2010安防無處不在,，為了打擊各項犯罪，視頻監(jiān)控體現(xiàn)出了其強(qiáng)大的功能,。在高速公路中我們也看到了它的身影,。
高速公路項目中對視頻信號傳輸?shù)囊笥幸韵绿攸c：
1、容量大：在一個監(jiān)控分中心通常有幾十路甚至上百路視頻信號,。
2,、圖像質(zhì)量要求高：圖像要求達(dá)到480線，加權(quán)信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達(dá)到25幀(50場/s),、NTSC制圖像要求達(dá)到30幀(60場/s),?！?/p>
3、需要多級控制：目前高速公路項目中對視頻信號的監(jiān)控和管理自下而上可分為以下站級,、路段中心,、片區(qū)中心、省中心四級監(jiān)控系統(tǒng),。
(1)站級監(jiān)控系統(tǒng)：各收費站需要對本地的視頻信號進(jìn)行監(jiān)控
(2)路段中心監(jiān)控：一條高速公路通常設(shè)置1個路段分中心,，對某一路段進(jìn)行監(jiān)控和管理。
(3)片區(qū)中心監(jiān)控系統(tǒng)：多條高速公路的統(tǒng)一管理通常根據(jù)地域劃分為若干個片區(qū)來進(jìn)行,。
(4)省中心監(jiān)控系統(tǒng)：各省高速公路管理局需要對省內(nèi)所有的高速公路進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控,、管理和調(diào)度。目前主流視頻傳輸產(chǎn)品介紹
點對點視頻光端機(jī)
點對點視頻光端機(jī)是目前使用較為普遍的視頻傳輸設(shè)備(使用示意圖參見圖1),，主要可分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)(非壓縮)兩種。點對點視頻光端機(jī)的優(yōu)點：
1,、使用簡單靈活,，視頻質(zhì)量高，實時性好,。
2,、除了可以傳輸多路視頻信號外，還可以傳輸音頻信號,、異步數(shù)據(jù),、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等多種信號。
點對點視頻光端機(jī)主要缺點：
1,、無法組網(wǎng),，不具備保護(hù)功能，系統(tǒng)可維護(hù)性差,。
2,、無法實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。如果距離過遠(yuǎn),，只能采用光端機(jī)級連方式,。多級光端機(jī)的級連會造成信號的急劇衰減。
模擬光端機(jī)
顧名思義,，模擬光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號是模擬光調(diào)制信號,，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率,、相位變化引起光信號幅度,、頻率、相位變化而分別稱為調(diào)幅,、調(diào)頻,、調(diào)相光端機(jī),。
數(shù)字光端機(jī)
數(shù)字光端機(jī)上光頭發(fā)射的光信號是數(shù)字信號即0或1對應(yīng)光信號強(qiáng),、弱兩種狀態(tài),，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻,、數(shù)據(jù)信號,。
模擬光端機(jī)與數(shù)字光端機(jī)的性能對比
1、模擬信號傳輸輸入和輸出處理方式不一樣,，引起的視頻,、音頻、數(shù)據(jù)信號信號失真,、變畸變,、干擾不同。
模擬光端機(jī)由于要進(jìn)行調(diào)幅,、調(diào)頻,、調(diào)相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調(diào)制而引起的幅度,、頻率,、相位的變化是否為一一對應(yīng)的線形關(guān)系，成為擬光端機(jī)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵,，到目前為止,，很難做到真正線性調(diào)制，非線形必然引起信號失真;同時調(diào)制好的載波信號信號還要調(diào)制光信號,，光信號的非線性也是一個非常重要的因素,，眾所周知，光器件的非線性與環(huán)境溫度變化,、工作電壓的穩(wěn)定性,、光發(fā)射功率有很大的影響，因此光器件在生產(chǎn)時需進(jìn)行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選,、老化,、測試也只能以將這種變換控制在一定的范圍;光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減,，傳輸頻率漂移,、相位失真，光信號色散效應(yīng)同樣也會引起光信號畸變;光信號到達(dá)接收端,，接收光器件仍然要引起非線性失真,，由光電轉(zhuǎn)換后的模擬信號進(jìn)入解調(diào)，解調(diào)與調(diào)制一樣會產(chǎn)生非線性畸變,?！ ?/p>
