省級高速公路視頻傳輸方案探討

賈　毅

摘要：隨著高速公路網(wǎng)的逐步形成，監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)勢在必行。本文在結(jié)合本省高速公路機(jī)電系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)際情況下，對文中每一種視頻傳輸方案有何優(yōu)缺點(diǎn)、如何對全省視頻聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)籌等問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：模擬傳輸 數(shù)字編解碼 部分編碼

一、概述

作為高速公路機(jī)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，視頻聯(lián)網(wǎng)的地位日益突出。通過對交通視頻的聯(lián)網(wǎng)可幫助公路運(yùn)營管理部門及時(shí)了解高速公路沿線的交通狀況、加強(qiáng)對收費(fèi)作弊的監(jiān)管力度，進(jìn)而達(dá)到對重點(diǎn)路段和收費(fèi)站場的視頻監(jiān)控目標(biāo)。同時(shí)，將相關(guān)視頻資料放到對外服務(wù)網(wǎng)站窗口，方便民眾查詢交通現(xiàn)狀，為其出行提供參考。

隨著高速公路路網(wǎng)的建設(shè)，在對省級高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)時(shí)，要特別注意對視頻傳輸方案的選取，本文就視頻傳輸方案的選擇進(jìn)行了簡要分析。

二、影響視頻聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)囊蛩?/p>

（一） 管理體制

不同的管理體制會直接影響視頻聯(lián)網(wǎng)方案的確定。因此，首先必須確定全省高速公路運(yùn)營管理體制。

目前，高速公路運(yùn)營管理體制一般采用三級管理體制（收費(fèi)站－路段分中心－省中心）。根據(jù)路網(wǎng)的建設(shè)情況，對于區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)比較分散，所轄道路較多、路線里程相對較長的區(qū)域，可在區(qū)域設(shè)置片區(qū)中心，采用四級的管理體制（收費(fèi)站－路段分中心－片區(qū)中心－省中心）。

（二）視頻傳輸方式

1. 模擬傳輸方式

視頻模擬傳輸方式分為采用“同軸電纜”傳輸和 “光端機(jī)+光纖”傳輸。

同軸電纜具有價(jià)格便宜、鋪設(shè)方便的優(yōu)點(diǎn)。但是，信號在同軸電纜內(nèi)傳輸時(shí)受到的衰減與傳輸距離和信號本身的頻率有關(guān)，信號頻率越高，衰減越大；

“光端機(jī)+光纖”傳輸方式分為點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式和節(jié)點(diǎn)光端機(jī)的傳輸方式：

（1）點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是故障點(diǎn)容易定位，維護(hù)簡便，但是光纖資源消耗大，傳輸距離受到一定限制；

（2）節(jié)點(diǎn)光端機(jī)的傳輸方式是在光纖波分復(fù)用技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，對點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式的一種改進(jìn)。其優(yōu)點(diǎn)是光端機(jī)采用了先進(jìn)的波分復(fù)用技術(shù)，集成度高，節(jié)約光纖資源。但傳輸節(jié)點(diǎn)增多，會增加系統(tǒng)的故障點(diǎn)和故障率。

2.數(shù)字編解碼的傳輸方式

數(shù)字視頻編解碼的傳輸方式采用圖像壓縮編碼技術(shù)將需要傳輸?shù)囊曨l圖像數(shù)字化編碼，然后通過標(biāo)準(zhǔn)通信接口進(jìn)行傳輸，在接收端再將圖像進(jìn)行解碼還原。其中，視頻編解碼技術(shù)是保證壓縮圖像質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

目前，在高速公路視頻傳輸中應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)主要有：MPEG-2、MPEG-4和H.264。其中H.264標(biāo)準(zhǔn)，既保留了以往壓縮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和精華，又具備許多其他壓縮技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：

（1）低碼流：和MPEG-2和MPEG-4等壓縮技術(shù)相比，在同等圖像質(zhì)量下，采用H.264技術(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。顯然，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時(shí)間。

（2）高質(zhì)量的圖像：H.264能提供連續(xù)、流暢的較高質(zhì)量圖像（DVD質(zhì)量）。

（3）容錯(cuò)能力強(qiáng)：H.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯(cuò)誤的必要工具。

（4）網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)：H.264提供了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)層（Network Adaptation Layer）, 使得H.264的文件能方便地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸（例如互聯(lián)網(wǎng)，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。

H.264標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字編解碼傳輸方式是視頻數(shù)字化發(fā)展的趨勢，它可將視頻壓縮成N個(gè)2Mb/S帶寬的IP的數(shù)據(jù)流直接通過光纖傳輸或標(biāo)準(zhǔn)通信接口及通信平臺傳輸，大大降低信號傳輸帶寬。同時(shí)，采用10/100M IP 標(biāo)準(zhǔn)接口，可利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備的通道傳輸視頻。

