新型高清视频流技术：功耗可低至现有技术的万分之一！

导读

近日，美国华盛顿大学工程师们开发出一种无需插电的新型高清视频流方案。该原型设备拿掉了那些耗电的部件，用其他设备例如智能手机，取而代之，进行视频处理。

背景

可穿戴摄像头，例如Snap的智能眼镜Spectacles，可用于分享音乐会或外科手术的现场视频。但是为了既保持轻量又维持功能，这些摄像头必须使用更小的电池，因此它们无法实现高清视频流。

创新

近日，美国华盛顿大学工程师们开发出一种无需插电的新型高清视频流方案。他们的原型设备拿掉了那些耗电的部件，用其他设备例如智能手机，取而代之，进行视频处理。

（图片来源：Dennis Wise / 华盛顿大学）

团队将这些研究成果发表于4月10日召开的高级计算机系统协会关于网络系统设计与实现的高级研讨会上。

（图片来源：Dennis Wise / 华盛顿大学）

技术

这一次，他们再次用到了“后向散射”技术，让一个设备反射传输进来的信号，实现信息分享。华盛顿大学 Paul G. Allen 计算机科学与工程学院副教授、论文合著者之一的 Shyam Gollakota 表示：“目前为止 ，人们的基本假设是后向散射只能用于低数据速率的传感器，例如温度传感器。这项研究打破了这一假设，展示了后向散射技术也可以支持全视频数据处理。”

如今的视频流摄像头会在利用Wi-Fi传输视频之前，首先处理和压缩视频。这些数据处理以及通信组件消耗了许多能量，特别对于高清视频而言。因此，没有大型电池或电源的轻量视频摄像头无法实现这些功能。

然而，华盛顿大学团队开发出了一种无需所有这些组件的新系统。摄像头中的像素与天线直接连接，并会通过后向散射技术将强度值发送至相邻的智能手机。然而，手机并不像小型视频摄像头那样，在尺寸和重量方面受到限制，所以它可以取代小型视频摄像头处理视频。

对于视频传输来说，系统将每一帧的像素信息转化为一系列脉冲，其中每个脉冲代表一个像素值。脉冲持续时间与像素亮度成比例。

华盛顿大学 Paul G. Allen 学院与电气工程学院教授、论文合著者之一的Joshua Smith 表示：“这有点像大脑中细胞相互通信的方式。神经元会发送信号或者不发送，因此信息可以通过动作电位时序编码。”

团队使用了一种将高清视频流转化为原始像素数据的原型。然后，他们将像素反馈到后向反射系统中。他们的设计方案能以每秒10帧的速率将720p的高清视频传输至14英尺之外。

（图片来源：Dennis Wise / 华盛顿大学）

论文合著者之一、计算机科学与工程系博士生 Mehrdad Hessar 表示：“这有点像用一个摄像头记录场景，并将视频发送至另一个房间中的设备。”

同时，团队也创造出了低分辨率、低功耗的安全摄像头，它每秒能传输13帧数据。它符合研究小组为这项技术预测的功能范围。

（图片来源：Dennis Wise / 华盛顿大学）

价值

该小组研发的新系统的功耗，是现有视频流技术的功耗的千分之一甚至万分之一。但是，它还是需要一个能支持连续运行的小型电池。Smith 教授称，下一步目标就是让无线视频摄像头可以完全摆脱电池。

论文合著者之一、华盛顿大学电气工程系的Saman Naderiparizi 表示：“这项技术有许多应用。目前家庭安全摄像头必须一直插电，但是我们的技术可以有效地摆脱线的束缚，带来无线的视频流摄像头。”

研究小组也在展望这样的未来：这些摄像头将足够智能，以至可以按照特定目的打开，这样可以节省更多能量。

让 Gollakota 感到兴奋的是，华盛顿大学的研究团队处于低功耗视频流领域的前沿，以及这项技术对行业产生的影响。他说：“这项视频技术有望变革我们已知的行业。对于一系列联网应用来说，摄像头非常关键，但目前它们一直被功耗所限制。”

Smith 补充道：“想象一下，五年之后，你进入橄榄球比赛现场，到处都是用于记录动作的微型高清摄像头，例如运动员的头盔上、运动场的各个角落，而且你不必担心为它们换电池。”