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ACE数字网络视频中的远程交通监控系统传输构成

2008-10-12 11:41:22    来源:

建立完善的城市交通诱导系统,将多种高新技术运用于城市道路交通管理体系,将车辆、道路智能化,达到缓解道路拥堵、减少交通事故、节约能源等目的。研究表明,它能使道路能行能力提高 2~3 倍,停车次数减少 30 %,行车时间减少 13 % ~45 %,交通事故成倍降低。在这样一个复杂系统中,远程交通监控中数字视频处理尤为重要,特别是视频信号的传达室输。

一、视频监控系统 

视频是在时间近似连续的图像序列。传统的模拟监控存在固有局限性,主要表现为只能点对点监控,无法联网,且系统安装、布线工程量极大;传输距离较远时,易产生衰耗、畸延时,图像质量下降,故传输距离有限。而 “ 网络数字视频远程监控 ” 系统以数字视频处理技术为核心,结合网络技术、多媒体技术、彻底克服传统模拟监控的缺点。系统由视频采集、视频传输、控制中心等组成。视频采集单元包括摄像头、电动三可三可变镜头、云台、解码器、防护罩;视频传输可采用有线、无线方式;控制中心单元包括控制主机、多画面处器、组合屏 ( 电视墙 ) 、彩色监视器、硬盘录像机、长延时录像机、视频打印机、视频服务器、相关处理软件等。其典型结构如图 。系统对图像实时性、传输速度、并行处理能力、存储容量等要求较高,支持光纤、数字微波、无线扩频、双纹线、电缆等传输介质,适用干 DDN 、 ISDN 、 LAN 、 ATM 、 POTS 等网络,集视频切换、云台控制、远程视频传输、地图布防报警、报警联动控制等功能于一身。 

基本流程:对城市道路的现场图像进行实时采集,经压缩编码处理后,可直接保存于硬盘,亦可通过有线、无线等方式,将视频信号磁往近端、远程监控中心及各监控现场云台、镜头、矩阵等监控设备,实现道路路况图像的实时监控,并对视频信号录像,以数字化方式 存于硬盘,供相关部门分析、查询、取证等。

二、数字视频信号传输

视频信号信息量极其巨大。比如按 PAL 制编码 90 分钟影片,分辨率 352*288 、每像素 24bit ,数据量高达 657180Mb 。如此庞大的数据如不进行压缩处理,无论传输、存储都不可能。显然,运用数字信号处理技术,对视频信号压缩是数字信号处理技术,对视频信号压缩是数字视频远程监控首先解决的问题

2.1 视频压缩方式 

压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息,其理论基础是信息论 。目前,适合网络视频远程传输的图像压缩标准有 H.261 、 MPEG1 等。其核心都是离散余弦变换和运动补偿算法,通过减少每帧图像间空间上、时间上冗余度和相关性来减少数据量。 H.261 标准简称 P*64 , 1990 年 12 月由国际电报电话咨询委员会 (CCIT) 制定,适合 64~384Kbps 的低带宽下视频信号实时传输,但图像质量不理想。与 MPEG~1不同, H.261 传输屏幕区域更新信息,降低了码流速率,进而大幅降低数据流瞬时变化,是一种在带宽有障碍的信道上传输视频的理想方案; MPEGL 是国际标准化组织 (ISO) 于   1991 年制定的 1992 年成为标准。采用帧内、帧间编码技术,应用运动补偿算法,对图像数据进行高达 200 倍压缩,解决了视频、音频的压缩、解压缩、同步问题。作为低端应用的视频、音频编解码标准,它主要针对信号在可接受的质量要求下编码成 1.5Mbps 数据流。感官上,图像细腻且流畅,是大多数视频监控可接受的标准。传输速率 0.8~2Mbps 时 ,MPEGL 图像质量与录像机相当。可根据监控系统设计需求,选用不同压缩标准。 

2.2 视频传输方式

网络数字视频远程监控的信号传输具有以下特点: 

