應(yīng)用于高速公路的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

標(biāo)簽：單E1編解碼  視頻信號

高速公路項目中對視頻信號傳輸?shù)囊笥幸韵绿攸c：

1、容量大：在一個監(jiān)控分中心通常有幾十路甚至上百路視頻信號。

2、圖像質(zhì)量要求高：圖像要求達到480線，加權(quán)信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達到25幀(50場/s)、NTSC制圖像要求達到30幀(60場/s)。

3、需要多級控制：目前高速公路項目中對視頻信號的監(jiān)控和管理自下而上可分為以下站級、路段中心、片區(qū)中心、省中心四級監(jiān)控系統(tǒng)。

(1)站級監(jiān)控系統(tǒng)：各收費站需要對本地的視頻信號進行監(jiān)控

(2)路段中心監(jiān)控：一條高速公路通常設(shè)置1個路段分中心，對某一路段進行監(jiān)控和管理。

(3)片區(qū)中心監(jiān)控系統(tǒng)：多條高速公路的統(tǒng)一管理通常根據(jù)地域劃分為若干個片區(qū)來進行。

(4)省中心監(jiān)控系統(tǒng)：各省高速公路管理局需要對省內(nèi)所有的高速公路進行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度。目前主流視頻傳輸產(chǎn)品介紹

點對點視頻光端機

點對點視頻光端機是目前使用較為普遍的視頻傳輸設(shè)備(使用示意圖參見圖1)，主要可分為模擬光端機和數(shù)字光端機(非壓縮)兩種。點對點視頻光端機的優(yōu)點：

1、使用簡單靈活，視頻質(zhì)量高，實時性好。

2、除了可以傳輸多路視頻信號外，還可以傳輸音頻信號、異步數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等多種信號。

點對點視頻光端機主要缺點：

1、無法組網(wǎng)，不具備保護功能，系統(tǒng)可維護性差。

2、無法實現(xiàn)遠距離傳輸。如果距離過遠，只能采用光端機級連方式。多級光端機的級連會造成信號的急劇衰減。

模擬光端機

顧名思義，模擬光端機上光頭發(fā)射的光信號是模擬光調(diào)制信號，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率、相位變化引起光信號幅度、頻率、相位變化而分別稱為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相光端機。

數(shù)字光端機

數(shù)字光端機上光頭發(fā)射的光信號是數(shù)字信號即0或1對應(yīng)光信號強、弱兩種狀態(tài)，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號。

模擬光端機與數(shù)字光端機的性能對比

1、模擬信號傳輸輸入和輸出處理方式不一樣，引起的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號信號失真、變畸變、干擾不同。

模擬光端機由于要進行調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調(diào)制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應(yīng)的線形關(guān)系，成為擬光端機質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，到目前為止，很難做到真正線性調(diào)制，非線形必然引起信號失真;同時調(diào)制好的載波信號信號還要調(diào)制光信號，光信號的非線性也是一個非常重要的因素，眾所周知，光器件的非線性與環(huán)境溫度變化、工作電壓的穩(wěn)定性、光發(fā)射功率有很大的影響，因此光器件在生產(chǎn)時需進行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選、老化、測試也只能以將這種變換控制在一定的范圍;光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號色散效應(yīng)同樣也會引起光信號畸變;光信號到達接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉(zhuǎn)換后的模擬信號進入解調(diào)，解調(diào)與調(diào)制一樣會產(chǎn)生非線性畸變。

所以綜合模擬光端機，從輸入信號調(diào)制-電光轉(zhuǎn)換-光輸-光電轉(zhuǎn)換-解調(diào)這五個過程，都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的所以是不可消除的，所以模擬光端機傳輸視頻圖象、音頻質(zhì)量、數(shù)據(jù)的效果很難達到很滿意的效果。

數(shù)字式光端機僅只有模數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差(如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv)，不足以引起信號畸變。因此不存在上述缺陷。

2、多路信號同傳引起的交調(diào)失真。

在現(xiàn)場監(jiān)控應(yīng)用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、電話或其它用戶自定義的信號，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號在光端機進行復(fù)用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機來講，將多路視頻、音頻或數(shù)據(jù)信號混合調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調(diào)干擾。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相光端機多路視頻、音頻、數(shù)據(jù)同傳時出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調(diào)制技術(shù)長期以來一直所固有的缺點。

數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，很容易進行大容量復(fù)用并且不會出現(xiàn)相互干擾。

