淺析高速公路視頻的數(shù)字化傳輸網(wǎng)絡(luò)

    21世紀(jì)是一個(gè)信息的時(shí)代，在這個(gè)以信息技術(shù)為時(shí)代發(fā)展主流的年代中，信息的及時(shí)、直觀(guān)傳播已成為人們的迫切需求。特別是在經(jīng)營(yíng)、交通、購(gòu)物等一些與人們的日常生活息息相關(guān)的行業(yè)中，信息的直接、實(shí)時(shí)普及需求由為突出。而在所有信息中，語(yǔ)音圖像信號(hào)帶給人們的是最為直觀(guān)的信息，也是人們倍受青睞的信息獲取方式，因?yàn)樗鼮樵诳旃?jié)奏的工作過(guò)程中人們贏(yíng)得了時(shí)間和效益。這就對(duì)與語(yǔ)音圖像信息的直接、實(shí)時(shí)普及直接相關(guān)的傳輸系統(tǒng)提出了要求，特別是在交通上�！　�

　　而目前代表交通行業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力的高速公路中監(jiān)控系統(tǒng)，也還停留在傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控上。傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控只能提供小范圍的區(qū)域監(jiān)視和控制，要想達(dá)到語(yǔ)音圖像信息的直接、實(shí)時(shí)普及和集中管理，實(shí)現(xiàn)起來(lái)不光是價(jià)格可觀(guān)，而且技術(shù)難度較高。但在科技迅猛發(fā)展的今天，以數(shù)字方式處理信息相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬方式來(lái)說(shuō)具有較大的優(yōu)勢(shì)及好的性能/價(jià)格，包括在當(dāng)今大多CCTV設(shè)備中同樣適用。在個(gè)人計(jì)算機(jī)市場(chǎng)迅猛發(fā)展的推動(dòng)之下，科技含量不斷加大及價(jià)格不斷下降，使數(shù)字技術(shù)邁向?qū)嵱贸蔀榭赡堋?/P>

　　數(shù)字視頻是將傳統(tǒng)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行各種功能的處理、傳輸、存貯和記錄，也可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和控制。數(shù)字視頻設(shè)備不僅可以獲得比原有模擬設(shè)備更高的技術(shù)性能，而且還具有模擬技術(shù)達(dá)不到的新功能。 

　　從具體技術(shù)角度來(lái)看，數(shù)字視頻具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　一，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中通過(guò)再生技術(shù)和糾錯(cuò)編解碼技術(shù)使噪聲不逐步積累，基本不產(chǎn)生噪聲，保持信噪比基本不變，收端圖像質(zhì)量基本與發(fā)端一致，適合多環(huán)節(jié)、長(zhǎng)距離傳輸。這一點(diǎn)是非常符合高速公路聯(lián)網(wǎng)和擴(kuò)展的基本特征和需求的；

　　二，數(shù)字視頻設(shè)備輸入信號(hào)穩(wěn)定可靠，能夠避免在模擬系統(tǒng)中非線(xiàn)性失真的影響，消除了DG(差分增益)和DP（差分相位）失真引起的圖像畸變；　 

　　三，易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的存貯和檢索，可采用非線(xiàn)性搜索方式高效快速搜索出各種所需類(lèi)型文件，避免了使用模擬信號(hào)近乎強(qiáng)制性的順序搜索方法； 

　　四，數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)配合，可以實(shí)現(xiàn)CCTV數(shù)字設(shè)備的自動(dòng)控制和操作。這對(duì)高速公路 CCTV系統(tǒng)自動(dòng)化有著實(shí)際意義；

　　五，采用時(shí)分多路數(shù)字技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)信道多工復(fù)用；

　　六，利用數(shù)字編碼技術(shù)使視頻傳輸信道帶寬比模擬視頻明顯減少，通常為FM視頻所占帶寬的1/4左右，而與高速公路目前的粗放式建設(shè)中大部分利用一根光纖傳輸一路或幾路視頻所占帶寬更是無(wú)法比較；

    七，利用數(shù)字編碼方法，便于視頻的保密； 

    八，數(shù)字視頻信號(hào)具有可擴(kuò)展性、可分極性和互操作性，便于在各類(lèi)通信系統(tǒng)中傳輸。對(duì)高速公路所要實(shí)現(xiàn)的各種功能來(lái)講，這一點(diǎn)是非常重要的。因?yàn)殡S著數(shù)字化時(shí)代的全面來(lái)臨，模擬系統(tǒng)的改造意味著設(shè)備的全部淘汰更新，會(huì)造成巨大浪費(fèi)；而數(shù)字化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字平臺(tái)上的擴(kuò)展和改造。以通信為例，目前高速公路較為普及使用的容量為155M/STM-1或622M/STM-4通信平臺(tái)，隨著技術(shù)發(fā)展和需求日增，今后完全可在數(shù)字化平臺(tái)上利用WDM/DWDM等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)。 

