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浅析高速公路视频的数字化传输网络

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   21世纪是一个信息的时代,在这个以信息技术为时代发展主流的年代中,信息的及时、直观传播已成为人们的迫切需求。特别是在经营、交通、购物等一些与人们的日常生活息息相关的行业中,信息的直接、实时普及需求由为突出。而在所有信息中,语音图像信号带给人们的是最为直观的信息,也是人们倍受青睐的信息获取方式,因为它为在快节奏的工作过程中人们赢得了时间和效益。这就对与语音图像信息的直接、实时普及直接相关的传输系统提出了要求,特别是在交通上。  

  而目前代表交通行业先进生产力的高速公路中监控系统,也还停留在传统的模拟视频监控上。传统的模拟视频监控只能提供小范围的区域监视和控制,要想达到语音图像信息的直接、实时普及和集中管理,实现起来不光是价格可观,而且技术难度较高。但在科技迅猛发展的今天,以数字方式处理信息相对于传统的模拟方式来说具有较大的优势及好的性能/价格,包括在当今大多CCTV设备中同样适用。在个人计算机市场迅猛发展的推动之下,科技含量不断加大及价格不断下降,使数字技术迈向实用成为可能。

  数字视频是将传统模拟信号经过抽样、量化和编码成二进制数字信号,然后进行各种功能的处理、传输、存贮和记录,也可以用计算机进行处理和控制。数字视频设备不仅可以获得比原有模拟设备更高的技术性能,而且还具有模拟技术达不到的新功能。

  从具体技术角度来看,数字视频具有以下优点:

  一,数字信号在传输过程中通过再生技术和纠错编解码技术使噪声不逐步积累,基本不产生噪声,保持信噪比基本不变,收端图像质量基本与发端一致,适合多环节、长距离传输。这一点是非常符合高速公路联网和扩展的基本特征和需求的;

  二,数字视频设备输入信号稳定可靠,能够避免在模拟系统中非线性失真的影响,消除了DG(差分增益)和DP(差分相位)失真引起的图像畸变; 

  三,易于实现信号的存贮和检索,可采用非线性搜索方式高效快速搜索出各种所需类型文件,避免了使用模拟信号近乎强制性的顺序搜索方法;

  四,数字技术与计算机配合,可以实现CCTV数字设备的自动控制和操作。这对高速公路 CCTV系统自动化有着实际意义;

  五,采用时分多路数字技术,可以实现信道多工复用;

  六,利用数字编码技术使视频传输信道带宽比模拟视频明显减少,通常为FM视频所占带宽的1/4左右,而与高速公路目前的粗放式建设中大部分利用一根光纤传输一路或几路视频所占带宽更是无法比较;

    七,利用数字编码方法,便于视频的保密;

    八,数字视频信号具有可扩展性、可分极性和互操作性,便于在各类通信系统中传输。对高速公路所要实现的各种功能来讲,这一点是非常重要的。因为随着数字化时代的全面来临,模拟系统的改造意味着设备的全部淘汰更新,会造成巨大浪费;而数字化系统可实现基于数字平台上的扩展和改造。以通信为例,目前高速公路较为普及使用的容量为155M/STM-1或622M/STM-4通信平台,随着技术发展和需求日增,今后完全可在数字化平台上利用WDM/DWDM等技术对其进行扩展和升级。

  从以上几点来看,数字系统不仅较模拟系统性能优越、功能强大,而且无论是在目前的状况还是在今后的完全数字化时代,都会使投资者在竞争中占据主动地位。

  从另一个角度即具体实现大规模网络视频的数字化传输方面来讲,随着通讯技术和计算机技术的迅猛发展,不论是ATM、SDH、Ethernet传输交换技术抑或诸如MPEG I、MPEG II、H.261/H.320、Wavelet等压缩技术的成熟和实用化,实现视频网络数字化传输已完全不是问题。尤其是进来交换式高速以太网的出现和IP技术的发展,使视频流这种不能中断、不能丢失、和对同步比较敏感的特殊数据的网络数字化传输应用完全成为现实。

  就目前市场上的数字视频传输产品来看,从传输交换技术及其协议大致要分为以下几种类型模式。

   一,PSTN的端到端的传输模式

   这种模式主要是采用电话线进行远程连接的方式来实现视频图像的传输。由于网络带宽和传输质量的问题,PSTN的端到端的传输模式很难达到实时和连续的传输效果,所以在高速公路的视频图像传输中一般不采用。

