淺談數(shù)字化視頻技術(shù)在高速公路機電系統(tǒng)中的應用

1、    淺談數(shù)字化視頻技術(shù)在高速公路機電系統(tǒng)中的應用    摘要：隨著新技術(shù)的發(fā)展，高速公路機電系統(tǒng)的智能化程度越來越高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了模擬監(jiān)控至數(shù)字監(jiān)控的階段發(fā)展。隨著用戶對視頻監(jiān)控的需求逐漸增加，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有更好的適用性。本文介紹了高速公路行業(yè)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，列舉了目前常見的幾種數(shù)字視頻傳輸組網(wǎng)方式，并詳細分析了每種方式的特點和適用條件。通過與模擬監(jiān)控比較，闡述了數(shù)字監(jiān)控的優(yōu)勢和特點。最后針對應用中的一些問題，提出了具體的措施和解決方法，并對高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展進行了展望。關(guān)鍵詞：高速公；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)字視頻一、研究背景隨著科學

2、技術(shù)的飛速發(fā)展，高速公路機電系統(tǒng)的智能化程度也越來越高，目前我國大部分高速公路都設(shè)置有完善的道路監(jiān)控系統(tǒng)。完善的監(jiān)控系統(tǒng)在保障高速行車安全、道路暢通方面發(fā)揮著極其重要的作用。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（cctv）是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，一個完善的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由前端攝像機、視頻傳輸設(shè)備、視頻處理設(shè)備以及后端顯示設(shè)備等部分組成。高速公路視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了模擬至數(shù)字的幾個階段發(fā)展，隨著數(shù)字視頻壓縮技術(shù)日益成熟，多媒體技術(shù)被廣泛應用，數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)成為主流。所謂的數(shù)字化視頻技術(shù)是指在視頻的傳輸、控制、存儲等方面均采用數(shù)字化處理，這樣既提高了圖像傳輸存儲的可靠性和穩(wěn)定性，也增強了網(wǎng)絡管理和擴展性

3、。目前，各省市高速公路路網(wǎng)逐漸擴大，不斷推進路段聯(lián)網(wǎng)，各級管理部門對視頻圖像的需求顯著增加，對圖像的清晰度、傳輸距離、圖像信息等方面提出了更高的要求。面對新的需求，基于模擬信號傳輸?shù)腸ctv系統(tǒng)難以滿足行業(yè)內(nèi)對于視頻傳輸?shù)膽眯枨?，而?shù)字化閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)具有更好的適用性。二、數(shù)字視頻傳輸方式目前在高速公路行業(yè)采用數(shù)字化視頻解決方案主要有以下幾種方式：1、數(shù)字非壓縮光端機數(shù)字非壓縮光端機是高速公路機電系統(tǒng)中應用較多的一種模式。由于在光纖中傳輸?shù)膱D像采用數(shù)字化方式傳輸，避免了受到非線性失真等因素的影響，并且可以采用復用技術(shù)，在一芯光纖中實現(xiàn)多路圖像的傳輸，增加了光纖的利用效率。在以模擬視頻矩陣為

4、中心的監(jiān)控系統(tǒng)中有較好的適用性。但是伴隨近年來聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的加速發(fā)展，這種方式已很少使用了，主要是因為數(shù)字非壓縮傳輸無法利用通信網(wǎng)，需要單獨建設(shè)傳輸網(wǎng)，成本較高且無法大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)。2、數(shù)字非壓縮光平臺由于光端機和矩陣組建的松散式視頻系統(tǒng)的整體性能不佳，且聯(lián)網(wǎng)特性差，因此廠家逐步推出了光端機接入、非壓縮數(shù)字視頻交換的視頻監(jiān)控系統(tǒng)框架。通過信號pcm數(shù)字化處理，在已經(jīng)形成的模擬視頻傳輸信號上進行數(shù)字化包裝，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過光纖接入至平臺，通過時分復用技術(shù)進行時隙交換，減少信號失真。數(shù)字非壓縮光平臺結(jié)合了光纖通信及高速數(shù)字總線交換技術(shù)，去除了分配器、矩陣、疊加器等設(shè)備，減少了噪聲引入，保

5、證了圖像質(zhì)量和延遲水平。但非壓縮平臺僅適用于模擬攝像機系統(tǒng)，不能無縫兼容高清業(yè)務。因為高清視頻技術(shù)只能走壓縮數(shù)字化的道路。非壓縮方式的數(shù)字編碼沒有統(tǒng)一格式，不同廠家的設(shè)備無法對接。且光纖占用較多，1芯光纖通常最多傳輸16路非壓縮數(shù)字視頻，為了提供足夠的視頻通道，需要占用大量主干光纖。因此非壓縮光平臺具有一定的局限性。3、h.264編碼視頻綜合接入隨著聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的發(fā)展趨勢，行業(yè)規(guī)范逐步強化，基于h.264壓縮標準的視頻綜合接入解決方案技術(shù)也已成熟，成為視頻傳輸?shù)囊粋€新方向。該方案使得數(shù)字視頻協(xié)議標準化，圖像的網(wǎng)絡化傳輸更為靈活，組網(wǎng)也更為方便。由于高清數(shù)字視頻是基于ip技術(shù)的，隨著高清監(jiān)控的普及，