　　從以上幾點(diǎn)來(lái)看，數(shù)字系統(tǒng)不僅較模擬系統(tǒng)性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大，而且無(wú)論是在目前的狀況還是在今后的完全數(shù)字化時(shí)代，都會(huì)使投資者在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)地位。

　　從另一個(gè)角度即具體實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)視頻的數(shù)字化傳輸方面來(lái)講，隨著通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，不論是ATM、SDH、Ethernet傳輸交換技術(shù)抑或諸如MPEG I、MPEG II、H.261/H.320、Wavelet等壓縮技術(shù)的成熟和實(shí)用化，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化傳輸已完全不是問(wèn)題。尤其是進(jìn)來(lái)交換式高速以太網(wǎng)的出現(xiàn)和IP技術(shù)的發(fā)展，使視頻流這種不能中斷、不能丟失、和對(duì)同步比較敏感的特殊數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化傳輸應(yīng)用完全成為現(xiàn)實(shí)。

　　就目前市場(chǎng)上的數(shù)字視頻傳輸產(chǎn)品來(lái)看，從傳輸交換技術(shù)及其協(xié)議大致要分為以下幾種類(lèi)型模式。

 　　一，PSTN的端到端的傳輸模式

　　 這種模式主要是采用電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的傳輸。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸質(zhì)量的問(wèn)題，PSTN的端到端的傳輸模式很難達(dá)到實(shí)時(shí)和連續(xù)的傳輸效果，所以在高速公路的視頻圖像傳輸中一般不采用。 

　　二，ATM/SDH主干網(wǎng)傳輸模式

　　 ATM/SDH采用的是主干網(wǎng)傳輸技術(shù)，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)帶寬還是網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量都有能滿(mǎn)足高質(zhì)量視頻圖像的傳輸要求。在技術(shù)上ATM承諾要把LAN功能、WAN功能中的語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)等集成進(jìn)單一的協(xié)議，這給實(shí)現(xiàn)單一信源的多點(diǎn)共享提供了方便。

　　擴(kuò)展能力：ATM允許在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中增加帶寬和端口密度；

　　專(zhuān)用帶寬：它保證了業(yè)務(wù)應(yīng)用的連貫性，這對(duì)視頻這樣的固定數(shù)據(jù)流傳輸來(lái)講是非常重要的；

　　廣泛應(yīng)用：ATM提供了端點(diǎn)到解決方案的潛能，意思是以桌面系統(tǒng)到局域網(wǎng)、到主干　　　　　網(wǎng)、以及WAN均可使用ATM.但是其缺點(diǎn)也是明顯的。即實(shí)現(xiàn)起來(lái)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本居高不下，所以目前絕大部分LAN更為普及使用的是Ethernet。但就遠(yuǎn)距離大容量視頻數(shù)據(jù)傳送載體的選擇來(lái)講，主干網(wǎng)采用ATM的還是較為普及；

　　三，以太網(wǎng)

　　以太網(wǎng)是以帶寬資源共享作為傳輸方式的，不太適合諸如視頻等固定數(shù)據(jù)的傳輸，而更適合于變化數(shù)據(jù)流的傳輸，如數(shù)據(jù)庫(kù)、文件拷貝等。但隨著高速以太網(wǎng)(1000M）技術(shù)的興起和用于以太網(wǎng)視頻傳輸?shù)募夹g(shù)的逐漸成熟，為視頻在以太網(wǎng)上傳輸開(kāi)辟了新的途徑。

　　協(xié)議方面我們聚焦在最近IP技術(shù)的發(fā)展和崛起。IP技術(shù)最早用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的載送，但隨著IP技術(shù)的發(fā)展和與其它技術(shù)相互不斷的融合，使之成為最有實(shí)際意義的協(xié)議之一。一方面是everything over IP：作為今后三網(wǎng)合一的發(fā)展基石，各種業(yè)務(wù)包括語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)及多媒體都可以加載到IP上進(jìn)行傳輸；另一方面是所謂的anything over IP:IP的業(yè)務(wù)可以通過(guò)ATM、SDH、Ethernet和SDL等方式最終加載到光網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。 

