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剖析:智能手机视频监控低码率的必要性

  智能手机监控相对于传统监控最大的特点就是任何时间、任何地点、任何设备,实现手机监控的三大要数是智能手机、摄像机和3G网络。摄像机和智能手机是手机监控的前后端,摄像机通过有线或者3G网络和互联网连接,智能手机通过3G网络和互联网连接,从而形成摄像机和智能手机的视频信号通道连接,下面分别探讨这三大要素目前的状况以及在手机监控中实现高清视频的可能性。

  智能手机和3G网络现状

  2013年7月,工信部发布了《2013年上半年电信业统计分析》,文中指出:“3G移动电话用户净增8606.6万户,超过去年全年净增量80%,总数达3.19亿户”,从这些数字可以看出3G用户数量发展迅猛。如此庞大的基数,为通过3G网络部署的手机监控应用提供了广泛的用户基础;同时,以ios和android操作系统为代表的智能手机和平板电脑也迅速普及,主流智能手机的屏幕分辨率也发展到了如今的1280×720,甚至出现了1920×1080这样的全高清分辨率,这使得智能手机完全可以支持高清分辨率的视频应用;使用这些便携智能终端,加上3G网络的支撑,用户可以随时随地地观看来自任何地点摄像机的监控视频,这种的便捷性会大大促进手机监控应用的发展。

  在基于IP网络的监控系统中,网络摄像机作为视频信息的采集者直接决定了监控系统中视频信息量。目前, 高清摄像机已经被普遍应用在监控系统中,对于摄像机来讲,更高的分辨率,就可以提供了更多的细节特征或者更大的视野范围,这些对于监控应用无疑是有利的。

  从安防监控摄像机的发展来看,主流分辨率经历了CIF、D1到现在的百万像素、二百万像素甚至五百万像素,这样的一个发展过程充分体现了监控应用对高分辨率的不断追求。以前制约手机监控应用中使用高清分辩率的主要技术障碍就是无线网络带宽不足和手机屏幕分辨率过低,而随着智能手机和3G网络的发展,智能手机已经完全能胜任高清视频的显示,无线网络带宽也比2G时代有了很大的提高,手机监控的高清应用将破茧而出。

  低码率视频的必要性

  前面提到3G的带宽比2G有了很大的提高,那么目前在传统监控中应用的高清摄像机是否可以直接用在手机监控中的高清应用呢?首先我们看看3G的实用带宽是多少?国内的三个3G网络分别是联通的W-CDMA、电信的CDMA2000和移动的TD-CDMA,理论上传速率从0.384Mb/s到5.76Mb/s,理论下载速率从2.8Mb/s到14.4Mb/s。但这三个网络均是采用共享模式,每个基站提供的带宽都是有限的,同一时间服务的用户数量越多,每个用户所获得的平均网速就会越慢,所以实际应用中的速率会远低于理论值。在市区住宅实测TD-SCDMA的下载速度大约为430 Kbps,CDMA2000的下载速度大约为720Kbps,W-CDMA的下载速度大约为1120 Kbps。

  另外,根据2012年10月份,UMNet移动网络质量评估平台发布的《全国3G用户体验速率数据报告》显示,“2012年10月份我国平均3G感知速率为52.51KB/S(420kbps)”,从这些数据可以看出,实际的3G网络速率与理论值有较大的出入,比较容易得到的带宽大概是512kbps。其次我们再看看传统监控应用中的高清摄像机需要的带宽是多少?

 

  720P的高清视频码率大约是2Mbps,1080P的高清视频码率大约是4Mbps,很明显即使是720P高清视频所需要的带宽也远远大于3G所能提供的带宽,所以传统监控应用中的高清摄像机不能在手机监控中得到高清效果,只有降低高清摄像机的编码码率,才可能在3G网络中使用高清视频。低码率不仅意味着相同传输带宽条件下可以实现更高的分辨率,还更有利于对抗传输网络的实时带宽抖动。

  从另一个方面来看,通信费用也是一个制约手机监控应用普及的重要因素。国内3G网络实际使用费用不菲,以中国电信天翼3G资费为例,189元的套餐包含了1GB的流量,超出部分按0.0003元/KB计算,如果视频码率为512kbps,每个月只能看1024×1024×8/512=16384秒=273分钟=4.55小时,平均每天只能看9.1分钟。在这种情况下,实现低码率的视频数据传输,可以大大降低通信费用,这对那些小型企业和家庭用户更加有利,他们对通信费用更加敏感,而这些用户在数量上占据了更大的比重。降低通信费用,意味着降低了手机监控的应用门槛,从这个意义上讲,实现低码率摄像机,有利于促进手机监控应用的普及和发展。

  手机监控应用中的存储位置,可以位于摄像机的本地存储设备(通常是SD卡),或者客户端(例如智能手机)的本地存储,也可能位于网络中(云存储),无论哪一种方式,用户都会倾向于更小的存储空间占用。低码率的视频编码文件,无疑更适合存储要求。

  通过以上的分析,低码率和高清对于基于3G网络的手机监控应用都是需要的。针对智能手机的主流分辨率,1280×720×25fps是一个比较适中的摄像机视频输出指标;在此基础上,只要能把码率限制在512kbps以下,就能基本满足通过3G网络部署手机高清监控应用的需求,而且目前最普及的ADSL和家庭光纤上传带宽就是512kbps,高清摄像机的码率控制在512kbps以下将可以大大扩展手机监控的应用范围。

 

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