摘要：本文簡要介紹數字視頻遠程交通監控系統的構成、視頻信號的壓縮，主要介紹遠程交通監控中的視頻傳輸。

    關鍵詞：TCP／IP視頻壓縮 視頻傳輸 遠程監控 中圖分類號U491.1 16

    建立完善的城市交通誘導系統，將多種高新技術運用于城市道路交通管理體系，將車輛、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，停車次數減少30％，行車時間減少13％~45％，交通事故成倍降低。在這樣一個復雜系統中，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。

    1 視頻監控系統

    視頻是在時間近似連續的圖像序列。傳統的模擬監控存在固有局限性，主要表現為只能點對點監控，無法聯網，且系統安裝、布線工程量極大；傳輸距離較遠時，易產生衰耗、畸延時，圖像質量下降，故傳輸距離有限。而“數字視頻遠程監控”系統以數字視頻處理技術為核心，結合網絡技術、多媒體技術、徹底克服傳統模擬監控的缺點。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、電動三可三可變鏡頭、云臺、解碼器、防護罩；視頻傳輸可采用有線、無線方式；控制中心單元包括控制主機、多畫面處器、組合屏(電視墻)、彩色監視器、硬盤錄像機、長延時錄像機、視頻打印機、視頻服務器、相關處理軟件等。其典型結構如圖1。系統對圖像實時性、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、無線擴頻、雙紋線、電纜等傳輸介質，適用干DDN、ISDN、LAN、ATM、POTS等網絡，集視頻切換、云臺控制、遠程視頻傳輸、地圖布防報警、報警聯動控制等功能于一身。

    基本流程：對城市道路的現場圖像進行實時采集，經壓縮編碼處理后，可直接保存于硬盤，亦可通過有線、無線等方式，將視頻信號磁往近端、遠程監控中心及各監控現場云臺、鏡頭、矩陣等監控設備，實現道路路況圖像的實時監控，并對視頻信號錄像，以數字化方式存于硬盤，供相關部門分析、查詢、取證等。(如圖所示)

    2 視頻傳輸

    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行壓縮處理，無論傳輸、存儲都不可能。顯然，運用數字信號處理技術，對視頻信號壓縮是數字信號處理技術，對視頻信號壓縮是數字視頻遠程監控首先解決的問題。

    2.1 視頻壓縮

    壓縮就是從時域、空域兩方面去除冗余信息，其理論基礎是信息論①。目前，適合視頻遠程傳輸的圖像壓縮標準有H.261、MPEGI等。其核心都是離散余弦變換和運動補償算法，通過減少每幀圖像間空間上、時間上冗余度和相關性來減少數據量。H.261標準簡稱P*64，1990年12月由國際電報電話咨詢委員會(CCIT)制定，適合64~384Kbps的低帶寬下視頻信號實時傳輸，但圖像質量不理想。與MPEG~1不同，H.261傳輸屏幕區域更新信息，降低了碼流速率，進而大幅降低數據流瞬時變化，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，應用運動補償算法，對圖像數據進行高達200倍壓縮，解決了視頻、音頻的壓縮、解壓縮、同步問題。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,MPEGL圖像質量與錄像機相當。可根據監控系統設計需求，選用不同壓縮標準。

    2.2 視頻傳輸

數字視頻遠程監控的信號傳輸具有以下特點：
①實時性。視頻信號須實時處理，如實時壓縮、解壓縮、傳輸。
②同步性。盡管視頻信號具有分布性，但在用戶終端顯示須同步。
③分布性。現場采集的圖像發送、接收、顯示的主機位于不同地點，通過網絡相連。

    視頻傳輸依賴的通信網絡包括LAN／WAN、ISDN、DDN、ATM、PSTN等，由于遠程交通監控及通信協議都不同，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協議作為事實上的標準，廣泛用于各種網絡。要通過網絡傳輸數字視頻，自然也須遵守該協議。但該協議最初是為非實時數據業務制定的，實時傳輸能力較差。此外，IP只負責數據傳輸，不進行檢錯、糾錯，因此會發生數據丟失、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，會要求發端重新發送，但這樣會導致傳輸時延和網絡帶寬的浪費。比如網絡傳輸數據包時，雖能確保其到達目的地，但無法保證特定時間內到達，通信鏈路可能存在長達數小時的時延。在城市交通監控這樣的特殊場合，如此長的時延顯然不能滿足實時監控需要。為確保傳輸數據實時性、同步性，有關組織制定了實時傳輸協議RTP／RTCP。RTP負責數據傳輸，RTCP實時監控數據傳輸和服務質量。應用時，RTP／RTCP用于音頻、視頻媒體，而TCP用于數據和控制信令傳輸。每個經過RTP傳輸的數據包中都有時間信息和相關序列號，這樣可使應用程序混合音頻、視頻信息相關容易。由于應用程序很容易確定視頻幀傳輸時需跳到的正確數據包號，因此同數據包相關的時間信息可平滑同步過程，確保傳輸數據實時性、同步性。另外，視頻傳輸對延遲及延遲抖動要求較高。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(CHINAPAC)，數字數據網(ODN)、公共計算機網(CHINANET)、公共電話網(PSTN)及綜合業務數字網(ISDN)、幀中繼(FR)網及仍在發展的ATM骨干網等。遍布各地的數字通信網，加上交管部門的通信專網，相互補充，構成比較理想的城市交通誘導系統視頻傳輸環境。

