在(zai)每(mei)(mei)秒30幀的(de)(de)(de)720P, 甚至每(mei)(mei)秒60幀的(de)(de)(de)1080P高清編解(jie)碼(ma)(ma)技術在(zai)視(shi)頻(pin)監(jian)(jian)控領域獲得(de)大量普及的(de)(de)(de)今天,遠(yuan)程(cheng)視(shi)頻(pin)無線監(jian)(jian)控卻依舊停留在(zai)每(mei)(mei)秒5-8幀的(de)(de)(de)QVGA“視(shi)頻(pin)舊石器時(shi)代”;但即(ji)使是這樣可憐的(de)(de)(de)畫質也未必(bi)能(neng)讓人獲得(de)流暢的(de)(de)(de)體驗(yan),卡頓和(he)花屏(ping)時(shi)刻刺(ci)激著觀看者的(de)(de)(de)神(shen)經;而解(jie)碼(ma)(ma)性能(neng)高超的(de)(de)(de)智能(neng)大屏(ping)手機只有在(zai)本地WLAN的(de)(de)(de)環境下(xia)才(cai)能(neng)炫耀下(xia)其(qi)移(yi)動高清監(jian)(jian)控的(de)(de)(de)能(neng)力——這就(jiu)是3G時(shi)代遠(yuan)程(cheng)視(shi)頻(pin)無線監(jian)(jian)控所面臨的(de)(de)(de)尷尬現狀。
2013年12月4日工信(xin)部給三大運(yun)(yun)營商下發了4G運(yun)(yun)營牌照,這意味著(zhu)4G開始(shi)進入(ru)全(quan)面商用(yong)化的時(shi)代。那么4G技術是(shi)否有(you)望帶領我們進入(ru)遠(yuan)程無線監控(kong)的“視(shi)頻信(xin)息化時(shi)代”呢?
遠(yuan)程視(shi)頻無線監控組網包含前(qian)(qian)(qian)端(攝像機、DVR、NVR)無線接(jie)入(ru)和后(hou)端(客(ke)戶端,例如手機)無線接(jie)入(ru),前(qian)(qian)(qian)者(zhe)占用無線的(de)上行帶(dai)寬,而(er)后(hou)者(zhe)消(xiao)耗無線的(de)下行帶(dai)寬。以目(mu)前(qian)(qian)(qian)常見(jian)的(de)編碼壓縮算(suan)法(fa)H.264MainProfile 計算(suan),720P 實時視(shi)頻至少需要2Mbps(以下用“M”表示“Mbps”)才能獲得“高(gao)清(qing)”的(de)視(shi)覺效果,而(er)1080P 全(quan)高(gao)清(qing)視(shi)頻則需要4M 碼率(lv)。
3G時代, 電信CDMAEVDORev.A的(de)(de)上(shang)下(xia)行(xing)帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)分(fen)別為1.8M和(he)3.1M( 后(hou)繼(ji)B版本(ben)升級(ji)到9.3Mbps),移動TD-SCDMA的(de)(de)上(shang)下(xia)行(xing)帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)分(fen)別為1.6M和(he)2.8M,聯通WCDMA的(de)(de)上(shang)下(xia)行(xing)帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)分(fen)別為5.7M和(he)7.2M(HSPA) 或28M(HSPA+)。由此可見(jian),即便以(yi)理論帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)計,3G也只(zhi)能勉(mian)強(qiang)滿(man)足高(gao)清無線監控的(de)(de)后(hou)端(duan)接入(ru),前(qian)端(duan)接入(ru)則大(da)多不(bu)可行(xing);而(er)實際的(de)(de)應用效(xiao)果(guo)則更(geng)不(bu)理想。但4G有希望解決帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)的(de)(de)問題,由于其(qi)擴展了有效(xiao)頻(pin)(pin)(pin)譜,且提(ti)高(gao)了頻(pin)(pin)(pin)譜的(de)(de)利用率(lv),并采用MIMO(多輸(shu)入(ru)多輸(shu)出)等技(ji)術(shu),使得帶(dai)(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)獲(huo)得極大(da)的(de)(de)提(ti)升。4G的(de)(de)兩大(da)陣(zhen)營LTEAdvanced和(he)IEEE802.16m都可以(yi)提(ti)供至少100M下(xia)行(xing)和(he)30M上(shang)行(xing)的(de)(de)速(su)率(lv),足以(yi)滿(man)足高(gao)清視頻(pin)(pin)(pin)的(de)(de)傳輸(shu)需求。
