數字網(wǎng)絡(luò )視頻中的遠程交通監控系統傳輸構成

　　建立完善的城市交通誘導系統，將多種高新技術(shù)運用于城市道路交通管理體系，將車(chē)輛、道路智能化，達到緩解道路擁堵、減少交通事故、節約能源等目的。研究表明，它能使道路能行能力提高 2~3 倍，停車(chē)次數減少 30 ％，行車(chē)時(shí)間減少 13 ％ ~45 ％，交通事故成倍降低。在這樣一個(gè)復雜系統中，遠程交通監控中數字視頻處理尤為重要，特別是視頻信號的傳達室輸。
 

一、視頻監控系統
 

　　視頻是在時(shí)間近似連續的圖像序列。傳統的模擬監控存在固有局限性，主要表現為只能點(diǎn)對點(diǎn)監控，無(wú)法聯(lián)網(wǎng)，且系統安裝、布線(xiàn)工程量極大；傳輸距離較遠時(shí)，易產(chǎn)生衰耗、畸延時(shí)，圖像質(zhì)量下降，故傳輸距離有限。而 “ 網(wǎng)絡(luò )數字視頻遠程監控 ” 系統以數字視頻處理技術(shù)為核心，結合網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、多媒體技術(shù)、徹底克服傳統模擬監控的缺點(diǎn)。系統由視頻采集、視頻傳輸、控制中心等組成。視頻采集單元包括攝像頭、電動(dòng)三可三可變鏡頭、云臺、解碼器、防護罩；視頻傳輸可采用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)方式；控制中心單元包括控制主機、多畫(huà)面處器、組合屏 ( 電視墻 ) 、彩色監視器、硬盤(pán)錄像機、長(cháng)延時(shí)錄像機、視頻打印機、視頻服務(wù)器、相關(guān)處理軟件等。其典型結構如圖 。系統對圖像實(shí)時(shí)性、傳輸速度、并行處理能力、存儲容量等要求較高，支持光纖、數字微波、無(wú)線(xiàn)擴頻、雙紋線(xiàn)、電纜等傳輸介質(zhì)，適用干 DDN 、 ISDN 、 LAN 、 ATM 、 POTS 等網(wǎng)絡(luò )，集視頻切換、云臺控制、遠程視頻傳輸、地圖布防報警、報警聯(lián)動(dòng)控制等功能于一身。
 

　　基本流程：對城市道路的現場(chǎng)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，經(jīng)壓縮編碼處理后，可直接保存于硬盤(pán)，亦可通過(guò)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等方式，將視頻信號磁往近端、遠程監控中心及各監控現場(chǎng)云臺、鏡頭、矩陣等監控設備，實(shí)現道路路況圖像的實(shí)時(shí)監控，并對視頻信號錄像，以數字化方式 存于硬盤(pán)，供相關(guān)部門(mén)分析、查詢(xún)、取證等。 ( 如圖 所示)

二、數字視頻信號傳輸
　　視頻信號信息量極其巨大。比如按 PAL 制編碼 90 分鐘影片，分辨率 352*288 、每像素 24bit ，數據量高達 657180Mb 。如此龐大的數據如不進(jìn)行壓縮處理，無(wú)論傳輸、存儲都不可能。顯然，運用數字信號處理技術(shù)，對視頻信號壓縮是數字信號處理技術(shù)，對視頻信號壓縮是數字視頻遠程監控首先解決的問(wèn)題
 

　　2.1 視頻壓縮方式
 

　　壓縮就是從時(shí)域、空域兩方面去除冗余信息，其理論基礎是信息論 。目前，適合網(wǎng)絡(luò )視頻遠程傳輸的圖像壓縮標準有 H.261 、 MPEG1 等。其核心都是離散余弦變換和運動(dòng)補償算法，通過(guò)減少每幀圖像間空間上、時(shí)間上冗余度和相關(guān)性來(lái)減少數據量。 H.261 標準簡(jiǎn)稱(chēng) P*64 ， 1990 年 12 月由國際電報電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì ) (CCIT) 制定，適合 64~384Kbps 的低帶寬下視頻信號實(shí)時(shí)傳輸，但圖像質(zhì)量不理想。與 MPEG~1不同， H.261 傳輸屏幕區域更新信息，降低了碼流速率，進(jìn)而大幅降低數據流瞬時(shí)變化，是一種在帶寬有障礙的信道上傳輸視頻的理想方案； MPEGL 是國際標準化組織 (ISO) 于 　　1991 年制定的 1992 年成為標準。采用幀內、幀間編碼技術(shù)，應用運動(dòng)補償算法，對圖像數據進(jìn)行高達 200 倍壓縮，解決了視頻、音頻的壓縮、解壓縮、同步問(wèn)題。作為低端應用的視頻、音頻編解碼標準，它主要針對信號在可接受的質(zhì)量要求下編碼成 1.5Mbps 數據流。感官上，圖像細膩且流暢，是大多數視頻監控可接受的標準。傳輸速率 0.8~2Mbps 時(shí) ,MPEGL 圖像質(zhì)量與錄像機相當?？筛鶕O控系統設計需求，選用不同壓縮標準。
　　2.2 視頻傳輸方式
 