  二,ATM/SDH主干网传输模式

   ATM/SDH采用的是主干网传输技术,无论是网络带宽还是网络的传输质量都有能满足高质量视频图像的传输要求。在技术上ATM承诺要把LAN功能、WAN功能中的语音、视频和数据等集成进单一的协议,这给实现单一信源的多点共享提供了方便。

  扩展能力:ATM允许在现有的结构中增加带宽和端口密度;

  专用带宽:它保证了业务应用的连贯性,这对视频这样的固定数据流传输来讲是非常重要的;

  广泛应用:ATM提供了端点到解决方案的潜能,意思是以桌面系统到局域网、到主干     网、以及WAN均可使用ATM.但是其缺点也是明显的。即实现起来设备结构复杂,成本居高不下,所以目前绝大部分LAN更为普及使用的是Ethernet。但就远距离大容量视频数据传送载体的选择来讲,主干网采用ATM的还是较为普及;

  三,以太网

  以太网是以带宽资源共享作为传输方式的,不太适合诸如视频等固定数据的传输,而更适合于变化数据流的传输,如数据库、文件拷贝等。但随着高速以太网(1000M)技术的兴起和用于以太网视频传输的技术的逐渐成熟,为视频在以太网上传输开辟了新的途径。

  协议方面我们聚焦在最近IP技术的发展和崛起。IP技术最早用于以太网数据的载送,但随着IP技术的发展和与其它技术相互不断的融合,使之成为最有实际意义的协议之一。一方面是everything over IP:作为今后三网合一的发展基石,各种业务包括语音、视频、数据及多媒体都可以加载到IP上进行传输;另一方面是所谓的anything over IP:IP的业务可以通过ATM、SDH、Ethernet和SDL等方式最终加载到光网络上进行传输。

  具体以以下几种形式为主:

  (1)IP over ATM

  实现了面向连接的ATM与无连接的IP的统一,综合利用了ATM速度快、容量大、多业务支持能力等优点以及IP的简单灵活、易扩充和统一性的特点,达到优势互补;

  (2)IP over  Ethernet

  这种技术对传输离散的数据来讲是非常成熟的,但以往IP这种面向无连接的技术、以太网带宽资源共享的传输机制和相对较窄的带宽,使之只适合于变化数据流的传输。而且以太网是非同步的,对同步和时钟不敏感,将以太网用于高速公路长距离传输时,需要解决抖动积累与故障定位问题。所以这些问题使以太网无法保证高速公路这种长距离、大容量视频数据传输的Qos。

  但是,随着以太网交换技术的发展,交换式高速以太网的出现弥补了上述不足。其在优先级设置、交换机制、流量控制及带宽方面性能的变革、优化、video over IP技术的成熟以及采用GE over WDM方式对千兆以太网GE信号3R中继和性能监测来实现长距离传输的技术改变了传统的看法。所以如此应用广泛、价格低廉的以太网已经逐渐实现了高速公路三网合一的功能。

  通过对以上就视频数字化、网络化优点及其可实现的传输形式的浅层次探讨,我们不难发现,高速公路机电系统中视频的数字网络化传输如今完全可以采用各种合理的方案去实现、去解决,避免了之前诸如非标准接口、造价高举不下和技术不成熟等问题。解决了高速公路视频信号的数字化,无疑消除了整个机电系统真正实现整体信息数字化的一个瓶颈。这样不但能够有效利用资源,还能集视频监控、视频会议、可视对讲等相关功能为一体,并可将其与GPS、GIS等先进技术整合为一个统一的数字平台便于统一管理和资源的充分利用,这样就构成了功能强大的高速公路智能化数字运营系统。

  虽然目前高速公路光纤数量/带宽资源对于眼前的应用来讲相对充足,但是以当今技术的发展速度和需求的急速增长,并参考通信、计算机等行业前几年的发展历程,高速公路机电系统全面数字网络化已刻不容缓。如果说高速公路本身的网络化是一种狭义的概念,那么,随着国家大力兴建高速公路基础设施、完成“两纵两横”战略计划,随着高速公路机电系统的全面信息数字化,到时将会形成一个较为完整的主干网络,形成一种广义概念上的网络和巨大的战略资源。特别是当全国的拥有公网标准接口高速公路信息化网络的形成,会使之成为一个分布广泛的“国家信息高速公路”,同时会为国家和投资者带来不容忽视的本行业的“边际效益”。以此来看,除了要有冷静的投资态度,我们更应以发展的眼光和长远的战略思维认真的、科学的规划高速公路机电系统的建设、资源储备和发展前景。而这个过程的原动力正是来自于具有高速公路“灵魂”之称的机电系统的数字化、网络化!


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