3、穩(wěn)定性不同

模擬調(diào)制光端機由于采取載波調(diào)制方式，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響。出現(xiàn)傳輸質(zhì)量隨環(huán)境變化而變化的缺點。同時模擬光端機經(jīng)過長時間使用后，隨著元件的老化和環(huán)境的變化，經(jīng)常會出現(xiàn)視頻質(zhì)量明顯下降的現(xiàn)象。正因為這種缺點，對一些大型、重要工程來講，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題。節(jié)點式視頻光端機

節(jié)點式光端機是一種新型的光纖傳輸系統(tǒng)，通常使用2芯光纖將各節(jié)點連接形成環(huán)網(wǎng)、鏈網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，視頻和數(shù)據(jù)可以在任意節(jié)點上下。同時網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸音頻、雙向數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等信號。節(jié)點式光端機組網(wǎng)示意圖參見圖2。節(jié)點式光端機根據(jù)信號調(diào)制方式的不同分為模擬傳輸方式和數(shù)字傳輸方式。

模擬傳輸方式

節(jié)點式光端機如采用模擬方式調(diào)制信號，與模擬點對點光端機同樣存在頻間串?dāng)_、信號衰減畸變的問題。這是模擬調(diào)制方式所帶來的必然問題。因此如采用模擬方式，對節(jié)點式光端機的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制。

數(shù)字傳輸方式

全數(shù)字的節(jié)點式光端機采用數(shù)字方式調(diào)制視頻信號，并對視頻信號進行編碼壓縮傳輸。通常采用的編碼方式有M-JPEG、MPEG-2等。具有以下明顯優(yōu)點：

1、節(jié)省光纖資源。所有收費站通過2芯光纖與路段中心組成環(huán)網(wǎng)或鏈網(wǎng)即可。

2、視頻容量大。目前北京蛙視公司的VOX全數(shù)字音視頻傳輸平臺可在2芯光纖上傳輸多達126路高質(zhì)量音視頻信號。

3、節(jié)點數(shù)量基本不受限制，圖像質(zhì)量全程一致。因為采用數(shù)字編碼傳輸，信號無畸變;且不同于光端機級連方式，在各節(jié)點不經(jīng)過2次編碼調(diào)制，因此圖像質(zhì)量可保持全程一致。

4、如組成雙纖環(huán)網(wǎng)，可實現(xiàn)自愈保護功能。當(dāng)某一段光纖或某一節(jié)點設(shè)備故障，不影響整個系統(tǒng)的傳輸。

5、可實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入，如視頻、音頻、以太網(wǎng)、異步數(shù)據(jù)、電話話務(wù)等各種業(yè)務(wù)。

6、整個視頻傳輸系統(tǒng)可通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理和維護，具備故障自我診斷功能。

視頻編解碼器

視頻編解碼器是通過現(xiàn)有通信系統(tǒng)接口及通道傳輸視頻信號的設(shè)備，其傳輸?shù)膱D像質(zhì)量主要取決于通信系統(tǒng)提供的接口和帶寬。

根據(jù)接口形式的不同，視頻編解碼器大致可以分為：固定帶寬接口(E1接口)、IP接口2種。

(一、二條內(nèi)文字級，加粗，提前)一、固定帶寬接口

通過SDH等通信系統(tǒng)提供的E1通道傳輸視頻?？煞譃閱蜤1編解碼器和多E1復(fù)用編解碼器等。編碼方式通常采用MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.263等幾種。

單E1編解碼器采用單個E1通道傳輸1路視頻信號，因傳輸帶寬較低(<2M)，即使采用MPEG-2視頻編碼方式，視頻分辨率也只能達到352*576，視覺效果較差。

多E1編解碼器采用多個E1接口捆綁傳輸1路視頻信號，在傳輸帶寬提高的

情況下，視頻質(zhì)量能夠得到有效提高。多E1編解碼器工作原理如下：

在這里有幾點說明：

1、編解碼算法：由于交通系統(tǒng)中對視頻信號高質(zhì)量的要求，目前比較合適且成熟的算法是MPEG-2壓縮算法。采用MPEG-2壓縮算法傳輸?shù)囊曨l信號分辨率可以達到720(576，加權(quán)信噪比可達57dB，視覺效果好，能夠滿足ITS對視頻質(zhì)量的要求。

2、為什么采用N(E1：如果采用單個E1傳輸MPEG-2壓縮的視頻信號圖像分辨率只能達到352 (288,并且圖像不連續(xù)，肉眼觀察有拖尾現(xiàn)象，所以要使用多個E1來傳輸視頻信號.經(jīng)過測試及實際使用，當(dāng)用MPEG-2算法壓縮后的視頻碼流達到4Mbit/s(即2個E1)左右時即可滿足交通系統(tǒng)中對視頻信號質(zhì)量的要求。當(dāng)碼流再增大時，人的肉眼對視頻信號的差別區(qū)分不明顯。