淺談?dòng)芯€(xiàn)到無(wú)線(xiàn)視頻監控傳輸方式

　　自近幾年“高清”的概念在視頻監控行業(yè)火熱以來(lái)，越多來(lái)越多的廠(chǎng)商開(kāi)始推出“高清”化的產(chǎn)品。透過(guò)市場(chǎng)上品類(lèi)繁多的“高清產(chǎn)品”背后，我們發(fā)現，有很多產(chǎn)品對“高清”的指標理解不一，表現效果也是千差萬(wàn)別。那么，傳輸能否讓高清完美無(wú)缺呢?下面讓我們具體看下有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)。

　　高清監控技術(shù)分析

　　高清網(wǎng)絡(luò )攝像機提供視頻監控的信源，它已將視頻進(jìn)行高清編碼和IP封裝，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )來(lái)承載高清圖像，可實(shí)現高清監視、錄像等監控功能。

　　在發(fā)送端，網(wǎng)絡(luò )攝像機集成了圖像采集、視頻壓縮編碼、通信控制和傳輸接口，視頻數據通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )輸出。

　　在圖像采集部分，CCD和CMOS兩種傳感器分別針對不同的需求而設計，CMOS在高像素方面有著(zhù)一定的優(yōu)勢，而CCD對監控場(chǎng)景的適應性更佳。在視頻壓縮編碼部分，不同的壓縮算法和算法實(shí)現方案決定了高清圖像的質(zhì)量和編碼效率。在通信控制部分，網(wǎng)絡(luò )的適應性、安全性、碼流的封裝格式和傳輸功能，取決于監控系統的規劃和設計。

　　在傳輸接口部分，不同的網(wǎng)絡(luò )接入方式，如無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)等，均可很好地支持。

　　有線(xiàn)視頻監控傳輸方式

　　1、視頻基帶傳輸：最為傳統的電視監控傳輸方式，對0～6MHz視頻基帶信號不作任何處理，通過(guò)同軸電纜(非平衡)直接傳輸模擬信號。

　　優(yōu)點(diǎn)：短距離傳輸圖像信號損失小，造價(jià)低廉，系統穩定。

　　缺點(diǎn)：傳輸距離短，300米以上高頻分量衰減較大，無(wú)法保證圖像質(zhì)量。布線(xiàn)量大、維護困難、可擴展性差，適合小系統。尤其是現在非標線(xiàn)材盛行的今天，當你發(fā)現有視頻干擾，加矩陣后字符跳動(dòng)，通過(guò)視頻分配器后畫(huà)面有干擾時(shí)，查查自己使用的線(xiàn)纜達標嗎?

　　2、光纖傳輸：常見(jiàn)的有模擬光端機和數字光端機，是解決幾十甚至幾百公里電視監控傳輸的最佳解決方式，通過(guò)把視頻及控制信號轉換為激光信號在光纖中傳輸。

　　優(yōu)點(diǎn)：傳輸距離遠、衰減小，抗干擾性能最好，適合遠距離傳輸。標準的光端機都0---20公里傳輸距離，8路光端機性?xún)r(jià)比最高，這個(gè)跟光頭有關(guān)系，做光端機的朋友都知道?，F在光端機價(jià)格很便宜，但質(zhì)量好的還是很貴。

　　缺點(diǎn)：對于幾公里內監控信號傳輸不夠經(jīng)濟;光熔接及維護需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員及設備操作處理，維護技術(shù)要求高，不易升級擴容。有的工程人員為了省那便宜的光跳線(xiàn)和法蘭，直接尾纖接設備了，以后維修的時(shí)候你就知道那根跳線(xiàn)和法蘭有多重要。

　　3、網(wǎng)絡(luò )傳輸：解決城域間遠距離、點(diǎn)位極其分散的監控傳輸方式，采用MPEG2/4、H.264音視頻壓縮格式傳輸監控信號。

　　優(yōu)點(diǎn)：采用網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器作為監控信號上傳設備，有Internet網(wǎng)絡(luò )安裝上遠程監控軟件就可監看和控制。

　　缺點(diǎn)：受網(wǎng)絡(luò )帶寬和速度的限制，只能傳輸小畫(huà)面、低畫(huà)質(zhì)的圖像;每秒只能傳輸幾到十幾幀圖像，動(dòng)畫(huà)效果十分明顯并有延時(shí)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監控。不過(guò)我很看好網(wǎng)絡(luò )傳輸。

　　4、 雙絞線(xiàn)傳輸(平衡傳輸)：也是視頻基帶傳輸的一種，將75Ω的非平衡模式轉換為平衡模式來(lái)傳輸的。是解決監控圖像1Km內傳輸，電磁環(huán)境復雜場(chǎng)合的解決方式之一，將監控圖像信號處理通過(guò)平衡對稱(chēng)方式傳輸。