① 实时性。视频信号须实时处理,如实时压缩、解压缩、传输。 

② 同步性。尽管视频信号具有分布性,但在用户终端显示须同步。

③ 分布性。现场采集的图像发送、接收、显示的主机位于不同地点,通过网络相连。

视频传输依赖的通信网络包括 LAN / WAN 、 ISDN 、 DDN 、 ATM 、 PSTN 等,由于远程交通监控及通信协议都不同,适合远程交通监控的数字视频传输要求标准也不同。目前, TCP / IP 协议作为事实上的标准,广泛用于各种网络。要通过网络传输数字视频,自然也须遵守该协议。但该协议最初是为非实时数据业务制定的,实时传输能力较差。此外, IP 只负责数据传输,不进行检错、纠错,因此会发生数据丢失、失序现象。为保证数据可靠传输,将 TCP 用于 IP 数据的传输,提高接收端的检错、纠错能力,当检测到数据包丢失或错误时,会要求发端重新发送,但这样会导致传输时延和网络带宽的浪费。比如网络传输数据包时,虽能确保其到达目的地,但无法保证特定时间内到达,通信链路可能存在长达数小时的时延。在城市交通监控这样的特殊场合,如此长的时延显然不能满足实时监控需要。为确保传输数据实时性、同步性,有关组织制定了实时传输协议 RTP / RTCP 。 RTP 负责数据传输, RTCP 实时监控数据传输和服务质量。应用时, RTP / RTCP 用于音频、视频媒体,而 TCP 用于数据和控制信令传输。每个经过 RTP 传输的数据包中都有时间信息和相关序列号,这样可使应用程序混合音频、视频信息相关容易。由于应用程序很容易确定视频帧传输时需跳到的正确数据包号,因此同数据包相关的时间信息可平滑同步过程,确保传输数据实时性、同步性。另外,视频传输对延迟及延迟抖动要求较高。所以,视频传输既需一定带宽,还要有较好的稳定性,可伸缩性。目前我国建成公共组交换网 (CHINAPAC) ,数字数据网 (ODN) 、公共计算机网 (CHINANET) 、公共电话网 (PSTN) 及综合业务数字网 (ISDN) 、帧中继 (FR) 网及仍在发展的 ATM 骨干网等。遍布各地的数字通信网,加上交管部门的通信专网,相互补充,构成比较理想的城市交通诱导系统视频传输环境。现在如今网络通信中,有如下几种适合于网络的传输方式:

A 、电话线方式 

利用现有电话线路进行数字视频传输主要采用 XSDL 技术,它提供一种直接接入的不中断服务。按照 ITU G.902 定义,接入网由业务节点接口 (SNI) 和用户网络接口 (UNI) 之间一系列传输实体,如网络设施、传输设施等组成,是能为相关业务的实现提供所需传输能力的实施系统。实际上是本地局与用户设备间的信息传输实施系统,可部分或全部替代传统的用户本地线路,具有复用、交叉连续和传输等功能。原则上,接入网可实现 SNI 及 UNI 类型、数目没有限制。整个通信网分为传输网、交换网、接入网三部分。 XSDL 技术主要包括用于视频点播和视频广播的 ASDL 、用于电视会议或双向视频控制的 HSDL 。前者下行速率 1.5~9Mbps ,上行速率 16~640Kbps ,传输距离 5.5KM ,关键技术是高速信道的调制,可选用调制方式有正交幅度调制 (QAM) 、离散多频 (DMT) 调制、无载波幅度相位调制 (CAP) ;后者采用更先进的调制技术,所以对带宽的要求较少,且不需中继器,仅用两对双绞铜线传输双向对称数字信号。无中继传输距离 3~5km ,比传统 PCM 长一倍以上,其传输速率 168kb / s ,提供 2048kb / s 的 E1 业务。 HDSL 采用了若干编码和调制方式,如基带编码方式 (PAM) 、正交幅度调制 (0AM) 、无载波调幅调相 (CAP) 等,以提高传输质量,延长传输距离。目前,  ADSL 、 HDSL 技术均较成熟,使用亦多。此外,还有根据传输线质量和传输距离动态调整访问速度的自

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