三、視頻傳輸方案研究

目前，視頻傳輸方案主要有“全編碼”、“全模擬”、“部分編碼”三種：

（1）“全編碼”的方案

從視頻源—攝像機(jī)開始，至收費(fèi)站、路段分中心、片區(qū)中心和省中心等各級管理機(jī)構(gòu)，視頻傳輸均采用數(shù)字編解碼的數(shù)字傳輸方式；

（2）“全模擬”的方案

從視頻源—攝像機(jī)開始，至收費(fèi)站、路段分中心、片區(qū)中心和省中心等各級管理機(jī)構(gòu)，視頻均采用模擬傳輸方式；

（3）“部分編碼”的傳輸方案

從視頻源—攝像機(jī)開始，視頻采用模擬的方式傳輸至收費(fèi)站或路段分中心，從收費(fèi)站至路段分中心、片區(qū)中心和省中心或從路段分中心至片區(qū)中心和省中心均采用數(shù)字編解碼的傳輸方式。

綜上所述，在數(shù)字編解碼方式作為當(dāng)今主流傳輸方式的趨勢下，下面僅對第一種“全編碼”方案和第三種“部分編碼”的傳輸方案進(jìn)行探討，重點(diǎn)落在從外場至收費(fèi)站以及從收費(fèi)站至路段分中心的視頻傳輸方案確定。

（一） 全編碼視頻傳輸方案

1.從外場至收費(fèi)站的視頻傳輸

采用數(shù)字編解碼的方式，攝像機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)或者“模擬攝像機(jī)頭+視頻編碼器”輸出數(shù)字編碼視頻流。根據(jù)技術(shù)發(fā)展，前端的數(shù)字視頻編碼采用H.264技術(shù)，通過IP over光纖接入到收費(fèi)站。在收費(fèi)站設(shè)置視頻存儲服務(wù)器、視頻管理終端實(shí)現(xiàn)對所有視頻的存儲和控制管理，將一路視頻解碼輸出到主監(jiān)視器，直接轉(zhuǎn)發(fā)3-4路視頻至路段分中心。

如果監(jiān)控外場的視頻不傳輸至收費(fèi)站，而直接傳輸至路段分中心，則將外場攝像機(jī)視頻接入到數(shù)字視頻編碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備，路段內(nèi)所有的視頻編碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備通過光纖跳接與路段分中心的數(shù)字視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成環(huán)網(wǎng)，增加系統(tǒng)的可靠性。在路段分中心設(shè)置視頻存儲服務(wù)器、視頻管理終端實(shí)現(xiàn)對所有視頻的存儲和控制管理，另將視頻解碼輸出至監(jiān)視器墻和大屏，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)6-8路視頻至片區(qū)中心。

2.收費(fèi)站至路段分中心、片區(qū)中心及省中心的視頻傳輸

由于視頻在本地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，從收費(fèi)站至路段分中心、片區(qū)中心及省中心均采用通信系統(tǒng)提供的數(shù)字通道進(jìn)行傳輸：收費(fèi)站至路段分中心利用接入網(wǎng)提供的10/100（Mb/s）通道傳輸；路段分中心至片區(qū)中心及省中心利用干線傳輸系統(tǒng)提供的10/100（Mb/s）通道進(jìn)行傳輸。在收費(fèi)站、分中心、片區(qū)中心和省中心等處大屏幕或局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)上均可實(shí)現(xiàn)對視頻的瀏覽和調(diào)用。若需在路段分中心及上級各機(jī)構(gòu)內(nèi)調(diào)看路段沿線的視頻，可利用收費(fèi)站、分中心、片區(qū)中心和省中心交換機(jī)的組播功能，通過通信系統(tǒng)將需要上傳的視頻分別上傳至各級機(jī)構(gòu)，避免了視頻的二次編解碼問題。此外，在各級機(jī)構(gòu)配置視頻服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)視頻的存儲及轉(zhuǎn)發(fā)，各級領(lǐng)導(dǎo)可以在桌面終端實(shí)現(xiàn)視頻瀏覽等功能；在路段分中心、片區(qū)中心和省中心均設(shè)置監(jiān)視器墻和大屏投影系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對視頻的監(jiān)視。由此可以看出，在此系統(tǒng)下，各級視頻的存儲、管理和調(diào)用等功能基本相同。詳見圖1：

（二）部分編碼的視頻傳輸方案

1. 從外場至收費(fèi)站的視頻傳輸

這一區(qū)間由于傳輸距離比較短，對視頻的質(zhì)量要求比較高，因此視頻傳輸采用模擬方式。各收費(fèi)車道、收費(fèi)亭、收費(fèi)廣場及監(jiān)控外場的視頻采用模擬方式通過光纖和光端機(jī)進(jìn)行傳輸。在收費(fèi)站，所有的外場視頻進(jìn)入視頻分配器，一路進(jìn)入DVR進(jìn)行錄像，一路接入視頻矩陣，從矩陣切換輸出一路進(jìn)入主監(jiān)視器，同時(shí)切換輸出或環(huán)路輸出需要上傳分中心的視頻。

