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(yuǎn)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(shí)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(yàn)，卡頓和花屏?xí)r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(jī)只有在本地WLAN的環(huán)境下才能炫耀下其移動(dòng)高清監(jiān)控的能力——這就是3G時(shí)代遠(yuǎn)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(yùn)營(yíng)商下發(fā)了4G運(yùn)營(yíng)牌照，這意味著4G開始進(jìn)入全面商用化的時(shí)代。那么4G技術(shù)是否有望帶領(lǐng)我們進(jìn)入遠(yuǎn)程無線監(jiān)控的“視頻信息化時(shí)代”呢？

遠(yuǎn)程視頻無線監(jiān)控組網(wǎng)包含前端（攝像機(jī)、DVR、NVR）無線接入和后端（客戶端，例如手機(jī)）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(jì)算，720P 實(shí)時(shí)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(shí)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(jí)到9.3Mbps），移動(dòng)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(jì)，3G也只能勉強(qiáng)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(shí)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(kuò)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(yíng)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(duì)丟幀十分敏感，損壞一個(gè)P幀（或因?yàn)閬G包導(dǎo)致P幀部分消息丟失）會(huì)導(dǎo)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(yán)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(duì)丟包率和時(shí)延極其敏感：200ms的時(shí)延和1% 的丟包率，TCP的傳輸能力不足600Kbps；如果將時(shí)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(jìn)一步提升至11.7M。3G的高誤碼率和高時(shí)延是3G無法支撐高清視頻的另一個(gè)重要因素。而4G采用正交頻分復(fù)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(shí)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(huì)隨著用戶數(shù)的增加而急劇下降是3G 系統(tǒng)的另一個(gè)突出問題。在CDMA 系統(tǒng)中，各個(gè)用戶信號(hào)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(hào)功率的增大，多址干擾就成為寬帶CDMA 通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾；傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)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(cè)技術(shù)，在傳統(tǒng)檢測(cè)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(hào)信息對(duì)單個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)對(duì)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(gè)非常耗電的應(yīng)用，在手機(jī)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(duì)手機(jī)電量的消耗問題不可小覷。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的多載波正交頻分復(fù)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(zhǎng)用戶終端電池的續(xù)航時(shí)間。

視頻的高清化同時(shí)意味著流量的增加。在3G時(shí)代，流量資費(fèi)相對(duì)昂貴。由于4G通信解決了與3G通信的兼容性問題，升級(jí)相對(duì)容易；4G通信能提供靈活性非常高的系統(tǒng)操作方式，相對(duì)其他技術(shù)來說部署起來容易迅速得多；同時(shí)在建設(shè)4G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商們會(huì)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(yùn)營(yíng)者和用戶的費(fèi)用。這些特點(diǎn)保證了4G會(huì)比3G具有更低的投入成本，使4G的流量資費(fèi)降低成為可能，從而從成本上保證了高清遠(yuǎn)程無線監(jiān)控的應(yīng)用。

4G的如上優(yōu)勢(shì)將使得高清遠(yuǎn)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(jìn)階到三維，使得虛擬現(xiàn)實(shí)成為可能。這不僅讓監(jiān)控體驗(yàn)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(cè)物體的高度、距離等；再配合手勢(shì)識(shí)別等穿戴技術(shù)，科幻影片中的超現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。