MPEG一2與ATM網(wǎng)在長(zhǎng)春輕軌上的應(yīng)用

MPEG一2與ATM網(wǎng)在長(zhǎng)春輕軌上的應(yīng)用摘要：以長(zhǎng)春輕鐵為例，介紹了機(jī)道交通中數(shù)字圖像在通信網(wǎng)中的傳輸，特別是MPEG-2壓縮技術(shù)和ATM技術(shù)在系統(tǒng)中的成功應(yīng)用理論證明，MPEG-2作為一種高效的低帶寬、低損失的全運(yùn)動(dòng)視須數(shù)據(jù)壓縮方案，完全可以用于軌道交通中的視須壓縮;ATM網(wǎng)絡(luò)，具有的可靠性高、高效率、低容量交換、面向連接和Q0S管理的特性，又為數(shù)字視頻監(jiān)控提供了理想承載網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：MPEG-2一一運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)IIATM一一異步傳輸形式軌道交通不僅能有效改善城市的交通環(huán)境，而且還有助于城市建立和經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展。為了保證建成后的軌道交通設(shè)施能平安、高效地運(yùn)營(yíng)，就必須建立可靠的、易擴(kuò)大的、獨(dú)立的通信網(wǎng)，以傳輸和處理軌道交通運(yùn)營(yíng)所需的各種信息。該通信系統(tǒng)是集交換和傳輸為一體的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以迅速誰(shuí)確、可靠地傳送各種運(yùn)營(yíng)管理信息。輕軌信號(hào)及傳輸系統(tǒng)包括:視頻監(jiān)控系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、AFC系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、播送系統(tǒng)等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)因其圖像質(zhì)量直觀性和對(duì)輕軌安個(gè)運(yùn)行的影響，成為衡量軒軌信號(hào)及傳輸系統(tǒng)性能的項(xiàng)重要指標(biāo)。以往軌道交通系統(tǒng)的圖像傳輸大多采用模擬線纜傳輸?shù)姆绞?，?duì)間隔卜分敏感，當(dāng)傳輸間隔晉級(jí)。為理解決此問(wèn)題，需增加大量的信號(hào)放大和切換設(shè)備，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和故障點(diǎn)。在長(zhǎng)春輕軌中，我們采用了ATM(AsynchronoustransfcrModc)網(wǎng)絡(luò)，它先進(jìn)的帶寬利用功能可以高效地傳送大型復(fù)雜的視頻數(shù)據(jù)包。結(jié)合使用MPEG-2壓縮技術(shù)，可以在保證完好性和效勞質(zhì)量(Qos)的同時(shí)，高效地在ATM上傳送數(shù)字圖像媒體。1視頻編碼技術(shù)和傳輸技術(shù)1.1圖像壓縮技術(shù)根據(jù)長(zhǎng)春輕軌的實(shí)際情況，我們?cè)谝曨l監(jiān)控系統(tǒng)中采用了MPEG-2編碼方式。這是因?yàn)镸PEG-2標(biāo)準(zhǔn)是MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)中一種算法成熟、具有高效率、可發(fā)布高質(zhì)量和全運(yùn)動(dòng)視頻數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2既具有比前期發(fā)布的MPEG-1高一倍的圖像分辨率(720x576)，又不像以后發(fā)布的MPEG-4存在許多算法的不確定性。其對(duì)圖像的壓縮比方下:全運(yùn)動(dòng)、數(shù)字化非壓縮視頻大約需要270Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，而MPEG一2在感覺(jué)不到質(zhì)量損失的情況下，可以將視頻傳輸速率需求降低到4-6Mbps。所以，普通傳輸專網(wǎng)可滿足其帶寬要求。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的其體標(biāo)準(zhǔn)系列見(jiàn)圖1。1.2ATM網(wǎng)絡(luò)ATM是交融電路形式和分組形式的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)展而成的，是以信元為信息傳輸、復(fù)用和交換的根本單位的轉(zhuǎn)移形式?！稗D(zhuǎn)移形式〞是指電信網(wǎng)中的傳輸、復(fù)用和交換的各方面;“異步〞是指被分組的用戶信息一信元不必像TDM中的時(shí)隙那樣周期性地出現(xiàn)而占據(jù)固定信道，即信元是動(dòng)態(tài)占用信道的。ATM具有可靠性高、面向連接和QoS管理的特點(diǎn)，是數(shù)字視頻監(jiān)控的理想承載網(wǎng)絡(luò)。ATM技術(shù)的根底是高效率、低容量交換和復(fù)用機(jī)制，這類機(jī)制非常適用于存在特殊帶寬限制的環(huán)境。