　　網(wǎng)絡(luò )數字視頻遠程監控的信號傳輸具有以下特點(diǎn)：
　?、?實(shí)時(shí)性。視頻信號須實(shí)時(shí)處理，如實(shí)時(shí)壓縮、解壓縮、傳輸。
　?、?同步性。盡管視頻信號具有分布性，但在用戶(hù)終端顯示須同步。
　?、?分布性?，F場(chǎng)采集的圖像發(fā)送、接收、顯示的主機位于不同地點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )相連。
 

　　視頻傳輸依賴(lài)的通信網(wǎng)絡(luò )包括 LAN ／ WAN 、 ISDN 、 DDN 、 ATM 、 PSTN 等，由于遠程交通監控及通信協(xié)議都不同，適合遠程交通監控的數字視頻傳輸要求標準也不同。目前， TCP ／ IP 協(xié)議作為事實(shí)上的標準，廣泛用于各種網(wǎng)絡(luò )。要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸數字視頻，自然也須遵守該協(xié)議。但該協(xié)議最初是為非實(shí)時(shí)數據業(yè)務(wù)制定的，實(shí)時(shí)傳輸能力較差。此外， IP 只負責數據傳輸，不進(jìn)行檢錯、糾錯，因此會(huì )發(fā)生數據丟失、失序現象。為保證數據可靠傳輸，將 TCP 用于 IP 數據的傳輸，提高接收端的檢錯、糾錯能力，當檢測到數據包丟失或錯誤時(shí)，會(huì )要求發(fā)端重新發(fā)送，但這樣會(huì )導致傳輸時(shí)延和網(wǎng)絡(luò )帶寬的浪費。比如網(wǎng)絡(luò )傳輸數據包時(shí)，雖能確保其到達目的地，但無(wú)法保證特定時(shí)間內到達，通信鏈路可能存在長(cháng)達數小時(shí)的時(shí)延。在城市交通監控這樣的特殊場(chǎng)合，如此長(cháng)的時(shí)延顯然不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監控需要。為確保傳輸數據實(shí)時(shí)性、同步性，有關(guān)組織制定了實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP ／ RTCP 。 RTP 負責數據傳輸， RTCP 實(shí)時(shí)監控數據傳輸和服務(wù)質(zhì)量。應用時(shí)， RTP ／ RTCP 用于音頻、視頻媒體，而 TCP 用于數據和控制信令傳輸。每個(gè)經(jīng)過(guò) RTP 傳輸的數據包中都有時(shí)間信息和相關(guān)序列號，這樣可使應用程序混合音頻、視頻信息相關(guān)容易。由于應用程序很容易確定視頻幀傳輸時(shí)需跳到的正確數據包號，因此同數據包相關(guān)的時(shí)間信息可平滑同步過(guò)程，確保傳輸數據實(shí)時(shí)性、同步性。另外，視頻傳輸對延遲及延遲抖動(dòng)要求較高。所以，視頻傳輸既需一定帶寬，還要有較好的穩定性，可伸縮性。目前我國建成公共組交換網(wǎng) (CHINAPAC) ，數字數據網(wǎng) (ODN) 、公共計算機網(wǎng) (CHINANET) 、公共電話(huà)網(wǎng) (PSTN) 及綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng) (ISDN) 、幀中繼 (FR) 網(wǎng)及仍在發(fā)展的 ATM 骨干網(wǎng)等。遍布各地的數字通信網(wǎng)，加上交管部門(mén)的通信專(zhuān)網(wǎng)，相互補充，構成比較理想的城市交通誘導系統視頻傳輸環(huán)境?，F在如今網(wǎng)絡(luò )通信中，有如下幾種適合于網(wǎng)絡(luò )的傳輸方式：