所以綜合模擬光端機(jī),，從輸入信號調(diào)制-電光轉(zhuǎn)換-光輸-光電轉(zhuǎn)換-解調(diào)這五個過程，都會引起非線形失真,，而這些信號畸變失真是固有的所以是不可消除的,，所以模擬光端機(jī)傳輸視頻圖象、音頻質(zhì)量,、數(shù)據(jù)的效果很難達(dá)到很滿意的效果,。
數(shù)字式光端機(jī)僅只有模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差(如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv),，不足以引起信號畸變,。因此不存在上述缺陷。
2,、多路信號同傳引起的交調(diào)失真,。
在現(xiàn)場監(jiān)控應(yīng)用中，用戶可能有許多各種信號,，如視頻圖像,、音頻、數(shù)據(jù),、以太網(wǎng)、電話或其它用戶自定義的信號,，為了提高光纖的利用效率,，降低成本，必須將各種信號在光端機(jī)進(jìn)行復(fù)用,，以便在一對或一根光纖上傳輸,。對調(diào)頻、調(diào)幅,、調(diào)相光端機(jī)來講,，將多路視頻、音頻或數(shù)據(jù)信號混合調(diào)頻,、調(diào)幅,、調(diào)相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調(diào)干擾,。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調(diào)頻,、調(diào)幅、調(diào)相光端機(jī)多路視頻,、音頻,、數(shù)據(jù)同傳時出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調(diào)制技術(shù)長期以來一直所固有的缺點,?！ ?br /> 數(shù)字光端機(jī)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號,，很容易進(jìn)行大容量復(fù)用并且不會出現(xiàn)相互干擾。
3,、穩(wěn)定性不同
模擬調(diào)制光端機(jī)由于采取載波調(diào)制方式,，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響。出現(xiàn)傳輸質(zhì)量隨環(huán)境變化而變化的缺點,。同時模擬光端機(jī)經(jīng)過長時間使用后,，隨著元件的老化和環(huán)境的變化，經(jīng)常會出現(xiàn)視頻質(zhì)量明顯下降的現(xiàn)象,。正因為這種缺點,，對一些大型、重要工程來講,，模擬光端機(jī)的維護(hù)成了很令人頭疼的問題,。節(jié)點式視頻光端機(jī)
節(jié)點式光端機(jī)是一種新型的光纖傳輸系統(tǒng)，通常使用2芯光纖將各節(jié)點連接形成環(huán)網(wǎng),、鏈網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，視頻和數(shù)據(jù)可以在任意節(jié)點上下。同時網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸音頻,、雙向數(shù)據(jù),、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等信號。節(jié)點式光端機(jī)組網(wǎng)示意圖參見圖2,。節(jié)點式光端機(jī)根據(jù)信號調(diào)制方式的不同分為模擬傳輸方式和數(shù)字傳輸方式,。
模擬傳輸方式
節(jié)點式光端機(jī)如采用模擬方式調(diào)制信號,，與模擬點對點光端機(jī)同樣存在頻間串?dāng)_,、信號衰減畸變的問題。這是模擬調(diào)制方式所帶來的必然問題,。因此如采用模擬方式,，對節(jié)點式光端機(jī)的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制,?！ ?/p>
數(shù)字傳輸方式
全數(shù)字的節(jié)點式光端機(jī)采用數(shù)字方式調(diào)制視頻信號，并對視頻信號進(jìn)行編碼壓縮傳輸,。通常采用的編碼方式有M-JPEG,、MPEG-2等。具有以下明顯優(yōu)點：
1,、節(jié)省光纖資源,。所有收費站通過2芯光纖與路段中心組成環(huán)網(wǎng)或鏈網(wǎng)即可。
2,、視頻容量大,。目前北京蛙視公司的VOX全數(shù)字音視頻傳輸平臺可在2芯光纖上傳輸多達(dá)126路高質(zhì)量音視頻信號,。
