高速公路監(jiān)控系統(tǒng)圖像傳輸分析

王寧濤

摘 要 高速公路是我國(guó)運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵，它擔(dān)負(fù)的運(yùn)輸量隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)也在不斷增加。為了讓車輛行駛更加安全和提高高速公路的使用率，我們必須使用先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備管理高速公路。隨著計(jì)算機(jī)不斷地發(fā)展，讓數(shù)字化監(jiān)控設(shè)備滿足了我們對(duì)交通監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的要求，通過(guò)對(duì)行駛的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速的視頻監(jiān)控管理可以在最大的程度上提高管理的效率。本文依據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)使用的狀況，對(duì)如何選擇監(jiān)控設(shè)備中傳輸介質(zhì)還有壓縮技術(shù)，以及圖像傳輸?shù)木唧w研究進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞 高速公路;監(jiān)控;圖像的傳輸

引言

在高速公路上監(jiān)控系統(tǒng)是不可以缺少的系統(tǒng)。為了對(duì)車輛在高速上的行駛狀況進(jìn)行監(jiān)控，大多數(shù)的攝像機(jī)會(huì)放在收費(fèi)站和公路上面對(duì)交通狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)把監(jiān)控的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，為有可能會(huì)發(fā)生的交通事故及時(shí)處理提供技術(shù)上的保障。大多有以下的要求：確保高速公路無(wú)論發(fā)生怎樣的狀況都能夠讓車輛行駛，指揮車輛前行;對(duì)所有違反交通規(guī)則的車輛可以立刻進(jìn)行圖像抓拍;在管理處和信息處理的中心及時(shí)的反應(yīng)每個(gè)站點(diǎn)里面車輛的多少和每天收費(fèi)的情況，提交當(dāng)天各項(xiàng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)。在高速公路監(jiān)控的系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)圖像的傳輸進(jìn)行監(jiān)控，尤其是從服務(wù)器到圖像傳輸是監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中最重要的地方，選好傳輸介質(zhì)和圖像壓縮技術(shù)才能正常的傳輸圖像，監(jiān)控系統(tǒng)才能有很好的質(zhì)量。

1圖像傳輸介質(zhì)的選擇

1.1 同軸電纜與同軸視頻放大器

使用同軸電纜的好處是十分廉價(jià)、進(jìn)行施工的時(shí)候比較容易。一般都使用在比較小的范圍當(dāng)中，因?yàn)樾枰獋鬏數(shù)木嚯x都不遠(yuǎn)，所以用同軸電纜進(jìn)行傳輸對(duì)圖像質(zhì)量損傷程度最小，能夠滿足人們對(duì)監(jiān)控設(shè)備實(shí)際的需要。但是，依據(jù)對(duì)同軸電纜的特點(diǎn)進(jìn)行分析，在同軸電纜內(nèi)信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)候變?nèi)鹾蛡鬏斁嚯x還有信號(hào)本身的頻率大小有關(guān)系。信號(hào)本身的頻率越高，就會(huì)變得越弱。視頻信號(hào)的帶寬特別大，并且圖像的顏色被調(diào)制在較高的頻率，在同軸電纜里面進(jìn)行傳輸?shù)囊曨l信號(hào)不但全部都減弱了，同時(shí)，各頻率減弱的程度也不一樣，尤其是色彩減弱的程度最大。

所以，我們?cè)谑褂猛S電纜的時(shí)候只能是在近距離傳輸圖像當(dāng)中，當(dāng)需要傳輸?shù)木嚯x大約是200m的時(shí)候，圖像的質(zhì)量就會(huì)明顯變得不好，顏色會(huì)變得比較暗，而且會(huì)發(fā)生失真的情況。如果我們想要把傳輸?shù)木嚯x變得更遠(yuǎn)，就必須使用同軸放大器。同軸放大器可以把信號(hào)進(jìn)行放大和補(bǔ)償通過(guò)均衡的調(diào)整，對(duì)頻率不同的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，讓接收端輸出的信號(hào)盡量不失真。但是同軸放大器連接的個(gè)數(shù)有所限制，一般的時(shí)候在監(jiān)控設(shè)備之中的同軸放大器不能超過(guò)3個(gè)，不然信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量就會(huì)變得不好，而且不好調(diào)整。所以，使用同軸電纜在監(jiān)控設(shè)備中，為了保證圖像清晰，一般使用的距離不超過(guò)500m。另外，同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中圖像的質(zhì)量還受到天氣變化的影響，而且只能對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，沒(méi)有較強(qiáng)的抗干擾力等不足[1]。