　　A 、電話(huà)線(xiàn)方式
　　利用現有電話(huà)線(xiàn)路進(jìn)行數字視頻傳輸主要采用 XSDL 技術(shù)，它提供一種直接接入的不中斷服務(wù)。按照 ITU G.902 定義，接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)節點(diǎn)接口 (SNI) 和用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口 (UNI) 之間一系列傳輸實(shí)體，如網(wǎng)絡(luò )設施、傳輸設施等組成，是能為相關(guān)業(yè)務(wù)的實(shí)現提供所需傳輸能力的實(shí)施系統。實(shí)際上是本地局與用戶(hù)設備間的信息傳輸實(shí)施系統，可部分或全部替代傳統的用戶(hù)本地線(xiàn)路，具有復用、交叉連續和傳輸等功能。原則上，接入網(wǎng)可實(shí)現 SNI 及 UNI 類(lèi)型、數目沒(méi)有限制。整個(gè)通信網(wǎng)分為傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)、接入網(wǎng)三部分。 XSDL 技術(shù)主要包括用于視頻點(diǎn)播和視頻廣播的 ASDL 、用于電視會(huì )議或雙向視頻控制的 HSDL 。前者下行速率 1.5~9Mbps ，上行速率 16~640Kbps ，傳輸距離 5.5KM ，關(guān)鍵技術(shù)是高速信道的調制，可選用調制方式有正交幅度調制 (QAM) 、離散多頻 (DMT) 調制、無(wú)載波幅度相位調制 (CAP) ；后者采用更先進(jìn)的調制技術(shù)，所以對帶寬的要求較少，且不需中繼器，僅用兩對雙絞銅線(xiàn)傳輸雙向對稱(chēng)數字信號。無(wú)中繼傳輸距離 3~5km ，比傳統 PCM 長(cháng)一倍以上，其傳輸速率 168kb ／ s ，提供 2048kb ／ s 的 E1 業(yè)務(wù)。 HDSL 采用了若干編碼和調制方式，如基帶編碼方式 (PAM) 、正交幅度調制 (0AM) 、無(wú)載波調幅調相 (CAP) 等，以提高傳輸質(zhì)量，延長(cháng)傳輸距離。目前， 　ADSL 、 HDSL 技術(shù)均較成熟，使用亦多。此外，還有根據傳輸線(xiàn)質(zhì)量和傳輸距離動(dòng)態(tài)調整訪(fǎng)問(wèn)速度的自適應用戶(hù)數字等。以上方式共同優(yōu)點(diǎn)是采用普通電話(huà)實(shí)現數字視頻的傳輸，可大大降低系統費用，是城市交管部門(mén)傳輸監控視頻的可行性方案。

　　B 、 DDN 方式
　　DDN 是利用數字通道提供半永久性連接電路，以傳輸數據信號為主的數字傳輸網(wǎng)絡(luò )。它主要提供中、高速率，高質(zhì)量點(diǎn)到及點(diǎn)到多點(diǎn)的數字專(zhuān)用鏈路，以便向用戶(hù)提供租用線(xiàn)路業(yè)務(wù)。通信速率 2.4-19.2Kbps 、 N X 64Kbps(N=1~32) ，也可提供 VPN 業(yè)務(wù)。國內電信部門(mén)已建成并開(kāi)放 ODN 業(yè)務(wù)，通信帶寬 64K-2.048M(E1) 。如城市交通管理部門(mén)沒(méi)有自己的遠程數據通信網(wǎng)，可向當地電信部門(mén)申請 DDN 業(yè)務(wù)。采用該方式時(shí)，可根據實(shí)際需求申請帶寬，視頻終端可采用 G.703 或 V.35 口將多媒體業(yè)務(wù)送 DDN 網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是服務(wù)質(zhì)量有保證，但費用較高，長(cháng)期使用存在局限性，可作為城市交管部門(mén)傳輸監控視頻的過(guò)渡、應急方案。

