研究人员以10000倍的低功耗实现高清视频流

可穿戴式照相机，如快眼眼镜，承诺与世界瞬间分享现场音乐会或手术的视频。但是，因为这些相机必须使用更小的电池来保持轻便和功能，这些设备不能执行高清视频流。

现在，华盛顿大学的工程师们开发了一种不需要插入的高清视频流传输方法。他们的原型跳过了耗电的部件，还有其他东西，比如智能手机，处理视频。

他们使用一种称为反向散射的技术来完成这一技术，通过这种技术，一个设备可以通过反射已经传输到的信号来共享信息。

“迄今为止人们所做的基本假设是，反向散射只能用于低数据率传感器，例如温度传感器，”合著者Shyam Gollakota在UW的保罗G.艾伦计算机科学与工程学院副教授说。“这项工作打破了这一假设，表明后向散射确实可以支持全高清视频。”

该小组4月10日在高级计算系统协会网络系统设计与实现研讨会上提出了这些发现。

在当今的流媒体相机中，摄像机首先通过Wi-Fi传输和压缩视频。这些处理和通信组件消耗大量的功率，特别是高清视频。因此，一种不需要大电池或电源的轻量级流式相机已经遥不可及。

UW团队开发了一种新的系统，消除了所有这些组件。取而代之的是，相机中的像素直接连接到天线，并且通过反向散射将强度值发送到附近的智能手机。该手机没有像小型流式相机一样的大小和重量限制，而是可以处理视频。

对于视频传输，系统将来自每个帧的像素信息转换成一系列脉冲，其中每个脉冲的宽度代表像素值。脉冲的持续时间与像素的亮度成正比。

“这有点类似于大脑中的细胞是如何相互沟通的，”合著者Joshua Smith说，他是艾伦学院和UW电气工程系的教授。“神经元要么是信号，要么不是信号，所以信息是在它们动作电位的时间上编码的。”

这个团队用一个原型把他们的想法转换成原始的像素数据。然后他们将像素馈送到它们的后向散射系统中。他们的设计可以将每秒10帧的720P高清视频流到14英尺以外的设备。

“这就像一个摄像机记录场景，并把视频发送到一个设备在隔壁房间，说：”合著者和计算机科学与工程博士生Mehrdad Hessar。

该系统的功耗比当前的流媒体技术低1000到10000倍。但它仍然有一个小电池，支持连续运行。下一步是制作完全免费的无线摄像机，史米斯说，他是密尔顿和Delia Zeutschel的创业卓越教授。

该小组还创建了一种低分辨率、低功耗的安全摄像机，它可以每秒13帧流。这符合本组对该技术所预测的功能范围。

“有许多应用，”合著者和最近的UW电气工程矾Saman Naderiparizi说。“现在，家里的安全摄像机必须一直插在里面。但是，凭借我们的技术，我们可以有效地切断无线流相机的线。

该集团还设想了一个世界，这些相机足够智能，只有当它们需要特定用途时才能打开，这可以节省更多的能量。

Gollakota感到兴奋的是，UW研究团队处于低功耗视频流领域的前沿，以及它对该行业的影响。

“这项视频技术有可能改变我们所知的行业。摄像机对于许多互联网连接的应用来说是至关重要的，但到目前为止，它们已经受到了电力消耗的限制。

史米斯补充说：“想象一下，5年后你会去看一场足球赛。”“到处都可以有微型高清摄像机记录动作：卡在球员头盔上，到处都是体育场。你不必担心更换电池。”

这项技术已被授权给JeavaWireless，这是一家由UW研究人员组成的西雅图创业公司，包括Gollakota、史米斯和VMSI Tala，这是一位新近的UW明矾和本文的合著者。

这项研究是由国家科学基金会、艾尔弗雷德·P·斯隆基金会和谷歌教师研究奖资助的。