6、在高速公路機電系統(tǒng)中的應用也更為廣泛。三、數(shù)字視頻監(jiān)控組網(wǎng)方式目前在高速公路行業(yè)針對數(shù)字監(jiān)控的視頻組網(wǎng)主要有以下幾種方式：1、利用通信系統(tǒng)進行組網(wǎng)通信系統(tǒng)可以提供一個安全可靠的傳輸平臺，具有多級保護能力，傳輸延時小，通信系統(tǒng)可以提供具備動態(tài)帶寬分配的業(yè)務級保護，在圖像被大量調(diào)用時，不會因為出現(xiàn)帶寬峰值而影響圖像傳輸。在組網(wǎng)時，前后端的編解碼設(shè)備需先接入交換機，再接入通信系統(tǒng)，增加了故障點。通信系統(tǒng)帶寬也是相對固定，stm-4等級的傳輸速率為622mbps，實際可用帶寬更小一些，以8m高清圖像+2m存儲碼流計算，約可以傳輸40路左右的視頻。2、利用以太網(wǎng)交換機獨立組網(wǎng)以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)時交換機吞吐

7、容量大，有效帶寬大，可滿足高清圖像傳輸需求，可同時接入多種業(yè)務，節(jié)約投資。因此在采用高清視頻或視頻路數(shù)較多的情況下，可以考慮采用千兆以太網(wǎng)或者萬兆以太網(wǎng)方式獨立組網(wǎng)。缺點是網(wǎng)管信息與業(yè)務數(shù)據(jù)混合傳輸，當網(wǎng)絡發(fā)生擁堵時，網(wǎng)管信息也無法發(fā)送。安全性相對較差，需要組建專網(wǎng)，或有防火墻等保護。四、數(shù)字監(jiān)控的優(yōu)勢傳統(tǒng)模式在應用中存在以下問題：占用大量的光纖資源；系統(tǒng)復雜度高，故障點多；光端機產(chǎn)品本身網(wǎng)管能力較差。因此造成高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成復雜，增加了后期運營維護管理的難度。尤其是對于高清視頻，由于高清信號頻率很高，模擬傳輸距離十分受限。數(shù)字視頻技術(shù)解決了這些問題，具有以下優(yōu)點：1、數(shù)字視頻設(shè)備的

8、輸入輸出信號穩(wěn)定可靠，能夠避免模擬系統(tǒng)中非線性失真的影響。數(shù)字信號在傳輸過程中不會逐步積累噪聲，保持信噪比基本不變，收端圖像質(zhì)量基本與發(fā)端一致，適合多環(huán)節(jié)和長距離的傳輸。符合高速公路聯(lián)網(wǎng)的特征需求。2、數(shù)字技術(shù)與計算機配合，可以實現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控設(shè)備的自動控制和操作，符合高速公路智能化發(fā)展的需求。數(shù)字視頻更方便進行視頻處理，可實現(xiàn)大量圖像處理功能。且數(shù)字信息易于存貯和檢索，可以高效的檢索到所需信息，極大的提高了工作效率。3、利用數(shù)字編碼技術(shù)使視頻傳輸帶寬明顯減少，通常為模擬視頻所占帶寬的1/4左右。而且利用數(shù)字編碼的方法，更有利于視頻的保密。系統(tǒng)具有良好的擴展性，改造及擴容投資小。五、應用中的一些問

9、題1、數(shù)字視頻所需的傳輸帶寬傳輸帶寬計算：碼率×攝像機的路數(shù)=最低網(wǎng)絡帶寬。如果要在有限的帶寬傳輸更多的視頻，控制碼率是直接的解決方法。但碼率直接和圖像質(zhì)量相關(guān)，要根據(jù)顯示和存儲需求合理的設(shè)置分辨率、幀率。確定了所需的傳輸帶寬，還需要考慮到交換機的處理能力和存儲設(shè)備的i/o性能，才能保證視頻圖像的流暢。2、h.264編解碼設(shè)備的互編互解互控h.264的數(shù)據(jù)壓縮算法雖然具有很高的壓縮比，但實現(xiàn)復雜度高。由于標準的復雜性以及標準本身存在的可選項，各個廠家根據(jù)自己對標準的理解進行系統(tǒng)設(shè)計，導致h.264編碼算法的不同廠家芯片存在兼容性的問題。如果要各個廠家真正做到互編、互解、互控，還需要業(yè)主方進行協(xié)議的統(tǒng)一制定和規(guī)范。當前的h.264編解碼芯片能力都局限在mainprofilelevel 3的sd標清解碼層次上，目前在高速公路行業(yè)還是以標準清晰度的h.264方案為主，但隨著需求的提高和技術(shù)的發(fā)展，將會過渡到h.264高清標準。六、總結(jié)高速公路行業(yè)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)的應用層出不窮。從模擬圖像到數(shù)字圖像，從復雜的系統(tǒng)構(gòu)架到簡潔的網(wǎng)絡拓撲。數(shù)字化圖像技術(shù)的應