周迪

在每秒30幀的720P， 甚至每秒60幀的1080P高清編解碼技術(shù)在視頻監(jiān)控領(lǐng)域獲得大量普及的今天，遠程視頻無線監(jiān)控卻依舊停留在每秒5-8幀的QVGA“視頻舊石器時代”；但即使是這樣可憐的畫質(zhì)也未必能讓人獲得流暢的體驗，卡頓和花屏時刻刺激著觀看者的神經(jīng)；而解碼性能高超的智能大屏手機只有在本地WLAN的環(huán)境下才能炫耀下其移動高清監(jiān)控的能力——這就是3G時代遠程視頻無線監(jiān)控所面臨的尷尬現(xiàn)狀。

2013年12月4日工信部給三大運營商下發(fā)了4G運營牌照，這意味著4G開始進入全面商用化的時代。那么4G技術(shù)是否有望帶領(lǐng)我們進入遠程無線監(jiān)控的“視頻信息化時代”呢？

遠程視頻無線監(jiān)控組網(wǎng)包含前端（攝像機、DVR、NVR）無線接入和后端（客戶端，例如手機）無線接入，前者占用無線的上行帶寬，而后者消耗無線的下行帶寬。以目前常見的編碼壓縮算法H.264MainProfile 計算，720P 實時視頻至少需要2Mbps（以下用“M”表示“Mbps”）才能獲得“高清”的視覺效果，而1080P 全高清視頻則需要4M 碼率。

3G時代， 電信CDMAEVDORev.A的上下行帶寬分別為1.8M和3.1M（ 后繼B版本升級到9.3Mbps），移動TD-SCDMA的上下行帶寬分別為1.6M和2.8M，聯(lián)通WCDMA的上下行帶寬分別為5.7M和7.2M（HSPA） 或28M（HSPA+）。由此可見，即便以理論帶寬計，3G也只能勉強滿足高清無線監(jiān)控的后端接入，前端接入則大多不可行；而實際的應(yīng)用效果則更不理想。但4G有希望解決帶寬的問題，由于其擴展了有效頻譜，且提高了頻譜的利用率，并采用MIMO（多輸入多輸出）等技術(shù)，使得帶寬獲得極大的提升。4G的兩大陣營LTEAdvanced和IEEE802.16m都可以提供至少100M下行和30M上行的速率，足以滿足高清視頻的傳輸需求。

高清視頻對丟幀十分敏感，損壞一個P幀（或因為丟包導致P幀部分消息丟失）會導致該幀以及后續(xù)GOP內(nèi)的所有P幀無法解碼，若損壞I幀則后果更加嚴重。分層編碼技術(shù)可以改善這種情形，但無法解決根本性問題。所以具有重傳排序能力的TCP傳輸協(xié)議在無線監(jiān)控中非常普及。但TCP協(xié)議對丟包率和時延極其敏感：200ms的時延和1% 的丟包率，TCP的傳輸能力不足600Kbps；如果將時延提升至100ms，則TCP傳輸能力可提升至1.1M；如果再將丟包率降低到0.01%，則TCP傳輸能力進一步提升至11.7M。3G的高誤碼率和高時延是3G無法支撐高清視頻的另一個重要因素。而4G采用正交頻分復用（OFDM）的調(diào)制技術(shù)，智能天線技術(shù)和MIMO技術(shù)，具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力，提高了誤碼率并減少了數(shù)據(jù)傳輸時延，有效的保障了TCP傳輸?shù)男省?/P>

無線視頻監(jiān)控的帶寬會隨著用戶數(shù)的增加而急劇下降是3G 系統(tǒng)的另一個突出問題。在CDMA 系統(tǒng)中，各個用戶信號之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾存在的根源，隨著用戶數(shù)的增加或信號功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMA 通信系統(tǒng)的一個主要干擾；傳統(tǒng)的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾能力較差。4G 采用多用戶檢測技術(shù)，在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠近效應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。

視頻解碼是一個非常耗電的應(yīng)用，在手機電池容量未能獲得大幅提升的現(xiàn)狀前，高清視頻監(jiān)控對手機電量的消耗問題不可小覷。4G移動通信系統(tǒng)采用的多載波正交頻分復用調(diào)制技術(shù)以及單載波自適應(yīng)均衡技術(shù)等可以有效延長用戶終端電池的續(xù)航時間。

視頻的高清化同時意味著流量的增加。在3G時代，流量資費相對昂貴。由于4G通信解決了與3G通信的兼容性問題，升級相對容易；4G通信能提供靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，相對其他技術(shù)來說部署起來容易迅速得多；同時在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，運營商們會考慮在3G通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施之上采用逐步引入的方法，有效地降低運營者和用戶的費用。這些特點保證了4G會比3G具有更低的投入成本，使4G的流量資費降低成為可能，從而從成本上保證了高清遠程無線監(jiān)控的應(yīng)用。

4G的如上優(yōu)勢將使得高清遠程無線監(jiān)控的落地成為可能，其帶來的不僅是畫面質(zhì)量的提升，充裕的帶寬還將改變視頻監(jiān)控的內(nèi)容，例如視頻信息從二維進階到三維，使得虛擬現(xiàn)實成為可能。這不僅讓監(jiān)控體驗具備了身臨其境的感覺，而且物體的深度等信息還可以直觀為用戶提供精確的度量數(shù)據(jù)，如被觀測物體的高度、距離等；再配合手勢識別等穿戴技術(shù)，科幻影片中的超現(xiàn)實體驗將會成為現(xiàn)實。