高清視頻對丟(diu)幀十分敏感(gan),損壞(huai)一(yi)個P幀(或因為丟(diu)包(bao)導致P幀部(bu)分消(xiao)息(xi)丟(diu)失)會導致該幀以及后續GOP內的(de)所有P幀無法(fa)(fa)(fa)解碼,若(ruo)損壞(huai)I幀則(ze)后果(guo)更加(jia)嚴重。分層編(bian)碼技(ji)(ji)術(shu)(shu)可以改善這種情形(xing),但(dan)無法(fa)(fa)(fa)解決(jue)根本性(xing)問題。所以具有重傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)排序能(neng)(neng)力(li)(li)的(de)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)協議(yi)在無線監控(kong)中非常(chang)普及。但(dan)TCP協議(yi)對丟(diu)包(bao)率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)時(shi)延(yan)(yan)極其敏感(gan):200ms的(de)時(shi)延(yan)(yan)和(he)(he)1% 的(de)丟(diu)包(bao)率(lv)(lv)(lv),TCP的(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)不足600Kbps;如果(guo)將(jiang)時(shi)延(yan)(yan)提(ti)升(sheng)至100ms,則(ze)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)可提(ti)升(sheng)至1.1M;如果(guo)再(zai)將(jiang)丟(diu)包(bao)率(lv)(lv)(lv)降低到0.01%,則(ze)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)能(neng)(neng)力(li)(li)進一(yi)步提(ti)升(sheng)至11.7M。3G的(de)高誤碼率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)高時(shi)延(yan)(yan)是3G無法(fa)(fa)(fa)支撐高清視頻的(de)另一(yi)個重要因素。而(er)4G采用正交頻分復用(OFDM)的(de)調制(zhi)技(ji)(ji)術(shu)(shu),智能(neng)(neng)天線技(ji)(ji)術(shu)(shu)和(he)(he)MIMO技(ji)(ji)術(shu)(shu),具有良好的(de)抗噪聲性(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)抗多(duo)信道干擾能(neng)(neng)力(li)(li),提(ti)高了(le)誤碼率(lv)(lv)(lv)并減少了(le)數據(ju)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)時(shi)延(yan)(yan),有效的(de)保障了(le)TCP傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)輸(shu)的(de)效率(lv)(lv)(lv)。
無線視頻(pin)(pin)監控的(de)(de)帶(dai)寬會(hui)隨(sui)(sui)著用(yong)戶(hu)(hu)(hu)數的(de)(de)增加而急劇下降(jiang)是3G 系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)另一(yi)個(ge)突出(chu)問題。在(zai)CDMA 系(xi)(xi)(xi)統中,各(ge)個(ge)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)信(xin)號之間(jian)存(cun)在(zai)一(yi)定的(de)(de)相關(guan)性,這就(jiu)是多(duo)址(zhi)干(gan)(gan)擾存(cun)在(zai)的(de)(de)根源(yuan)(yuan),隨(sui)(sui)著用(yong)戶(hu)(hu)(hu)數的(de)(de)增加或(huo)信(xin)號功率(lv)的(de)(de)增大(da),多(duo)址(zhi)干(gan)(gan)擾就(jiu)成(cheng)為(wei)寬帶(dai)CDMA 通信(xin)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)一(yi)個(ge)主要干(gan)(gan)擾;傳(chuan)統的(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)完全(quan)按(an)照經典直接序列擴頻(pin)(pin)理論對每個(ge)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)的(de)(de)信(xin)號分(fen)別進行(xing)(xing)擴頻(pin)(pin)碼(ma)匹配處理,因而抗多(duo)址(zhi)干(gan)(gan)擾能(neng)力(li)較差。4G 采用(yong)多(duo)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu),在(zai)傳(chuan)統檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)的(de)(de)基礎上充分(fen)利用(yong)造成(cheng)多(duo)址(zhi)干(gan)(gan)擾的(de)(de)所有(you)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)信(xin)號信(xin)息(xi)對單個(ge)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)的(de)(de)信(xin)號進行(xing)(xing)檢(jian)測(ce)(ce),從而具(ju)有(you)優良(liang)的(de)(de)抗干(gan)(gan)擾性能(neng),解(jie)決了(le)(le)遠近效應(ying)問題,降(jiang)低了(le)(le)系(xi)(xi)(xi)統對功率(lv)控制精度的(de)(de)要求,因此可(ke)以更(geng)加有(you)效地利用(yong)鏈路頻(pin)(pin)譜資源(yuan)(yuan),顯著提高系(xi)(xi)(xi)統容量。
