2Mb/s视频传输编解码器在高速公路监控中的应用

zjol

2002-08-05　中国公路·交通信息产业　北京天讯达电信技术有限责任企业
　　近年来，随着国内经济的飞速发展，全国各地的高速公路四通八达，正因为这点，给大家的管理带来了新的问题。其中远程图像的传输由于其受特定的技术、环境因素所带来的问题尤为突出。


　　如何将各个要道、路口、收费站的视频图像传输到管理监控中心呢？


　　传统的方法--长距离的模拟视频直传显然不能满足要求，图像质量由于过长的距离导致失真，集中管理比较困难、稳定性较差等等。


　　模拟图像的远距离传输占用较多的光纤以及带来信号质量的变坏，不能满足高速公路通信对监控图像的要求，图像的数字化压缩及传输可以解决模拟图像的固有的问题，数字图像节约了传输所占用的光纤，提高了图像传输的质量，适合高速公路通信远距离的图像监控应用。数字图像有可能会取代模拟图像成为高速公路图像监控的一种新的技术。

图象编码及传输方式

　　远距离传输视频的可行方法是将模拟视频信号数字化并压缩编码在可利用的数字通讯线路上传输。对视频图像进行压缩的方法有很多种如H.261、H.263、MJPEG、MPEG-I、MPEG-II及基于小波变换理论(Wavelet)的压缩/解压算法等，针对动态图像的常用压缩方法是MJPEG 和MPEG-I/II。MJPEG 是采用JPEG 标准，对活动图象做逐帧压缩往往压缩比不高但图象清晰传输延时小；MPEG-I/II是国际标准化组织ISO制订的视音频压缩标准，广泛应用于VCD/DVD 制作和影象出版。


　　目前国际上有很多厂商遵照H.261、MPEG-I、MPEG-II 、Wavelet标准研制生产出了单机型的视频传输编解码器，采用硬件方式进行图像的压缩和解压缩，完全脱离PC结构。通常分为编码部分和解码部分，一对编解码器配合使用可以同时做视频音频数据的双向传输。它有效的解决了视频信号在低带宽线路上的传输，使长距离传输实时活动图像变得容易和便宜。


　　由于符合MJPEG 或MPEG-I/II等标准的视音频传输编解码器同时处理图像话音和数据信号，同一传输数据流包含有图像话音和数据三个部分因此在监控系统中可用一条线路同时传输现场的图像声音和控制信号。


　　根据用户的具体情况用于传输的线路可有多种选择如PDH、SDH、DDN、专线、光纤、微波、卫星、有线基带调制解调器、无线扩频调制解调器、HDSL、ADSL、ISDN、ATM、计算机局域网广域网等。线路接口可以是G.703、以太网口、V.35、V.11、RS449、ISDN 2B+D等。


　　在实际的远程监控工程应用中大家可根据用户的要求为用户提供H.261、MPEG-I、MPEG-II 等各种成熟的单向或双向图象编解码传输设备并在用户提供的各种通信网络上构成使用方便可靠的远程监控系统。

各种2Mb/s视频传输编解码器的性能比较

　　高速公路、道路卡口的应用中，传输通道一般采用PDH、SDH等，所以大家一般利用光端机上的2M口用于图像传输，从而进行远程监控！在实际应用中，通过比较采用各种图像压缩算法的2M视频传输编解码器，不难看出：


　　（1） 采用H.261压缩算法的图像传输编解码器


　　图像占用的带宽为1.7Mb/s左右，2Mb/s的剩余带宽可以用来传输双向的对讲语音以及双向的数据信号，例如：RS-232、RS-485、RS-422等，用于控制前端的矩阵、摄像机镜头或者传输一些环境的参数等。


　　一般采用的图像分辨率为352×288，此时图象的帧率可达25fps/s，实时性非常好，几乎没有延时，但图象的质量比较一般。这在对图象质量要求较高的道路监控中不是很适合。据了解，广州环城高速采用的就是这种算法的编解码器。（由于做得比较早，只能选择H.261算法的）


　　（2） 采用MPEG-I压缩算法的图象传输编解码器


　　图象占用的带宽为1.5Mb/s，为MPEG-I压缩算法的标准码率。同样，它剩余带宽可以用来传输双向的语音和双向的数据信号。由于在2Mb/s的应用中，剩余的带宽较多，因此有的厂家利用这部分带宽传输其他的数据，例如计算机网络信号、电话传输功能，有效的利用网络资源。


　　相对于其他的压缩算法（不包括MPEG-II），图象效果有了很大的提高。虽然这样有个300~400ms的时延，但还是能够满足要求的。据了解，山东的道路卡口工程、江苏高速公路监控工程（建设中的，包括在建和已经建成的）全部采用MPEG-I方式的编解码器。


　　（3） 采用MPEG-II压缩算法的图象传输编解码器


　　图象占用的带宽为1.8 Mb/s左右，标准MPEG-II压缩算法的码率为3Mb/s~8 Mb/s。由于它是应用在2 Mb/s的E1线路上的，因此不能采用标准的码率。


　　这样，采用这种算法的编解码器图象帧率也可以达到25fps/s，延时大概有3~4秒钟，虽然图象效果很清晰，但前端运动量较大的情况下图象的马赛克现象比较严重。显然在高速公路的应用中比较矛盾，不是很适合。


　　当然，如果大家能够提供合适的带宽，那么MPEG-II带来的图象效果在现在将是无以能比的了。


　　（4） 采用Wavelet和MJPEG压缩算法的图象传输编解码器


　　采用这两种压缩算法的编解码器各有优缺点，例如帧率、图象压缩比方面的原因就不一一多说了。另外采用MPEG-4压缩算法其实也是一个不错的选择，但是当前基于这种算法的都是App的解决方案，没有适合的硬件压缩芯片，市场上暂时没有单机的图象传输编解码器。

总结

　　从2 Mb/s线路的资源利用率上来看，当前比较流行、适合用于高速公路建设的编解码器是以国际标准MPEG-I为核心，将图象数字化后压缩到2M PCM上传输。它具有高压缩比，低的带宽占用率，符合G..703的接口标准，图象清晰度高的优点，已经在高速公路图象传输系统中得到很大的应用。


　　当然以后线路资源比较丰富的情况下，高清晰度、高分辨率、高压缩比的产品将回逐步成为主流。现在还是从实际的情况出发，采用经济、适用的MPEG-I的图象传输编解码器。