非視通無線視頻傳輸系統(tǒng)在監(jiān)控中的應(yīng)用

    一、概述：

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的組成部分。近五年來，隨著計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有長足的發(fā)展與進(jìn)步。我國視頻監(jiān)控行業(yè)經(jīng)過了四個發(fā)展階段，分別為：視頻監(jiān)控模擬階段；視頻監(jiān)控數(shù)字化智能階段；視頻監(jiān)控IP化階段；視頻監(jiān)控?zé)o線化階段。每一個階段的出現(xiàn)，都代表了我國視頻監(jiān)控行業(yè)前進(jìn)的步伐，也展現(xiàn)出視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢。

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于針對重要地點的監(jiān)視和控制，包括遠(yuǎn)程地點的實時監(jiān)控，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從金融、銀行、證券領(lǐng)域的安全監(jiān)控拓展到水利、航運(yùn)、零售、制造業(yè)、大型企業(yè)、治安、消防、小區(qū)安保、邊防、機(jī)場、廣場、交通、環(huán)境檢測等眾多領(lǐng)域，對于平安城市的建設(shè)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為首選的服務(wù)內(nèi)容之一。在我國視頻監(jiān)控已經(jīng)成為發(fā)展勢頭最為迅猛的產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值過千億，對國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有舉足輕重的地位。

    當(dāng)前國內(nèi)安防業(yè)界普遍采用的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是包含音視頻輸入采集單元，音視頻編碼壓縮存儲單元，管理控制單元，顯示輸出單元，網(wǎng)絡(luò)傳輸管理單元，這幾大部份均采用數(shù)字化的處理技術(shù)。它的另一特點是經(jīng)過數(shù)字化處理的圖像，可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將現(xiàn)場圖像傳輸?shù)竭h(yuǎn)端監(jiān)控中心。因此數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的兩大技術(shù)核心就是圖像壓縮存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，圍繞這兩種技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，視頻監(jiān)控系統(tǒng)迎來了發(fā)展的捷機(jī)。

    但是在很多的應(yīng)用場所中，如：公安、消防、交警、人防應(yīng)急、城管執(zhí)法、銀行押運(yùn)、環(huán)保監(jiān)控、消防應(yīng)急、水利防汛、電力搶險、鐵路搶險、海事執(zhí)法、海監(jiān)巡查、海關(guān)邊防、碼頭監(jiān)控、森林防火、油田防盜、軍事偵察等,監(jiān)控場所的環(huán)境又比較復(fù)雜，如海上、山地、礦井、地下室等，在這些復(fù)雜的環(huán)境下，無法實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，視頻監(jiān)控點和視頻監(jiān)控接收端又都處于移動的狀態(tài)之下，或者一方在移動的狀態(tài)下，視頻監(jiān)控點和接收端之間的距離都在500M－20KM的范圍，這些特殊的環(huán)境，如何實現(xiàn)視頻監(jiān)控，是目前安防業(yè)界普遍關(guān)注的話題。

    安特視訊研發(fā)團(tuán)隊?wèi)?yīng)用COFDM調(diào)制技術(shù)，使得在“高速運(yùn)動中”和“非視通條件下”實現(xiàn)高質(zhì)量實時圖像和數(shù)據(jù)傳輸成為可能。Television移動多媒體傳輸系統(tǒng)采用了先進(jìn)的COFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)、信道編解碼技術(shù)，并結(jié)合數(shù)字圖像壓縮MPEG2／MPEG4等多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，能夠在高速移動環(huán)境下實現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的實時、同步傳輸。具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、移動性好、抗干擾和抗衰落能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)率高、穩(wěn)定性和可靠性突出等顯著優(yōu)點，為指揮、搶險、偵察、野外作戰(zhàn)等應(yīng)急通信提供遠(yuǎn)距離、高質(zhì)量、高速率、無線實時傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案，廣泛應(yīng)用于公安、武警、消防、野戰(zhàn)部隊等軍事部門和交通、海關(guān)、油田、礦山、水利、電力、金融等國家重要部門。

    二、系統(tǒng)特點和優(yōu)勢：

    COFDM即編碼正交頻分復(fù)用的簡稱，是目前世界最先進(jìn)和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。它的實用價值就在于支持突破視距限制的應(yīng)用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術(shù)，可以對噪聲和干擾有著很好的免疫力，繞射和穿透遮擋物是COFDM的技術(shù)核心。其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸。