如果監(jiān)控外場的視頻不傳輸至收費(fèi)站，而直接傳輸至路段分中心，則外場攝像機(jī)的視頻采用模擬方式，通過節(jié)點(diǎn)光端機(jī)或點(diǎn)對點(diǎn)光端機(jī)進(jìn)行傳輸。

2.從收費(fèi)站至路段分中心的視頻傳輸

（1）在收費(fèi)站實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)字化，則采用數(shù)字壓縮方式，從收費(fèi)站視頻矩陣環(huán)路輸出所有的視頻圖像或切換輸出3-4路視頻進(jìn)入數(shù)字視頻編碼器進(jìn)行編碼后，通過通信系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)提供的10/100M IP通道傳輸至路段分中心。在路段分中心，上傳的所有視頻接入局域網(wǎng)，分別接入視頻存儲服務(wù)器、視頻管理終端，實(shí)現(xiàn)對所有視頻的存儲和控制管理，另將視頻解碼輸出至監(jiān)視器墻和大屏，轉(zhuǎn)發(fā)6-8路視頻至片區(qū)中心。

（2）在分中心實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)字化，則采用模擬方式，通過數(shù)字非壓縮光端機(jī)和光纖進(jìn)行傳輸，從收費(fèi)站的視頻矩陣切換輸出3-4路視頻進(jìn)入模擬或數(shù)字非壓縮光端機(jī)，各站點(diǎn)的模擬或數(shù)字非壓縮光端機(jī)采用級聯(lián)的方式或點(diǎn)對點(diǎn)的方式傳輸至路段分中心。在路段分中心，各收費(fèi)站視頻進(jìn)入視頻分配器，一路進(jìn)入DVR進(jìn)行錄像，一路接入監(jiān)視器墻和大屏，一路接入視頻矩陣，從矩陣切換輸出一路視頻進(jìn)入主監(jiān)視器，同時(shí)切換輸出或環(huán)路輸出需要上傳片區(qū)中心的視頻。

3. 路段分中心至片區(qū)中心及省中心的視頻傳輸

采用數(shù)字編解碼方式，從路段分中心的視頻矩陣環(huán)路輸出所有的視頻或切換輸出6-8路視頻進(jìn)入數(shù)字視頻編解碼器進(jìn)行編碼后，通過通信系統(tǒng)干線傳輸系統(tǒng)提供的10/100M IP通道傳輸至片區(qū)中心。在片區(qū)中心，所有視頻接入局域網(wǎng)，進(jìn)而可以分別接入視頻存儲服務(wù)器、視頻管理終端，實(shí)現(xiàn)對所有視頻的存儲和控制管理，另將視頻解碼輸出至監(jiān)視器墻和大屏，同時(shí)直接轉(zhuǎn)發(fā)6-8路視頻至省中心；省中心也相應(yīng)配置了視頻存儲服務(wù)器、視頻管理終端，實(shí)現(xiàn)對所有視頻的存儲和控制管理，另將視頻解碼輸出至監(jiān)視器墻和大屏。

四、結(jié)論

上述方案均各有其優(yōu)缺點(diǎn)。從長遠(yuǎn)考慮，“全編碼”的傳輸方案是視頻傳輸技術(shù)的發(fā)展方向。隨著視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，編解碼技術(shù)也必將日臻完善，視頻的失真、延時(shí)等問題可以得到進(jìn)一步改善。但值得注意的是，在“全編碼”的視頻傳輸方案中，即使同樣采用H.264的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，不同的設(shè)備廠家提供的編解碼設(shè)備也有不兼容的可能，若采用同一廠家的設(shè)備，又容易被壟斷控制。故建議在確定各級中心視頻控制平臺可選用產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，在編解碼器接入全省高速公路網(wǎng)前，必須要求廠家提供自身產(chǎn)品的編解碼協(xié)議，經(jīng)視頻聯(lián)網(wǎng)控制平臺統(tǒng)一測試通過后方可引入采用。如果在全省的視頻控制平臺尚未建立、缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候盲目對各路段的視頻進(jìn)行“全編碼”，必將給后期全省高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)帶來諸多麻煩。

因此，為方便運(yùn)營管理，建議在已建路段，尤其是同一分中心管轄的不同路段，采用“部分編碼”傳輸方案，視頻傳輸采用同一種方式。先保持“部分編碼”傳輸方案，待全省的視頻控制平臺建立后，在設(shè)備達(dá)到壽命周期或需要改造時(shí)，再采用 “全編碼”傳輸方案進(jìn)行改造，合理地利用現(xiàn)有投資，避免不必要的浪費(fèi)；若全省的視頻控制平臺已建立，對此后的新建路段，推薦采用“全編碼”傳輸方案?！?/p>

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