3、節(jié)點數(shù)量基本不受限制,，圖像質(zhì)量全程一致,。因為采用數(shù)字編碼傳輸，信號無畸變;且不同于光端機(jī)級連方式,，在各節(jié)點不經(jīng)過2次編碼調(diào)制,，因此圖像質(zhì)量可保持全程一致?！ ?/p>
4,、如組成雙纖環(huán)網(wǎng)，可實現(xiàn)自愈保護(hù)功能,。當(dāng)某一段光纖或某一節(jié)點設(shè)備故障,，不影響整個系統(tǒng)的傳輸。
5,、可實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入,，如視頻、音頻,、以太網(wǎng),、異步數(shù)據(jù)、電話話務(wù)等各種業(yè)務(wù),。
6,、整個視頻傳輸系統(tǒng)可通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理和維護(hù)，具備故障自我診斷功能,。
視頻編解碼器
視頻編解碼器是通過現(xiàn)有通信系統(tǒng)接口及通道傳輸視頻信號的設(shè)備，其傳輸?shù)膱D像質(zhì)量主要取決于通信系統(tǒng)提供的接口和帶寬,。
根據(jù)接口形式的不同,，視頻編解碼器大致可以分為：固定帶寬接口(E1接口)、IP接口2種,。
(一,、二條內(nèi)文字級，加粗,，提前)一,、固定帶寬接口
通過SDH等通信系統(tǒng)提供的E1通道傳輸視頻?？煞譃閱蜤1編解碼器和多E1復(fù)用編解碼器等,。編碼方式通常采用MJPEG、MPEG-1,、MPEG-2,、H.263等幾種,。
單E1編解碼器采用單個E1通道傳輸1路視頻信號,，因傳輸帶寬較低(<2M),，即使采用MPEG-2視頻編碼方式，視頻分辨率也只能達(dá)到352*576,，視覺效果較差,。
多E1編解碼器采用多個E1接口捆綁傳輸1路視頻信號,，在傳輸帶寬提高的情況下,，視頻質(zhì)量能夠得到有效提高。多E1編解碼器工作原理如下：
在這里有幾點說明：
1,、編解碼算法：由于交通系統(tǒng)中對視頻信號高質(zhì)量的要求,，目前比較合適且成熟的算法是MPEG-2壓縮算法。采用MPEG-2壓縮算法傳輸?shù)囊曨l信號分辨率可以達(dá)到720(576,，加權(quán)信噪比可達(dá)57dB,，視覺效果好，能夠滿足ITS對視頻質(zhì)量的要求,?！?/p>
2、為什么采用N(E1：如果采用單個E1傳輸MPEG-2壓縮的視頻信號圖像分辨率只能達(dá)到352 (288,并且圖像不連續(xù),，肉眼觀察有拖尾現(xiàn)象,，所以要使用多個E1來傳輸視頻信號.經(jīng)過測試及實際使用，當(dāng)用MPEG-2算法壓縮后的視頻碼流達(dá)到 4Mbit/s(即2個E1)左右時即可滿足交通系統(tǒng)中對視頻信號質(zhì)量的要求,。當(dāng)碼流再增大時,，人的肉眼對視頻信號的差別區(qū)分不明顯。
多E1傳輸方式具有以下優(yōu)點：
(1)充分利用已有SDH通信網(wǎng)的資源;靈活分配帶寬,，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源和對圖像的要求任意分配N個E1,。
(2)一般情況下每路圖像使用2個E1即可，最多使用4個E1也就夠了,。
(3)使用簡單,，為點對點方式。
多E1傳輸方式具有以下缺點：
(1)對SDH的傳輸帶寬要求較高,，以每路圖像帶寬4M計算,，1個STM-1的SDH系統(tǒng)最多傳送31路圖像;1個STM-4的系統(tǒng)最多傳送126路圖像?！ ?/p>
(2)設(shè)備較貴,，由于采用MPEG-2壓縮及多E1捆綁技術(shù)，目前設(shè)備成本較高。
二,、IP接口
通過以太網(wǎng)接口傳輸視頻信號,，俗稱網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。通常是使用SDH等通信系統(tǒng)接口外加網(wǎng)橋設(shè)備提供的以太網(wǎng)接口,。編碼方式通常采用MPEG-2,、MPEG-4等幾種?！?/p>
IP方式傳輸視頻具有以下主要優(yōu)點：
(1)便于多級聯(lián)網(wǎng),。
(2)編碼器和解碼器可以不對稱，即解碼器的數(shù)量可以少于編碼器,，通過后臺軟件控制解碼器解壓任意一個編碼器的圖像,，實現(xiàn)一點對多點。
(3)可實現(xiàn)監(jiān)控到桌面,，通過軟件可在計算機(jī)上解壓觀看圖像
IP方式傳輸視頻具有以下缺點：
1,、在SDH層雖然其對外的接口為10/100Base-t接口，但一般情況下其內(nèi)部為每個端口實際提供的帶寬在10M左右,，在視頻碼流為4M的情況下,，最多只能傳輸2路實時視頻信號。并且當(dāng)在一個端口上既傳送實時視頻流又傳送其他數(shù)據(jù)(如收費數(shù)據(jù)等)時,，由于視頻信號占帶寬較大,，會影響其他數(shù)據(jù)的正常傳送，嚴(yán)重時會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞,?！?/p>