　　具體以以下幾種形式為主：

　　(1)IP over ATM

　　實(shí)現(xiàn)了面向連接的ATM與無(wú)連接的IP的統(tǒng)一，綜合利用了ATM速度快、容量大、多業(yè)務(wù)支持能力等優(yōu)點(diǎn)以及IP的簡(jiǎn)單靈活、易擴(kuò)充和統(tǒng)一性的特點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；

　　(2)IP over  Ethernet

　　這種技術(shù)對(duì)傳輸離散的數(shù)據(jù)來(lái)講是非常成熟的，但以往IP這種面向無(wú)連接的技術(shù)、以太網(wǎng)帶寬資源共享的傳輸機(jī)制和相對(duì)較窄的帶寬，使之只適合于變化數(shù)據(jù)流的傳輸。而且以太網(wǎng)是非同步的，對(duì)同步和時(shí)鐘不敏感，將以太網(wǎng)用于高速公路長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，需要解決抖動(dòng)積累與故障定位問(wèn)題。所以這些問(wèn)題使以太網(wǎng)無(wú)法保證高速公路這種長(zhǎng)距離、大容量視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝os。

　　但是，隨著以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，交換式高速以太網(wǎng)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了上述不足。其在優(yōu)先級(jí)設(shè)置、交換機(jī)制、流量控制及帶寬方面性能的變革、優(yōu)化、video over IP技術(shù)的成熟以及采用GE over WDM方式對(duì)千兆以太網(wǎng)GE信號(hào)3R中繼和性能監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸?shù)募夹g(shù)改變了傳統(tǒng)的看法。所以如此應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉的以太網(wǎng)已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了高速公路三網(wǎng)合一的功能。 

　　通過(guò)對(duì)以上就視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)點(diǎn)及其可實(shí)現(xiàn)的傳輸形式的淺層次探討，我們不難發(fā)現(xiàn)，高速公路機(jī)電系統(tǒng)中視頻的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化傳輸如今完全可以采用各種合理的方案去實(shí)現(xiàn)、去解決，避免了之前諸如非標(biāo)準(zhǔn)接口、造價(jià)高舉不下和技術(shù)不成熟等問(wèn)題。解決了高速公路視頻信號(hào)的數(shù)字化，無(wú)疑消除了整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)整體信息數(shù)字化的一個(gè)瓶頸。這樣不但能夠有效利用資源，還能集視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、可視對(duì)講等相關(guān)功能為一體，并可將其與GPS、GIS等先進(jìn)技術(shù)整合為一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)便于統(tǒng)一管理和資源的充分利用，這樣就構(gòu)成了功能強(qiáng)大的高速公路智能化數(shù)字運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。

　　雖然目前高速公路光纖數(shù)量/帶寬資源對(duì)于眼前的應(yīng)用來(lái)講相對(duì)充足，但是以當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展速度和需求的急速增長(zhǎng)，并參考通信、計(jì)算機(jī)等行業(yè)前幾年的發(fā)展歷程，高速公路機(jī)電系統(tǒng)全面數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化已刻不容緩。如果說(shuō)高速公路本身的網(wǎng)絡(luò)化是一種狹義的概念，那么，隨著國(guó)家大力興建高速公路基礎(chǔ)設(shè)施、完成“兩縱兩橫”戰(zhàn)略計(jì)劃，隨著高速公路機(jī)電系統(tǒng)的全面信息數(shù)字化，到時(shí)將會(huì)形成一個(gè)較為完整的主干網(wǎng)絡(luò)，形成一種廣義概念上的網(wǎng)絡(luò)和巨大的戰(zhàn)略資源。特別是當(dāng)全國(guó)的擁有公網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口高速公路信息化網(wǎng)絡(luò)的形成，會(huì)使之成為一個(gè)分布廣泛的“國(guó)家信息高速公路”，同時(shí)會(huì)為國(guó)家和投資者帶來(lái)不容忽視的本行業(yè)的“邊際效益”。以此來(lái)看，除了要有冷靜的投資態(tài)度，我們更應(yīng)以發(fā)展的眼光和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略思維認(rèn)真的、科學(xué)的規(guī)劃高速公路機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)、資源儲(chǔ)備和發(fā)展前景。而這個(gè)過(guò)程的原動(dòng)力正是來(lái)自于具有高速公路“靈魂”之稱(chēng)的機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化！