　　缺點(diǎn)：對于幾公里內監控信號傳輸不夠經(jīng)濟;光熔接及維護需專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員及設備操作處理，維護技術(shù)要求高，不易升級擴容。有的工程人員為了省那便宜的光跳線(xiàn)和法蘭，直接尾纖接設備了，以后維修的時(shí)候你就知道那根跳線(xiàn)和法蘭有多重要。

　　3、網(wǎng)絡(luò )傳輸：解決城域間遠距離、點(diǎn)位極其分散的監控傳輸方式，采用MPEG2/4、H.264音視頻壓縮格式傳輸監控信號。

　　優(yōu)點(diǎn)：采用網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器作為監控信號上傳設備，有Internet網(wǎng)絡(luò )安裝上遠程監控軟件就可監看和控制。

　　缺點(diǎn)：受網(wǎng)絡(luò )帶寬和速度的限制，只能傳輸小畫(huà)面、低畫(huà)質(zhì)的圖像;每秒只能傳輸幾到十幾幀圖像，動(dòng)畫(huà)效果十分明顯并有延時(shí)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監控。不過(guò)我很看好網(wǎng)絡(luò )傳輸。

　　4、 雙絞線(xiàn)傳輸(平衡傳輸)：也是視頻基帶傳輸的一種，將75Ω的非平衡模式轉換為平衡模式來(lái)傳輸的。是解決監控圖像1Km內傳輸，電磁環(huán)境復雜場(chǎng)合的解決方式之一，將監控圖像信號處理通過(guò)平衡對稱(chēng)方式傳輸。

　　優(yōu)點(diǎn)是：布線(xiàn)簡(jiǎn)易、成本低廉、抗共模干憂(yōu)性能強。

　　缺點(diǎn)：只能解決1Km以?xún)缺O控圖像傳輸，而且一根雙絞線(xiàn)只能傳輸一路圖像，不適合應用在大中型監控中;雙絞線(xiàn)質(zhì)地脆弱抗老化能力差，不適于野外傳輸;雙絞線(xiàn)傳輸高頻分量衰減較大，圖像顏色會(huì )受到很大損失。

　　5、 共纜傳輸：視頻采用調幅調制、FSK數據調制等技術(shù)，將數十路監控圖像、伴音、控制及報警信號集成到“一根”同軸電纜中雙向傳輸。說(shuō)白了就是有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )倒著(zhù)走，完全是閉路電視的傳輸技術(shù)，很成熟，很實(shí)用。

　　優(yōu)點(diǎn)：充分利用了同軸電纜的資源空間，二十路音視頻及控制信號在同一根電纜中雙向傳輸、實(shí)現“一線(xiàn)通”;施工簡(jiǎn)單、維護方便，大量節省材料成本及施工費用;頻分復用技術(shù)解決遠距傳輸點(diǎn)位分散，布線(xiàn)困難監控傳輸問(wèn)題;射頻傳輸方式只衰減載波信號， 圖像信號衰減很小，亮度、色度傳輸同步嵌套，保證圖像質(zhì)量達到4級以上國家標準;采用75Ω同軸非平衡方式傳輸使其具有非常強抗干擾能力，電磁環(huán)境復雜場(chǎng) 合仍能保證圖像質(zhì)量。

　　缺點(diǎn)：采用有線(xiàn)電視傳輸技術(shù)，是個(gè)接頭工程。對做監控的朋友來(lái)說(shuō)有點(diǎn)跨行業(yè)，共纜傳輸主要在設計這塊，當然產(chǎn)品上也有層次。射頻的好多東西還是經(jīng)驗很重要的，系統調試技術(shù)要求高，必須使用專(zhuān)業(yè)儀器。

　　無(wú)線(xiàn)視頻監控傳輸方式

　　視頻監控接入方式由有線(xiàn)轉入無(wú)線(xiàn)是一種必然趨勢。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日益發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)應用越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。無(wú)線(xiàn)傳輸三大優(yōu)點(diǎn)如下：

　　1、綜合成本低，只需一次性投資，無(wú)須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠及已裝修好的場(chǎng)合;在許多情況下，用戶(hù)往往由于受到地理環(huán)境和工作內容的限制，例如山地、港口和開(kāi)闊地等特殊地理環(huán)境，對有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、有線(xiàn)傳輸的布線(xiàn)工程帶來(lái)極大的不便，采用有線(xiàn)的施工周期將很長(cháng)，甚至根本無(wú)法實(shí)現。這時(shí)，采用無(wú)線(xiàn)監控可以擺脫線(xiàn)纜的束縛，有安裝周期短、維護方便、擴容能力強，迅速收回成本的優(yōu)點(diǎn)。

　　2、維護費用低，無(wú)線(xiàn)監控維護由網(wǎng)絡(luò )提供商維護，前端設備是即插即用、免維護系統。

　　3、無(wú)線(xiàn)監控系統是監控和無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的結合，它可以將不同地點(diǎn)的現場(chǎng)信息實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊手段傳送到無(wú)線(xiàn)監控中心.在無(wú)線(xiàn)監控系統中，無(wú)線(xiàn)監控中心需要實(shí)時(shí)得到被監控點(diǎn)的視頻信息，并且該視頻信息必須是連續、清晰的。在無(wú)線(xiàn)監控點(diǎn)，通常使用攝像頭對現場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，攝像頭通過(guò)視頻無(wú)線(xiàn)傳輸設備相連，并通過(guò)由無(wú)線(xiàn)電波將數據信號發(fā)送到監控中心。