    COFDM技術(shù)能同時分開多個數(shù)字信號，而且在干擾的信號周圍可以安全運(yùn)行。正是由于具有了這種特殊的信號“穿透能力”，使得COFDM技術(shù)深受通信設(shè)備商的喜愛和歡迎。COFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化，通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會隨時間發(fā)生變化，COFDM能動態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信。COFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區(qū)、高速的數(shù)據(jù)傳播的地方。

    COFDM技術(shù)在無線圖像傳輸方面應(yīng)用有以下獨特的優(yōu)勢：

    1、非可視和有阻擋的環(huán)境中應(yīng)用，卓越的“繞射”與“穿透”能力使得適合在城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)實現(xiàn)無線圖像實時傳輸

    傳統(tǒng)的微波設(shè)備，必須在可視條件（既收發(fā)兩點之間必須無阻擋）下才能建立無線鏈接通道，所以使用中受環(huán)境制約較大，需要提前考察應(yīng)用環(huán)境，選擇、測試收發(fā)點，調(diào)整天線的方向，架設(shè)天線的高度測算等，工作量非常大，也相當(dāng)煩瑣，不僅直接限制音視頻的傳輸與接收，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。

    COFDM無線圖像設(shè)備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術(shù)特點，COFDM設(shè)備具備“非視距”、“繞射”傳輸?shù)膬?yōu)勢，在城區(qū)、山地、建筑物內(nèi)外等不能可視及有阻擋的環(huán)境中，該設(shè)備能夠以高概率實現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響小。系統(tǒng)采用全向天線，可以在最短的時間內(nèi)架設(shè)無線傳輸鏈路，采集端和接收端也可以隨意移動，不受方向的限制，系統(tǒng)簡單、可靠，應(yīng)用靈活。

    2、適合于高速移動中無線傳輸實時的圖像，可在車輛、船舶、直升機(jī)等平臺上使用

    微波（數(shù)字微波、擴(kuò)頻微波）、無線LAN等設(shè)備因其技術(shù)體制的原因，無法獨立實現(xiàn)采集端和接收端在高速的移動過程中實時傳輸圖像。在車輛、船舶上應(yīng)用微波和無線LAN等設(shè)備進(jìn)行無線圖像傳輸時，通常的方案是再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩(wěn)定等問題，但是也僅僅能在一定條件下實現(xiàn)移動點對固定點的傳輸，并且圖像常常會出現(xiàn)中斷，嚴(yán)重影響傳輸接收的效果。工程復(fù)雜，可靠性降低，造價極高。

    但對于COFDM設(shè)備，它不需要任何附加裝置，就可實現(xiàn)固定—移動，移動—移動間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機(jī)等移動平臺上。不僅傳輸具有高可靠性，而且表現(xiàn)出很高的性價比。

    3、傳輸帶寬高，適合高碼流、高畫質(zhì)的音視頻傳輸，圖像碼流一般可大于4Mbps高碼流、高畫質(zhì)的音視頻數(shù)據(jù)流對編碼、信道速率要求十分高。一般的數(shù)字微波，擴(kuò)頻微波傳輸鏈路中，雖然采用MPEG-2編碼，但信道多采用2M速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率可以達(dá)到720×576，但是圖像壓縮碼流只有1M左右，無法滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。

   COFDM技術(shù)每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調(diào)制，合成后的信道速率一般均大于4Mbps。因此，可以傳輸MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高質(zhì)量編解碼圖像，接收端圖像分辨率可達(dá)到720×576或720×480，碼流可以在6M左右，接收后的圖像質(zhì)量接近DVD畫質(zhì)，完全可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。

    4、在復(fù)雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能

    對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優(yōu)越，通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中（如數(shù)字微波，擴(kuò)頻微波等），單個衰落或干擾能夠?qū)е抡麄�通信鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯碼來進(jìn)行糾錯，確保傳輸?shù)牡驼`碼率。

    三、系統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)

    根據(jù)系統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)特點，可以分為以下3類：點對點應(yīng)用,點對多點應(yīng)用和多點對多點應(yīng)用

    1.點對點:使用一套Television系統(tǒng)，由一個前端發(fā)射系統(tǒng)和一個接收系統(tǒng)組成，這種應(yīng)用最為廣泛，大部分使用都是采用該結(jié)構(gòu)。

