ying)牌照,這意味著4G開始(shi)進入全面商用化(hua)的時(shi)代。那么4G技術是否有望帶領我(wo)們進入遠(yuan)程無線監控的“視頻信息化(hua)時(shi)代”呢?
遠程視(shi)頻無(wu)線(xian)監控組網包含前端(攝像機(ji)、DVR、NVR)無(wu)線(xian)接(jie)入和后端(客戶端,例(li)如手機(ji))無(wu)線(xian)接(jie)入,前者(zhe)占用無(wu)線(xian)的(de)(de)上行(xing)帶寬,而后者(zhe)消耗無(wu)線(xian)的(de)(de)下行(xing)帶寬。以(yi)目前常見(jian)的(de)(de)編碼(ma)壓縮算(suan)(suan)法H.264MainProfile 計算(suan)(suan),720P 實時視(shi)頻至(zhi)少(shao)需要(yao)2Mbps(以(yi)下用“M”表示“Mbps”)才(cai)能獲得“高(gao)清”的(de)(de)視(shi)覺效果,而1080P 全高(gao)清視(shi)頻則需要(yao)4M 碼(ma)率。
3G時代, 電信CDMAEVDORev.A的(de)上下行帶(dai)寬(kuan)分(fen)別(bie)為1.8M和(he)3.1M( 后繼B版本升(sheng)級到9.3Mbps),移動(dong)TD-SCDMA的(de)上下行帶(dai)寬(kuan)分(fen)別(bie)為1.6M和(he)2.8M,聯通WCDMA的(de)上下行帶(dai)寬(kuan)分(fen)別(bie)為5.7M和(he)7.2M(HSPA) 或28M(HSPA+)。由此可(ke)見,即便以理論帶(dai)寬(kuan)計,3G也只能(neng)勉強滿足(zu)高(gao)清(qing)無(wu)線監控的(de)后端接入,前端接入則(ze)大多(duo)不(bu)可(ke)行;而(er)實際的(de)應用效(xiao)果(guo)則(ze)更(geng)不(bu)理想。但4G有希望解決(jue)帶(dai)寬(kuan)的(de)問題,由于其擴展了有效(xiao)頻(pin)譜,且提(ti)(ti)高(gao)了頻(pin)譜的(de)利用率,并采用MIMO(多(duo)輸入多(duo)輸出)等技術(shu),使得帶(dai)寬(kuan)獲得極大的(de)提(ti)(ti)升(sheng)。4G的(de)兩大陣營LTEAdvanced和(he)IEEE802.16m都可(ke)以提(ti)(ti)供至少100M下行和(he)30M上行的(de)速率,足(zu)以滿足(zu)高(gao)清(qing)視(shi)頻(pin)的(de)傳輸需求。
高(gao)(gao)(gao)清視頻對丟(diu)(diu)(diu)幀(zhen)十分敏(min)感(gan),損壞(huai)一個(ge)P幀(zhen)(或因(yin)為(wei)丟(diu)(diu)(diu)包(bao)導(dao)致(zhi)P幀(zhen)部分消(xiao)息丟(diu)(diu)(diu)失)會導(dao)致(zhi)該幀(zhen)以(yi)及(ji)后(hou)續GOP內的(de)(de)(de)所有(you)P幀(zhen)無法解碼(ma),若損壞(huai)I幀(zhen)則后(hou)果(guo)更加嚴重。分層編碼(ma)技(ji)術(shu)(shu)可以(yi)改(gai)善這種情形,但無法解決根本性問題。所以(yi)具有(you)重傳(chuan)(chuan)(chuan)排序能(neng)(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)協議(yi)在(zai)無線(xian)監控中(zhong)非(fei)常普及(ji)。但TCP協議(yi)對丟(diu)(diu)(diu)包(bao)率(lv)和(he)時延(yan)(yan)極其(qi)敏(min)感(gan):200ms的(de)(de)(de)時延(yan)(yan)和(he)1% 的(de)(de)(de)丟(diu)(diu)(diu)包(bao)率(lv),TCP的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)不(bu)足(zu)600Kbps;如(ru)果(guo)將(jiang)時延(yan)(yan)提(ti)(ti)升至(zhi)100ms,則TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)可提(ti)(ti)升至(zhi)1.1M;如(ru)果(guo)再(zai)將(jiang)丟(diu)(diu)(diu)包(bao)率(lv)降低(di)到(dao)0.01%,則TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)進一步提(ti)(ti)升至(zhi)11.7M。3G的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)誤碼(ma)率(lv)和(he)高(gao)(gao)(gao)時延(yan)(yan)是3G無法支撐高(gao)(gao)(gao)清視頻的(de)(de)(de)另一個(ge)重要因(yin)素。而4G采用正交頻分復用(OFDM)的(de)(de)(de)調制(zhi)技(ji)術(shu)(shu),智(zhi)能(neng)(neng)天(tian)線(xian)技(ji)術(shu)(shu)和(he)MIMO技(ji)術(shu)(shu),具有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)噪聲性能(neng)(neng)和(he)抗(kang)多信道干擾能(neng)(neng)力(li)(li),提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)誤碼(ma)率(lv)并減少(shao)了(le)數據傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)時延(yan)(yan),有(you)效的(de)(de)(de)保障了(le)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)的(de)(de)(de)效率(lv)。