1.2 雙絞線與雙絞線視頻傳輸設(shè)備

雙絞線本身有抗干擾能力很強(qiáng)、傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)、很容易進(jìn)行布線、價(jià)格十分便宜的優(yōu)點(diǎn)，在許多的地方都得到了使用。由于雙絞線傳輸會(huì)把信號(hào)的傳輸效果減弱，所以在距離比較遠(yuǎn)的傳輸過(guò)程當(dāng)中，信號(hào)的頻率不可以太高。對(duì)于視頻信號(hào)，如果直接在雙絞線里面進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)男Ч植缓?。所以，在雙絞線上的視頻信號(hào)想進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的傳輸，就要有放大與補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程，必須增加雙絞線視頻傳輸設(shè)備。加上兩個(gè)雙絞線視頻的接收設(shè)備以后，可以把圖像傳輸?shù)?—2km。雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備的價(jià)格都很廉價(jià)，不會(huì)增添設(shè)備的成本支出，反而是在距離更遠(yuǎn)的情況下所需要的成本比較少。所以，監(jiān)控設(shè)備中我們使用雙絞線傳輸?shù)男盘?hào)更好。

1.3 光纖和光端機(jī)

使用光纖和光端機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中主要是為了解決傳輸距離的問(wèn)題和抵抗周圍環(huán)境的干擾。雙絞線和同軸的電纜只能解決比較小的區(qū)域圖像傳輸問(wèn)題，但是高速公路上的監(jiān)控傳輸圖像和信號(hào)的距離都很遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)的時(shí)候達(dá)到了上百公里，所以必須使用光纖傳輸?shù)姆绞?。此外，?duì)一些周圍環(huán)境干擾特別強(qiáng)的地方，為了傳輸信號(hào)的時(shí)候不受到周圍的影響，采取光纖傳輸?shù)姆绞?。光纖傳輸帶帶寬、容量特別大、不會(huì)受到電磁波的干擾，它基本不會(huì)受到外界的影響。光纖就能夠傳送監(jiān)控當(dāng)中的全部信號(hào)，傳輸?shù)木嚯x特別遠(yuǎn)。光端機(jī)能提供多路的圖像接口，還可以提供雙向的數(shù)據(jù)和音頻接口，把它們?nèi)考稍诠饫w上進(jìn)行信號(hào)的傳輸。光端機(jī)為監(jiān)控的系統(tǒng)提供了十分靈活的傳輸方式，傳輸信號(hào)的質(zhì)量特別好而且傳輸時(shí)候穩(wěn)定度高。最近幾年，光纖通信技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，光纖和光纖有關(guān)的東西都比較便宜，使得光纖監(jiān)控系統(tǒng)需要的成本也大大降低了，所以光纖和光端機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中得到了大規(guī)模的使用[2]。

在光纖中對(duì)監(jiān)控的信號(hào)進(jìn)行傳輸必須使用光端機(jī)，它主要是進(jìn)行光和電之間的轉(zhuǎn)換。有兩種光端機(jī)分別是模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)。

（1）模擬光端機(jī)是現(xiàn)在使用數(shù)量最多的光端機(jī)。它采用了PFM調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)可以實(shí)時(shí)的傳輸圖像信號(hào)。通過(guò)發(fā)射端把模擬信號(hào)進(jìn)行PFM調(diào)制，然后在電—光之間轉(zhuǎn)換，光信號(hào)傳到接收那端以后，在把光—電之間轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行解調(diào)，復(fù)原傳過(guò)來(lái)的視頻信號(hào)。由于使用了PFM調(diào)制技術(shù)，其傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)的時(shí)候能夠達(dá)到了幾百公里。而且，圖像信號(hào)傳輸后基本不會(huì)發(fā)生失真的情況。模擬光端機(jī)采用了波分復(fù)用技術(shù)，它能在一根光纖上實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳輸，這樣才能夠滿足監(jiān)控工程當(dāng)中的要你去。但模擬光端機(jī)有一些不足：生產(chǎn)模擬光端機(jī)的企業(yè)很少;難以實(shí)現(xiàn)光纖多路的圖像傳輸;模擬光端機(jī)在一根光纖上最多只能傳輸4路圖像;它使用了模擬的調(diào)制和解調(diào)的技術(shù)，傳輸?shù)男Ч粔蚍€(wěn)定，在時(shí)間不斷增加和周圍環(huán)境的改變的情況下，光端機(jī)的性能也會(huì)發(fā)生變化。

（2）數(shù)字光端機(jī)。它主要的功能是用來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行壓縮的光端機(jī)，一般使用MPEC圖像壓縮技術(shù)，它能夠?qū)⒄诨顒?dòng)的圖像進(jìn)行壓縮成數(shù)據(jù)流通過(guò)光纖傳輸。這樣在最大的程度上減小了信號(hào)傳輸?shù)膸?，只需要占?jù)少量的空間就能傳輸信號(hào)。同時(shí)，由于使用的是標(biāo)準(zhǔn)的接口，可以使用現(xiàn)有的傳輸設(shè)備當(dāng)中沒(méi)有被使用的通道傳輸圖像，為工程帶來(lái)便利。