圖1點對點應(yīng)用系統(tǒng)組成示意圖

    2.點對多點

    點對多點應(yīng)用一般有兩種方式：

    •一發(fā)多收，即一點發(fā)多點收

    其實這種方式為點對點應(yīng)用的延伸。一個發(fā)射前端只占有一個傳輸通道，接收系統(tǒng)由多個同頻段接收機(jī)組成。

圖2Television系統(tǒng)一發(fā)多收系統(tǒng)示意圖

    •多發(fā)一收

    采用這種結(jié)構(gòu)，必須采用頻分方式，由多個不同頻點的發(fā)射機(jī)組成前端發(fā)射系統(tǒng)，而接收系統(tǒng)則必須能接收到不同頻段發(fā)射機(jī)傳回來的信號。 

圖3多發(fā)一收系統(tǒng)示意圖

   3.多點對多點

    多點對多點，指的是由多個不同頻點的發(fā)射前端和接收系統(tǒng)組成的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本較高。一個中等以上的城市采用多點對多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以將多個部門的圖像共享，傳輸多路圖像。

圖4多發(fā)多收系統(tǒng)示意圖

    四.系統(tǒng)工作方式

    根據(jù)系統(tǒng)工作方式則可以分為下列五種方式應(yīng)用：人到車,車到車,車到指揮中心,艦船、飛機(jī)到指揮中心和全城聯(lián)網(wǎng)覆蓋（移動基站覆蓋方式）.

    1.人到車應(yīng)用

    一般的，在某些部門使用Television系統(tǒng)，由工作人員攜帶前端設(shè)備，如軍隊的偵察人員、消防部門的消防和搜救隊員已經(jīng)公安部門的刑偵隊員等，工作人員采用專用背架背負(fù)Television發(fā)射前端設(shè)備，將信號從各種現(xiàn)場（建筑物內(nèi)，街道，廣場，戰(zhàn)場等）傳到后方的指揮車或者直接傳到指揮中心，這種應(yīng)用方式主要是受到發(fā)射機(jī)功率的限制，因為人員攜帶設(shè)備在功耗和功率上都必須降低要求，對發(fā)射機(jī)的供電和天線的長度以及設(shè)備的體積和重量都要綜合考慮，因此，傳輸距離較短。在城市環(huán)境同一水平面的街道上，我們通過測試得出的傳輸距離一般在有阻擋情況下可以達(dá)到1公里以上，最遠(yuǎn)能達(dá)到3公里。在城市環(huán)境同一水平面路面上，無阻擋情況下可以傳輸3公里以上，最遠(yuǎn)可以達(dá)到7公里。

圖5發(fā)射前端到車載接收系統(tǒng)

    2.車到車應(yīng)用

    車到車方式，一般在軍隊和公安等部門使用比較廣泛，由于發(fā)射前端安裝在機(jī)動車上，從而能夠保證有正常的供電系統(tǒng)，可以在機(jī)動車上使用大功率發(fā)射機(jī)，從而提高傳輸距離，在城市環(huán)境同一路面，有阻擋情況下，最小傳輸距離可以達(dá)到2公里，最大傳輸距離可以達(dá)到4公里，在城市環(huán)境同一路面，無阻擋情況下，車到車之間的最小傳輸距離可以達(dá)到5公里，最大傳輸距離可以達(dá)到7公里。

    車載接收系統(tǒng)可以使用帶升降桿和高增益全向天線結(jié)合的方式，接收天線的高度越高，傳輸距離越遠(yuǎn)，因此，車載接收系統(tǒng)使用車載天線也要盡可能的使用高增益天線，并盡可能使用大型車輛及升掛設(shè)備。

圖6車載前端到車載接收系統(tǒng)

    3.車到指揮中心應(yīng)用

    車到指揮中心，一般指的是發(fā)射前端安裝在機(jī)動車上，而接收系統(tǒng)安裝在指揮中心，這和車到車方式類似，但由于接收系統(tǒng)安裝在指揮中心，也就有條件安裝在比較高的位置上，這樣，其覆蓋范圍大大提高。如果安裝接收天線的高度達(dá)到100M，則在有樓群阻擋的情況下，Television無線高清晰度視頻實時傳輸系統(tǒng)能夠傳輸5－10公里，最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到20公里。如果高度達(dá)到200米，則可以在有阻擋的情況下可以傳輸20公里，而在無阻擋的情況下，一般有效距離為50公里以上（視距傳輸），如果傳輸環(huán)境理想，最大可以傳輸100公里遠(yuǎn)。車到指揮中心這種工作方式，適合在大、中型城市使用，也可以作為一種中繼方式使用，適合公安、消防指揮車等應(yīng)用。