    2.2.1電話線方式

    利用現有電話線路進行數字視頻傳輸主要采用XSDL技術，它提供一種直接接入的不中斷服務。按照ITU G.902定義，接入網由業務節點接口(SNI)和用戶網絡接口(UNI)之間一系列傳輸實體，如網絡設施、傳輸設施等組成，是能為相關業務的實現提供所需傳輸能力的實施系統。實際上是本地局與用戶設備間的信息傳輸實施系統，可部分或全部替代傳統的用戶本地線路，具有復用、交叉連續和傳輸等功能。原則上，接入網可實現SNI及UNI類型、數目沒有限制。整個通信網分為傳輸網、交換網、接入網三部分。XSDL技術主要包括用于視頻點播和視頻廣播的ASDL、用于電視會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，關鍵技術是高速信道的調制，可選用調制方式有正交幅度調制(QAM)、離散多頻(DMT)調制、無載波幅度相位調制(CAP)；后者采用更先進的調制技術，所以對帶寬的要求較少，且不需中繼器，僅用兩對雙絞銅線傳輸雙向對稱數字信號。無中繼傳輸距離3~5km，比傳統PCM長一倍以上，其傳輸速率168kb／s，提供2048kb／s的E1業務。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)、無載波調幅調相(CAP)等，以提高傳輸質量，延長傳輸距離。目前，ADSL、HDSL技術均較成熟，使用亦多。此外，還有根據傳輸線質量和傳輸距離動態調整訪問速度的自適應用戶數字等。以上方式共同優點是采用普通電話實現數字視頻的傳輸，可大大降低系統費用，是城市交管部門傳輸監控視頻的可行性方案。

    2.2.2 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絡。它主要提供中、高速率，高質量點到及點到多點的數字專用鏈路，以便向用戶提供租用線路業務。通信速率2.4-19.2Kbps、N X 64Kbps(N=1~32)，也可提供VPN業務。國內電信部門已建成并開放ODN業務，通信帶寬64K-2.048M(E1)。如城市交通管理部門沒有自己的遠程數據通信網，可向當地電信部門申請DDN業務。采用該方式時，可根據實際需求申請帶寬，視頻終端可采用G.703或V.35口將多媒體業務送DDN網。其優點是服務質量有保證，但費用較高，長期使用存在局限性，可作為城市交管部門傳輸監控視頻的過渡、應急方案。

    2.2.3 ISDN方式

    ISDN是傳輸視頻信息的理想環境，專為多媒體通信而設計，可提供各種類型的信道，以傳輸不同速率與類型的數字信號，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／網絡接口有基本速率接口(BRI)和基群速率接口(PRI)兩種。前者將現有電話網中的普通用戶作為ISDN的用戶賤而規定的接口，由2個B和一個D信道組成，成為2B D口，傳輸速率144Kbps；后者由30個B信道和一個D信道組成成為30B D口，傳輸速率2Mbps，相當于一個EI口。此外，寬帶ISDN也可用于視頻傳輸，它采用的技術主要是光纖加上時分多路復用品(TDM)，能以高于150Mbit／s的速率傳輸視頻和其他數據。目前，采用該方案進行遠程交通監控中的視頻傳輸存在諸多客觀局限。

    2.2.4 光纖信道

    光纖信道具有傳輸質量高、信道穩定等優點。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終端進行傳輸。而復接設備直接向用戶提供符合C.703標準的E1接口，其速率2.048Mbps傳輸信道帶寬，經G.703／V.35，E1通信主干網的首選，光纖信道具有其他通信方式無可比擬的優點，代表通信信道的發展趨勢，也是未來遠程交通監控中視頻傳輸的重要方式。

    2.2.5無線信道

    無線信道主要是指數字微波和無線擴頻信道，在許多的專用網中都有自己的數字微波網、一點多址或無線擴頻接入信道，它們都可以提供64K~2.048Mbps的信道帶寬，而且通常以專幾的形式提供。這些專用網在建設規劃時，大都已預留出用作傳輸視頻圖像的專用信道，只要將視頻終端以G.703／V.35方式接入并與原來的數據、話音業務作無縫連接，即可實現多媒體通信。采用無線信道進行遠程交通監控中視頻傳輸具有靈活機動、簡便快捷等優點，特別適合一些特殊場所的監控，如突發事件、大型活動等，不失為現有視頻傳輸方式的重要補充。

    2.2.3 VSAT衛星線路

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

    3 結語

    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提供城市道路的路段車輛流量、路況信息等，記錄違章車輛，以便快速、準確實現交通指揮調度，達到充分利用現有道路資源，提高突發事故處理能力，為出行提供捷舒的交通服務。其數字化、網絡化發展已成為必然趨勢。