視頻(pin)解(jie)碼是一個非常耗(hao)電的(de)應(ying)用(yong)(yong),在手(shou)機(ji)電池容(rong)量未(wei)能獲(huo)得大幅提升(sheng)的(de)現狀(zhuang)前,高清視頻(pin)監(jian)控對手(shou)機(ji)電量的(de)消耗(hao)問(wen)題不可小覷(qu)。4G移動通信系(xi)統(tong)采用(yong)(yong)的(de)多(duo)載(zai)(zai)波正交頻(pin)分復用(yong)(yong)調(diao)制技術(shu)以及單載(zai)(zai)波自適應(ying)均衡技術(shu)等(deng)可以有(you)效延長(chang)用(yong)(yong)戶終(zhong)端電池的(de)續(xu)航時間。
視頻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高清(qing)化同(tong)時(shi)意味著(zhu)流量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加。在(zai)3G時(shi)代(dai),流量(liang)資(zi)費(fei)相(xiang)對昂貴。由于4G通(tong)信解(jie)決了(le)與3G通(tong)信的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)兼容性問題,升級(ji)相(xiang)對容易;4G通(tong)信能提供(gong)靈活性非常高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)系統(tong)操作方式,相(xiang)對其他技術(shu)來說部(bu)署起(qi)來容易迅速得多;同(tong)時(shi)在(zai)建設4G通(tong)信網絡(luo)系統(tong)時(shi),運營(ying)商(shang)們會考慮在(zai)3G通(tong)信網絡(luo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基礎設施之上采用逐步(bu)引入的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa),有效地降低運營(ying)者(zhe)和用戶的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)費(fei)用。這些特點保證了(le)4G會比(bi)3G具有更低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)投入成(cheng)本,使4G的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)流量(liang)資(zi)費(fei)降低成(cheng)為可能,從(cong)而從(cong)成(cheng)本上保證了(le)高清(qing)遠程無線監控的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應用。
4G的(de)(de)(de)(de)如(ru)上優勢將(jiang)使得高(gao)清遠程無線監控(kong)的(de)(de)(de)(de)落地成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng),其帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)不僅(jin)是畫面質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)提(ti)升,充裕的(de)(de)(de)(de)帶寬還(huan)將(jiang)改(gai)變(bian)視頻(pin)監控(kong)的(de)(de)(de)(de)內容,例如(ru)視頻(pin)信息(xi)從二維進(jin)階到(dao)三維,使得虛擬(ni)現(xian)實成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)。這(zhe)不僅(jin)讓監控(kong)體(ti)驗具備(bei)了(le)身(shen)臨(lin)其境的(de)(de)(de)(de)感(gan)覺(jue),而且物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)深(shen)度等信息(xi)還(huan)可(ke)以直觀(guan)(guan)為(wei)用戶提(ti)供(gong)精確的(de)(de)(de)(de)度量(liang)數據,如(ru)被(bei)觀(guan)(guan)測物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度、距離等;再(zai)配合手勢識別等穿戴技(ji)術,科幻影片中的(de)(de)(de)(de)超現(xian)實體(ti)驗將(jiang)會成(cheng)為(wei)現(xian)實。