圖7車載前端至指揮中心的通信方式

 4.艦船、飛機(jī)到指揮中心應(yīng)用

    艦船、飛機(jī)到指揮中心和車到指揮中心類似，一般發(fā)射前端安裝在艦船或飛機(jī)上，而接收系統(tǒng)安裝在指揮中心。和車到指揮中心相比，飛機(jī)離地面較高，艦船水面空間較開闊，所以其傳輸環(huán)境建筑物遮擋相對較輕，同時飛機(jī)和艦船移動方向相對來說比較容易定位。所以結(jié)合定向高增益全向天線，其覆蓋范圍大大提高。如表4所示，可以分短距離、中距離和長距離三種覆蓋范圍。 

表：艦船、飛機(jī)到指揮中心的3種覆蓋方式

    覆蓋范圍傳輸距離發(fā)射天線接收天線

    短距離2-5公里全向天線全向天線

    中距離到80公里全向天線定向高增益天線

    長距離到160公里或更高定向高增益天線定向高增益天線

圖8艦船、飛機(jī)到指揮中心的通信方式

    5.全城聯(lián)網(wǎng)覆蓋應(yīng)用（移動基站覆蓋方式）

    所謂全城聯(lián)網(wǎng)覆蓋是采用以上介紹的點對點、點對多點和多點對多點組網(wǎng)方式，構(gòu)造各個基站，然后結(jié)合微波中繼、衛(wèi)星中繼、光纖和網(wǎng)絡(luò)中繼，以及差頻中繼，將各個基站連接到中心站，從而構(gòu)造覆蓋整個大城市、特大城市的無線移動視頻監(jiān)控。一個具體應(yīng)用的例子如圖9所示。

圖9微波中繼＋網(wǎng)絡(luò)中繼的城市覆蓋示意圖

    五、COFDM無線傳輸技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

    采用COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸方案，具有良好的非視距傳輸和高速移動傳輸性能，能提供DVD質(zhì)量的實時圖像和聲音。通過車載或便攜式設(shè)備可靈活、迅速地將現(xiàn)場實況聲像直接傳輸或通過轉(zhuǎn)信臺、光纖網(wǎng)等傳輸回至指揮中心。設(shè)備可與其他微波、衛(wèi)星、光纖通信設(shè)備組建遠(yuǎn)距離鏈路，建設(shè)實用有效的圖像傳輸系統(tǒng)。COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸設(shè)備主要應(yīng)用環(huán)境為：城市建筑物阻擋環(huán)境，樓宇之間，建筑物內(nèi)外，建筑物地下到地面之間；移動中使用；海上圖像、空中圖像傳輸?shù)�。是國�?nèi)公安、部隊、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海關(guān)、廣播電視等行業(yè)在安全保衛(wèi)、野戰(zhàn)指揮、任務(wù)偵察、災(zāi)難救援、現(xiàn)場轉(zhuǎn)播等任務(wù)中急需的高性能無線圖像傳輸設(shè)備。

    北京安特視訊通信技術(shù)有限公司開發(fā)的無線圖像實時傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，采用了COFDM技術(shù)，能夠確保高速移動、抗衰落及多徑干擾下的穩(wěn)定傳輸與實時監(jiān)控（移動速率可達(dá)180公里/小時），提供廣播級DVD質(zhì)量的高清晰圖像，強(qiáng)大的非視距傳輸能力，非常適合稱為難度極大的“峽谷通信”的城市阻擋環(huán)境應(yīng)用，無須天線定向。產(chǎn)品具有如下特性：音視頻數(shù)字化傳輸，實時圖像傳輸，采集發(fā)射端體積小，機(jī)動性強(qiáng)，靈活方便，可手持使用，可加密傳輸，保密性好，鏈路傳輸距離可以達(dá)到10KM-50KM。

    Television系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于公安、消防、交警、人防應(yīng)急、城管執(zhí)法、環(huán)保監(jiān)控、消防應(yīng)急、水利防汛、電力搶險、鐵路搶險、海事執(zhí)法、海監(jiān)巡查、海關(guān)邊防、碼頭監(jiān)控、森林防火、油田防盜、軍事偵察等領(lǐng)域,適合城區(qū)、海上、山地等多種復(fù)雜環(huán)境中高質(zhì)量圖像的實時移動傳輸與監(jiān)控。