近來，醉駕入刑鬧得風風火火，說明人們對道路安全非常重視。如果在高速公路上發(fā)生事故所產(chǎn)生的后果一邊比較嚴重，如果能在時間知道發(fā)生事故對事故所造成的傷害將減少很多。而且很多犯罪分子都要通過高速路逃竄，對高速路的管理能有效打擊犯罪。本文將介紹的是在高速公路上的安防中的比較重要的一部分——視頻監(jiān)控。而且是在光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)下視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

    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：圖像要求達到480線，加權(quán)信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達到25幀、NTSC制圖像要求達到30幀。

　　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)所有的高速公路進行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度。

　　點對點視頻光端機

　　點對點視頻光端機是目前使用較為普遍的視頻傳輸設(shè)備，主要可分為模擬光端機和數(shù)字光端機這兩種。點對點視頻光端機的優(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。

　　缺點：

　　1、無法組網(wǎng)，不具備保護功能，系統(tǒng)可維護性差。

　　2、無法實現(xiàn)遠距離傳輸。過遠會造成信號的急劇衰減。

　　模擬光端機

　　模擬光端機上光頭發(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。

　　數(shù)字光端機

　　數(shù)字光端機上光頭發(fā)射的光信號是數(shù)字信號即0或1對應(yīng)光信號強、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。

　　模擬光端機與數(shù)字光端機的性能對比

　　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。

　　模擬光端機由于要進行調(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，成為擬光端機質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。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。我們知道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)換后的模擬信號進入解調(diào)，解調(diào)與調(diào)制一樣會產(chǎn)生非線性畸變。

　　而數(shù)字式光端機僅只有模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差，不足以引起信號畸變。

　　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進行復(fù)用，以便在一對或一根光纖上傳輸。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。

　　數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號可以進行大容量復(fù)用，所以不會出現(xiàn)相互干擾。

　　3、穩(wěn)定性不同

　　模擬調(diào)制光端機由于采取載波調(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，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題。

　　節(jié)點式光端機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。節(jié)點式光端機根據(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)點式光端機如采用模擬方式調(diào)制信號，與模擬點對點光端機同樣存在頻間串擾、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)點式光端機的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制。

　　數(shù)字傳輸方式

　　全數(shù)字的節(jié)點式光端機采用數(shù)字方式調(diào)制視頻信號，并對視頻信號進行編碼壓縮傳輸。具有以下明顯優(yōu)點：

　　1、節(jié)省光纖資源。

　　2、視頻容量大。

　　3、節(jié)點數(shù)量基本不受限制，圖像質(zhì)量全程一致。

　　4、如組成雙纖環(huán)網(wǎng)，可實現(xiàn)自愈保護功能。

　　5、可實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入。

　　6、整個視頻傳輸系統(tǒng)可通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理和維護，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2種：一種是固定帶寬接口；另一種是IP接口。

　　1、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。可分為單E1編解碼器和多E1復(fù)用編解碼器等。

　　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，所以視覺效果較差。

　　多E1編解碼器采用多個E1接口捆綁傳輸1路視頻信號，視頻質(zhì)量相對較高。多E1編解碼器工作原理如下：

　　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，多使用4個E1也就夠了。

　　（3）使用簡單，為點對點方式。

　　 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)多傳送31路圖像；1個STM-4的系統(tǒng)多傳送126路圖像。

　　（2）設(shè)備較貴。

　　2、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。

　　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上解壓觀看圖像。

　　 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，多只能傳輸2路實時視頻信號。并且當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)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，嚴重時會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。

　　2、當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，嚴重時導(dǎo)致解碼器死機。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。

　　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)交換機的負載急劇增加，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、全數(shù)字節(jié)點式光端機、編解碼器等方式實現(xiàn)。

　　通過點對點光端機傳輸

　　收費站的圖像上傳如果采用點對點光端機傳輸，則每收費站到路段中心均需使用至少1對光端機并占用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，還需要通過光端機的級連將圖像上傳至中心。光端機級連會造成信號的衰減及信噪比降低。同時大量光端機的使用，設(shè)備無法統(tǒng)一管理，系統(tǒng)可維護性差。其優(yōu)點是圖像質(zhì)量高，實時性好。

　　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)點式光端機傳輸圖像

　　通過節(jié)點式光端機傳輸圖像，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)對整個傳輸進行實時維護。

　　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。