　　C、 ISDN 方式
　　ISDN 是傳輸視頻信息的理想環(huán)境，專(zhuān)為多媒體通信而設計，可提供各種類(lèi)型的信道，以傳輸不同速率與類(lèi)型的數字信號，其信道可分為信息信道 ( 包括 B 信道， H 信道 ) 與控制信道 (D 信道 ) 。 B 信道帶寬為 64Kbps ，用于傳輸各種語(yǔ)音、數據、位流圖像； H 信道帶寬 384Kbps 或 1536Kbps 或 1920Kbps ，用于傳輸高速率數據或高位流圖像； D 信道帶寬 16Kbps ，用干傳遞控制信號以控制 B 信道 (H 信道 ) 的呼叫，也可用于傳輸低速數據。 ISDN 用戶(hù)／網(wǎng)絡(luò )接口有基本速率接口 (BRI) 和基群速率接口 (PRI) 兩種。前者將現有電話(huà)網(wǎng)中的普通用戶(hù)作為 ISDN 的用戶(hù)賤而規定的接口，由 2 個(gè) B 和一個(gè) D 信道組成，成為 2B+D 口，傳輸速率 144Kbps ；后者由 30 個(gè) B 信道和一個(gè) D 信道組成成為 30B+D 口，傳輸速率 2Mbps ，相當于一個(gè) EI 口。此外，寬帶 ISDN 也可用于視頻傳輸，它采用的技術(shù)主要是光纖加上時(shí)分多路復用品 (TDM) ，能以高于 150Mbit ／ s 的速率傳輸視頻和其他數據。目前，采用該方案進(jìn)行遠程交通監控中的視頻傳輸存在諸多客觀(guān)局限。

　　D、 光纖信道
　　光纖信道具有傳輸質(zhì)量高、信道穩定等優(yōu)點(diǎn)。光通信端機包括 PCM 基群復接設備、二次群、三次群、四次群等跳群復接設備。其中， PCM 基群復接設備向用戶(hù)提供符合 G.703 標準的 64Kbps 接口，可將低速率的視頻數據直接送入 PCM 終端進(jìn)行傳輸。而復接設備直接向用戶(hù)提供符合 C.703 標準的 E1 接口，其速率 2.048Mbps 傳輸信道帶寬，經(jīng) G.703 ／ V.35 ， E1 通信主干網(wǎng)的首選，光纖信道具有其他通信方式無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，代表通信信道的發(fā)展趨勢，也是未來(lái)遠程交通監控中視頻傳輸的重要方式。

　　E、無(wú)線(xiàn)信道
　　無(wú)線(xiàn)信道主要是指數字微波和無(wú)線(xiàn)擴頻信道，在許多的專(zhuān)用網(wǎng)中都有自己的數字微波網(wǎng)、一點(diǎn)多址或無(wú)線(xiàn)擴頻接入信道，它們都可以提供 64K~2.048Mbps 的信道帶寬，而且通常以專(zhuān)幾的形式提供。這些專(zhuān)用網(wǎng)在建設規劃時(shí)，大都已預留出用作傳輸視頻圖像的專(zhuān)用信道，只要將視頻終端以 G.703 ／ V.35 方式接入并與原來(lái)的數據、話(huà)音業(yè)務(wù)作無(wú)縫連接，即可實(shí)現多媒體通信。采用無(wú)線(xiàn)信道進(jìn)行遠程交通監控中視頻傳輸具有靈活機動(dòng)、簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)點(diǎn)，特別適合一些特殊場(chǎng)所的監控，如突發(fā)事件、大型活動(dòng)等，不失為現有視頻傳輸方式的重要補充。

　　F、 VSAT 衛星線(xiàn)路

　　衛星傳輸系統覆蓋地域廣，施工量少，是基他傳輸系統無(wú)法替代的，特別是移動(dòng) VSAT 站，具有極好的機動(dòng)性，一般用戶(hù)可向衛星運營(yíng)公司租用衛星繞路，如將 64Kbps 串行數據轉換為 V.35 接口建立視頻連接。采用衛星線(xiàn)路進(jìn)行遠程交通監控中視頻傳輸方便快捷，機動(dòng)靈活，很適合一些特殊場(chǎng)所的監控，但長(cháng)期使用費用較高，存在一定局限性。

　　三、結語(yǔ)
　　有效的交通管理是各大城市面臨的共同難題。視頻交通監控系統能及時(shí)提供城市道路的路段車(chē)輛流量、路況信息等，記錄違章車(chē)輛，以便快速、準確實(shí)現交通指揮調度，達到充分利用現有道路資源，提高突發(fā)事故處理能力，為出行提供捷舒的交通服務(wù)。其數字化、網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展已成為必然趨勢。