數(shù)字光端機(jī)主要的優(yōu)點(diǎn)是：它采用了數(shù)字化的技術(shù)，提高了圖像進(jìn)行傳輸時(shí)候的清晰程度;使用了集成電路和數(shù)字化的技術(shù)，從而確保了監(jiān)控設(shè)備工作的可靠性和穩(wěn)定性;有利于多種信號(hào)集成到一起，然后通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)的傳輸。

數(shù)字圖像光端機(jī)使用了比較新的技術(shù)，在監(jiān)控工程當(dāng)中目前使用的時(shí)間還比較短，現(xiàn)在大部分都是用多路圖像的傳輸，主要是因?yàn)槟壳爸圃爝@種光端機(jī)的企業(yè)很少，價(jià)格比模擬光端機(jī)貴。但是，由于數(shù)字圖像光端機(jī)優(yōu)點(diǎn)比較突出，使用之后能減少成本，模擬圖像光端機(jī)發(fā)展的特別快[3]。

2圖像壓縮方式的選擇

在監(jiān)控系統(tǒng)里主要有視頻信號(hào)和音頻信號(hào)。而視頻和音頻等信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候占用的資源都特別多，所以必須進(jìn)行壓縮。高速公路上需要監(jiān)控的圖像都是車輛行駛的過(guò)程，他們?nèi)际莿?dòng)態(tài)的，所以選擇MPEG壓縮的標(biāo)準(zhǔn)。MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在有MPEG1、MPEG2、MPEG4和MPEG7[4]。

2.1 MPEG1和MPEG2

在1933年的時(shí)候?yàn)榱斯I(yè)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并發(fā)布了MPEG1，它可以適合不同帶寬的設(shè)備，比如CD—ROM，CD，它是針對(duì)SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率的圖像進(jìn)行壓縮，傳輸?shù)乃俾适?.5Mb/s，質(zhì)量的級(jí)別很高。在1994年的時(shí)候制定了MPEG2，為高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量和傳輸速率設(shè)計(jì)而來(lái)的。MPEG2提供的傳輸率在3Mb/s—10Mb/s之間，它處理作為DVD指定的標(biāo)準(zhǔn)以外，還可以用做廣播、有線電視、微型直播、網(wǎng)絡(luò)電纜提供數(shù)字視頻。MPEG2還有一個(gè)特點(diǎn)是可以提供范圍比較廣的改變壓縮比，適應(yīng)不同的畫面質(zhì)量、存儲(chǔ)的容量和帶寬的規(guī)定[5]。

2.2 適合監(jiān)控領(lǐng)域的監(jiān)控技術(shù)MPEG4

MPEG4使用很窄的帶寬，利用幀重建的技術(shù)，進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮和傳輸，達(dá)到用最少的數(shù)據(jù)獲得最好的圖像質(zhì)量的目的。它根據(jù)對(duì)圖像空間和時(shí)間的特點(diǎn)改變壓縮的方法，可以獲得更大的壓縮比例和更清晰的圖像質(zhì)量。它主要針對(duì)窄帶進(jìn)行傳輸和對(duì)信號(hào)進(jìn)行高質(zhì)量的壓縮。因此，根據(jù)MPEG4使用的具體場(chǎng)景和面向貸款設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使用它十分適合視頻監(jiān)控的領(lǐng)域。主要體現(xiàn)在以下的幾個(gè)方面。首先是節(jié)省儲(chǔ)存的空間。使用MPEG4需要的空間是MPEG1的十分之一。另外，MPEG4可以根據(jù)場(chǎng)景的改變而自己調(diào)整具體的壓縮方法，所以能對(duì)靜止和運(yùn)動(dòng)的物體都能保證圖像的質(zhì)量，是更加有效的視頻編碼方式;MPEG4的圖像質(zhì)量更高。它的分辨率達(dá)到了720×576，十分接近了DVD的效果。它對(duì)網(wǎng)路傳輸帶寬的要求比較低。因?yàn)樗膲嚎s比是同樣質(zhì)量MPEG1的10倍，所以進(jìn)行傳輸后只需要占用帶寬是同樣質(zhì)量MPEG1的10分之一。一樣的畫質(zhì)，MPEG4需要更窄的帶寬[6]。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著高速公路的不斷發(fā)展和完善，高速公路中的監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)大范圍的進(jìn)行使用，將會(huì)有更好進(jìn)行圖像傳輸?shù)脑O(shè)備和更先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

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[3] 姬舒平，朱江能.高速公路閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中圖像傳輸控制方式的研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2002，（04）：52-54.

[4] 于凡.節(jié)能環(huán)保型高速公路監(jiān)控系統(tǒng)圖像傳輸方式應(yīng)用初探[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010，6（10）：337-339.

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[6] 吳劍輝. 基于高清卡口的高速公路綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.