2、當(dāng)編碼器與解碼器不對稱,，解碼器切換解壓不同編碼器的圖像時,，會產(chǎn)生馬賽克，嚴(yán)重時導(dǎo)致解碼器死機(jī),。這是因為目前采用壓縮算法為了提高壓縮比,，降低帶寬，采用幀間預(yù)測,、運動補償?shù)募夹g(shù)。當(dāng)碼流切換時會造成其碼流的不完整,，使解壓縮芯片無法正確的解壓縮,。
3,、為了保證視頻的實時性采用UDP協(xié)議傳送視頻流,，UDP協(xié)議的特征是發(fā)后不管，數(shù)據(jù)的可靠性完全在于網(wǎng)絡(luò),。而目前以太網(wǎng)協(xié)議中對數(shù)據(jù)并沒有QOS保證,。因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時,，有可能造成UDP包丟失，造成解壓時出現(xiàn)馬賽克,?！ ?/p>
4、以太網(wǎng)的特征是突發(fā),，而實時視頻信號的特征是連續(xù),，這兩者是有矛盾的，因此當(dāng)一個以太網(wǎng)中數(shù)字視頻流過多時,，會造成以太網(wǎng)交換機(jī)的負(fù)載急劇增加,，網(wǎng)絡(luò)速度變得很慢，影響其他數(shù)據(jù)的正常交換,，嚴(yán)重時會造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓,。
高速公路視頻信號傳輸方案的探討
收費站至路段分中心的視頻傳輸
收費站至路段分中心的視頻傳輸可以采用點對點光端機(jī)、全數(shù)字節(jié)點式光端機(jī),、編解碼器等方式實現(xiàn),。
通過點對點光端機(jī)傳輸
收費站的圖像上傳如果采用點對點光端機(jī)傳輸，則每收費站到路段中心均需使用至少1對光端機(jī)并占用1芯光纖,。整個監(jiān)控系統(tǒng)占用的光纖資源較多,。如果收費站距離中心過遠(yuǎn)，還需要通過光端機(jī)的級連將圖像上傳至中心,。光端機(jī)級連會造成信號的衰減及信噪比降低,。同時大量光端機(jī)的使用，設(shè)備無法統(tǒng)一管理,，系統(tǒng)可維護(hù)性差,。其優(yōu)點是圖像質(zhì)量高，實時性好,?！ ?/p>
通過通信系統(tǒng)傳輸圖像
通過SDH系統(tǒng)提供的2M口或多個2M捆綁傳輸圖像。每個收費站到路段中心采用1對或幾對多E1編解碼器,，上傳部分圖像,。采用這種方法的缺點是占用SDH系統(tǒng)資源較多，每個收費站上傳的圖像數(shù)量受系統(tǒng)帶寬資源的限制,，不能太多,。
通過節(jié)點式光端機(jī)傳輸圖像
通過節(jié)點式光端機(jī)傳輸圖像,，整個系統(tǒng)只需要2芯光纖將各收費站節(jié)點組成環(huán)網(wǎng)或鏈網(wǎng),，節(jié)省光纖資源。同時在各收費站上傳的圖像、音頻,、數(shù)據(jù)及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)量可以根據(jù)用戶的需要靈活配置,。路段中心將各收費站上傳的信號經(jīng)局端設(shè)備全部輸出，統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理,，并可在局端通過網(wǎng)管系統(tǒng)對整個傳輸進(jìn)行實時維護(hù),。
分中心至片區(qū)中心或省中心的視頻傳輸
從各路段中心至片區(qū)中心或省中心通常要求上傳的視頻數(shù)量比較少,，一般每個下級中心只需上傳幾路,。采用的傳輸方式通常包括以下幾種：
1、通過E1接口傳輸：各中心之間通過SDH通信系統(tǒng),，采用多E1編解碼器傳輸視頻,。因為各中心之間的SDH系統(tǒng)資源較為豐富，需要上傳的圖像數(shù)量又不是很多,，采用多E1編解碼器能夠滿足用戶的需求,。
2,、通過IP接口傳輸：各中心之間通過以太網(wǎng)接口,，采用網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器傳輸視頻。這種方式其實同樣通過SDH通信系統(tǒng),，只不過通過外加網(wǎng)橋?qū)⒔涌谵D(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口,。
3,、通過全數(shù)字節(jié)點式光端機(jī)傳輸：各中心之間通過光纖連接,，采用全數(shù)字節(jié)點式光端機(jī)傳輸視頻。這種方式的優(yōu)點在于通過數(shù)字音視頻傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建,，不僅可以實現(xiàn)全網(wǎng)視頻信息的共享,，還可以實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù)及電話話務(wù)的交換,。同時利用數(shù)字音視頻傳輸系統(tǒng)的音視頻雙向傳輸功能,，還可以方便的實現(xiàn)各中心之間的會議電視。