ATM通過(guò)在ATM網(wǎng)絡(luò)上的源與目的點(diǎn)之間建認(rèn)虛擬通道(VPI)和虛擬途徑(VCI)來(lái)按需分配帶寬。這些通道不是專用物理連接，而是在不需要它們時(shí)可以撤除的永久虛擬連接或交換虛擬連接。另外，ATM交換網(wǎng)絡(luò)的速度和可靠性是其他流行的廣域網(wǎng)技術(shù)所不能比較的。2實(shí)際應(yīng)用長(zhǎng)春輕鐵一期工程全長(zhǎng)14.6km，設(shè)有芙蓉橋、朝陽(yáng)橋等17個(gè)站點(diǎn);整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為155Mbps的ATM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，除圖像業(yè)務(wù)外，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上還有業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。系統(tǒng)不意圖如圖3所不，圖中僅指不實(shí)際使用時(shí)各種信號(hào)的流程，不代表實(shí)際設(shè)備數(shù)量。每個(gè)站點(diǎn)的主要設(shè)備是視頻源(包括視頻切換矩陣、攝像頭、云臺(tái)控制等)。SCOMMPEG-2圖像編碼機(jī)、貝爾ATM交換機(jī)，控制中心的主要設(shè)備是監(jiān)視器(電視墻等類似設(shè)備)、SCOMMPEG-2圖像解碼機(jī)、貝爾ATM交換機(jī)、控制平臺(tái)、ATM網(wǎng)卡等。1)視須監(jiān)控系統(tǒng)功能位于朝陽(yáng)橋的控制中心，同時(shí)在監(jiān)視器上顯示全線車(chē)站上傳的34路圖像中的任意8路?？刂浦行呐渲每傉{(diào)、行調(diào)和電調(diào)三個(gè)控制鍵盤(pán)，可分別對(duì)車(chē)輛運(yùn)行和電力監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)展控制(云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)等)，對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)展切換、輪循顯示。2)ATM設(shè)備建立傳輸通道情況每個(gè)MPEG-2傳輸流(TS)都占用個(gè)虛通道(VirtualChannel)，一臺(tái)編碼設(shè)備與控制臺(tái)的數(shù)據(jù)交互占用一個(gè)虛通道?？刂浦行牡墓ぷ魅藛T可以通過(guò)控制平臺(tái)來(lái)進(jìn)展圖像切換，MPEG-2編、解碼機(jī)設(shè)置，ATM交換機(jī)設(shè)置，狀態(tài)報(bào)告，日常維護(hù)等。3)系統(tǒng)視頻傳輸4)視須設(shè)備(編解碼設(shè)備、云臺(tái)、拒陣等)控制長(zhǎng)春輕鐵的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是155MbpsATM雙向環(huán)形網(wǎng)。每個(gè)站點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))都有ATM交換機(jī)來(lái)提供圖像等業(yè)務(wù)的接入，它除了向下一個(gè)站點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))傳送本站點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的數(shù)據(jù)外，還傳送上個(gè)站點(diǎn)(韋點(diǎn))的數(shù)據(jù)，類似ADD/DROP的形式;雙向網(wǎng)絡(luò)的方式可以在出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈，減少損失;ATM交換機(jī)根據(jù)每路圖像的實(shí)際帶寬提供了永久虛擬連接(PVC),同時(shí)為控制通道也分配了所需的永久虛擬連接(PVC)連接;通過(guò)控制平臺(tái)的控制命令來(lái)修改永久虛擬連接(PVC)，實(shí)現(xiàn)圖像切換或按一定的時(shí)間間隔輪流顯示;控制平臺(tái)可以通過(guò)控制命令來(lái)傳送云臺(tái)控制信號(hào)。開(kāi)場(chǎng)建立，2002年10月投人試運(yùn)營(yíng)。運(yùn)營(yíng)至今，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，活動(dòng)圖像明晰，低延時(shí)，低維護(hù)本錢(qián)，圖像切換迅速，易擴(kuò)容，這為軌道交通圖像監(jiān)控實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸提供了良好的實(shí)際案例。參考文獻(xiàn)[2]肖丹ATM互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，19