　　可靠信道上信號傳輸研究的目的是充分利用信道的帶寬資源;而對于不可靠信道，傳輸中研究的重點(diǎn)則是充分利用帶寬資源來(lái)實(shí)現可靠傳輸，即容錯傳輸技術(shù)。這里討論在無(wú)線(xiàn)信道上的視頻傳輸機制，其主要的研究點(diǎn)是容錯傳輸控制。容錯傳輸控制技術(shù)根據其控制方式的不同可以分為三大類(lèi)：即前向錯誤控制、基于反饋的ARQ和信源信道聯(lián)合編碼。前向錯誤控制(ForwardErrorControl，FEC)包括信道糾錯編碼技術(shù)、交織打包技術(shù)和優(yōu)化的包調度機制等?；诜答伒腁RQ技術(shù)包括利用多幀參考機制的參考幀選擇(ReferencePictureSelection，RPS)機制、混合ARQ(Hybrid，HARQ)機制和基于A(yíng)RQ的反饋錯誤跟蹤技術(shù)。由于基于A(yíng)RQ的容錯傳輸控制技術(shù)具有優(yōu)良的性能，所以在此重點(diǎn)介紹ARQ相關(guān)的傳輸控制技術(shù)，并討論現有視頻容錯傳輸機制存在的不足。

　　前向錯誤控制采用前向糾錯編碼的方式來(lái)克服信道錯誤。在信道出錯概率波動(dòng)比較劇烈的情況下(如現有的移動(dòng)信道)，為了獲得一定的傳輸質(zhì)量，前向糾錯編碼必須根據當前估計的最差情況來(lái)增加冗余校驗比特，這會(huì )導致帶寬資源的浪費。對帶寬資源本來(lái)就有限的無(wú)線(xiàn)信道而言，顯然是不能滿(mǎn)足要求的。為此，考慮把ARQ技術(shù)和前向錯誤控制結合起來(lái)，稱(chēng)為HARQ技術(shù)。HARQ分為兩類(lèi)：I類(lèi)HARQ中，發(fā)送端的前向編碼要具有一定的糾錯能力，當接收端發(fā)現錯誤后，首先利用前向糾錯編碼來(lái)糾正錯誤。

　　如果錯誤被糾正，則向發(fā)送端傳送一個(gè)當前包接收成功的反饋信息(ACK)，反之則發(fā)送接收失敗消息(NACK)。發(fā)送端如果收到ACK，則繼續發(fā)送下一個(gè)數據包，否則，則重發(fā)出錯的數據包。由此可見(jiàn)I類(lèi)ARQ需要較強的前向糾錯編碼，在錯誤率較低的應用場(chǎng)合會(huì )導致帶寬資源的浪費，但在錯誤率高的環(huán)境下能夠獲得比其他類(lèi)型ARQ機制更好的吞吐效率。Ⅱ類(lèi)ARQ中只要求前向糾錯編碼具有檢錯能力即可，根據關(guān)于信道編碼糾錯能力的理論可知，這可以起到節約帶寬的作用。當接收端發(fā)現錯誤后，發(fā)送重傳請求;發(fā)送端只傳送出錯數據對應的具有糾錯能力的校驗碼。

　　當接收端收到后，如果仍然不能糾正錯誤，則繼續發(fā)送重傳請求，發(fā)送端可以選擇重傳整體出錯數據和校驗碼，也可以選擇發(fā)送更強糾錯能力的校驗碼，具體因控制策略不同可有所調整。鑒于無(wú)線(xiàn)信道錯誤率高，具有反饋信道的無(wú)線(xiàn)傳輸通常采用HARQ-I。圖2顯示了采用HARQ-I的無(wú)線(xiàn)視頻傳輸系統，圖中虛線(xiàn)框代表了傳輸中錯誤控制的流程。根據HARQ-I的設計原理，接收端發(fā)現錯誤后，首先進(jìn)行前向錯誤糾正(圖中第一層錯誤屏障)，如果不能糾正且當前系統滿(mǎn)足時(shí)延限制，則發(fā)送ACK請求來(lái)讓發(fā)送端重傳出錯部分的數據(第二層錯誤屏障)。這樣的重傳可以重復到接收端收到正確的數據或者重傳延遲超出系統時(shí)延限制為止。如果重傳結束后仍然不能得到正確的數據包，在接收端就會(huì )用錯誤隱藏技術(shù)來(lái)進(jìn)行錯誤恢復(第三層錯誤屏障)?？梢钥闯?，這種機制的基本思想是出錯后盡量使用ARQ技術(shù)來(lái)恢復錯誤，所以這里將其命名為“盡力而為”ARQ機制(Best Effort ARQ，BEA，RQ)。