無(wu)線(xian)視頻(pin)(pin)監控的(de)帶寬(kuan)會(hui)隨(sui)著(zhu)用(yong)戶數的(de)增(zeng)加(jia)而(er)急劇下降是3G 系(xi)(xi)統(tong)的(de)另一(yi)個(ge)突出問題(ti)。在CDMA 系(xi)(xi)統(tong)中(zhong),各個(ge)用(yong)戶信(xin)(xin)號(hao)(hao)之間存在一(yi)定的(de)相關性(xing),這就是多(duo)(duo)址(zhi)(zhi)干(gan)擾(rao)存在的(de)根源,隨(sui)著(zhu)用(yong)戶數的(de)增(zeng)加(jia)或信(xin)(xin)號(hao)(hao)功率(lv)的(de)增(zeng)大,多(duo)(duo)址(zhi)(zhi)干(gan)擾(rao)就成為寬(kuan)帶CDMA 通信(xin)(xin)系(xi)(xi)統(tong)的(de)一(yi)個(ge)主要干(gan)擾(rao);傳統(tong)的(de)檢(jian)測技(ji)術(shu)完全按照(zhao)經典直(zhi)接序列(lie)擴(kuo)頻(pin)(pin)理論對(dui)每個(ge)用(yong)戶的(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)分別(bie)進(jin)行擴(kuo)頻(pin)(pin)碼(ma)匹配處(chu)理,因而(er)抗多(duo)(duo)址(zhi)(zhi)干(gan)擾(rao)能(neng)力較差。4G 采用(yong)多(duo)(duo)用(yong)戶檢(jian)測技(ji)術(shu),在傳統(tong)檢(jian)測技(ji)術(shu)的(de)基(ji)礎上充(chong)分利用(yong)造成多(duo)(duo)址(zhi)(zhi)干(gan)擾(rao)的(de)所有用(yong)戶信(xin)(xin)號(hao)(hao)信(xin)(xin)息對(dui)單(dan)個(ge)用(yong)戶的(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)進(jin)行檢(jian)測,從而(er)具有優良(liang)的(de)抗干(gan)擾(rao)性(xing)能(neng),解決了遠(yuan)近效(xiao)應(ying)問題(ti),降低了系(xi)(xi)統(tong)對(dui)功率(lv)控制精度(du)的(de)要求(qiu),因此可(ke)以更加(jia)有效(xiao)地利用(yong)鏈路頻(pin)(pin)譜(pu)資源,顯著(zhu)提高系(xi)(xi)統(tong)容量。
視頻(pin)(pin)解(jie)碼是一個(ge)非常耗電(dian)的(de)應(ying)用(yong),在手機(ji)電(dian)池容量未能獲得大幅提升(sheng)的(de)現狀(zhuang)前,高清視頻(pin)(pin)監控(kong)對(dui)手機(ji)電(dian)量的(de)消耗問題不可小覷(qu)。4G移動通信系統(tong)采用(yong)的(de)多載波(bo)(bo)正交頻(pin)(pin)分復(fu)用(yong)調制技(ji)術(shu)(shu)以及單載波(bo)(bo)自適應(ying)均(jun)衡技(ji)術(shu)(shu)等(deng)可以有效(xiao)延(yan)長用(yong)戶終(zhong)端(duan)電(dian)池的(de)續(xu)航時間。
視(shi)頻的(de)高清化同時意味著(zhu)流量的(de)增加。在(zai)3G時代(dai),流量資費相對昂貴(gui)。由于4G通信(xin)(xin)(xin)解(jie)決了(le)與3G通信(xin)(xin)(xin)的(de)兼容(rong)(rong)性(xing)問題,升(sheng)級相對容(rong)(rong)易(yi);4G通信(xin)(xin)(xin)能提供靈(ling)活性(xing)非常(chang)高的(de)系統操作方(fang)式,相對其他技術(shu)來(lai)(lai)說部署起來(lai)(lai)容(rong)(rong)易(yi)迅速得(de)多(duo);同時在(zai)建(jian)設(she)4G通信(xin)(xin)(xin)網(wang)絡系統時,運營商們會考(kao)慮在(zai)3G通信(xin)(xin)(xin)網(wang)絡的(de)基礎設(she)施之上采用(yong)逐步(bu)引入(ru)的(de)方(fang)法,有效地降低(di)運營者和用(yong)戶的(de)費用(yong)。這些特點保證了(le)4G會比3G具(ju)有更低(di)的(de)投入(ru)成本(ben),使4G的(de)流量資費降低(di)成為(wei)可能,從而從成本(ben)上保證了(le)高清遠程(cheng)無線監控的(de)應(ying)用(yong)。
4G的(de)(de)(de)如上優勢將(jiang)(jiang)使得高清遠程(cheng)無線(xian)監(jian)控(kong)(kong)的(de)(de)(de)落地(di)成為可(ke)能(neng),其(qi)帶來的(de)(de)(de)不僅是畫(hua)面質量的(de)(de)(de)提升,充(chong)裕的(de)(de)(de)帶寬還(huan)將(jiang)(jiang)改(gai)變視頻監(jian)控(kong)(kong)的(de)(de)(de)內容,例如視頻信(xin)息從二維(wei)進階到(dao)三維(wei),使得虛擬現實(shi)成為可(ke)能(neng)。這(zhe)不僅讓監(jian)控(kong)(kong)體(ti)驗具備了身臨(lin)其(qi)境的(de)(de)(de)感覺,而且物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)深度等信(xin)息還(huan)可(ke)以直觀為用戶提供精確的(de)(de)(de)度量數據,如被觀測物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)高度、距離(li)等;再配合手勢識別等穿(chuan)戴技術,科幻影片中的(de)(de)(de)超現實(shi)體(ti)驗將(jiang)(jiang)會成為現實(shi)。