淺析高速公路視頻的數字化傳輸網絡

    21世紀是一個信息的時代，在這個以信息技術為時代發(fā)展主流的年代中，信息的及時、直觀傳播已成為人們的迫切需求。特別是在經營、交通、購物等一些與人們的日常生活息息相關的行業(yè)中，信息的直接、實時普及需求由為突出。而在所有信息中，語音圖像信號帶給人們的是最為直觀的信息，也是人們倍受青睞的信息獲取方式，因為它為在快節(jié)奏的工作過程中人們贏得了時間和效益。這就對與語音圖像信息的直接、實時普及直接相關的傳輸系統(tǒng)提出了要求，特別是在交通上�！　�

　　而目前代表交通行業(yè)先進生產力的高速公路中監(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，要想達到語音圖像信息的直接、實時普及和集中管理，實現起來不光是價格可觀，而且技術難度較高。但在科技迅猛發(fā)展的今天，以數字方式處理信息相對于傳統(tǒng)的模擬方式來說具有較大的優(yōu)勢及好的性能/價格，包括在當今大多CCTV設備中同樣適用。在個人計算機市場迅猛發(fā)展的推動之下，科技含量不斷加大及價格不斷下降，使數字技術邁向實用成為可能。

　　數字視頻是將傳統(tǒng)模擬信號經過抽樣、量化和編碼成二進制數字信號，然后進行各種功能的處理、傳輸、存貯和記錄，也可以用計算機進行處理和控制。數字視頻設備不僅可以獲得比原有模擬設備更高的技術性能，而且還具有模擬技術達不到的新功能。 

　　從具體技術角度來看，數字視頻具有以下優(yōu)點：

　　一，數字信號在傳輸過程中通過再生技術和糾錯編解碼技術使噪聲不逐步積累，基本不產生噪聲，保持信噪比基本不變，收端圖像質量基本與發(fā)端一致，適合多環(huán)節(jié)、長距離傳輸。這一點是非常符合高速公路聯網和擴展的基本特征和需求的；

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

　　三，易于實現信號的存貯和檢索，可采用非線性搜索方式高效快速搜索出各種所需類型文件，避免了使用模擬信號近乎強制性的順序搜索方法； 

　　四，數字技術與計算機配合，可以實現CCTV數字設備的自動控制和操作。這對高速公路 CCTV系統(tǒng)自動化有著實際意義；

　　五，采用時分多路數字技術，可以實現信道多工復用；

　　六，利用數字編碼技術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法比較；

    七，利用數字編碼方法，便于視頻的保密； 

    八，數字視頻信號具有可擴展性、可分極性和互操作性，便于在各類通信系統(tǒng)中傳輸。對高速公路所要實現的各種功能來講，這一點是非常重要的。因為隨著數字化時代的全面來臨，模擬系統(tǒng)的改造意味著設備的全部淘汰更新，會造成巨大浪費；而數字化系統(tǒng)可實現基于數字平臺上的擴展和改造。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，隨著技術發(fā)展和需求日增，今后完全可在數字化平臺上利用WDM/DWDM等技術對其進行擴展和升級。 

　　從以上幾點來看，數字系統(tǒng)不僅較模擬系統(tǒng)性能優(yōu)越、功能強大，而且無論是在目前的狀況還是在今后的完全數字化時代，都會使投資者在競爭中占據主動地位。

　　從另一個角度即具體實現大規(guī)模網絡視頻的數字化傳輸方面來講，隨著通訊技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，不論是ATM、SDH、Ethernet傳輸交換技術抑或諸如MPEG I、MPEG II、H.261/H.320、Wavelet等壓縮技術的成熟和實用化，實現視頻網絡數字化傳輸已完全不是問題。尤其是進來交換式高速以太網的出現和IP技術的發(fā)展，使視頻流這種不能中斷、不能丟失、和對同步比較敏感的特殊數據的網絡數字化傳輸應用完全成為現實。

　　就目前市場上的數字視頻傳輸產品來看，從傳輸交換技術及其協議大致要分為以下幾種類型模式。

 　　一，PSTN的端到端的傳輸模式

　　 這種模式主要是采用電話線進行遠程連接的方式來實現視頻圖像的傳輸。由于網絡帶寬和傳輸質量的問題，PSTN的端到端的傳輸模式很難達到實時和連續(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主干網傳輸模式

　　 ATM/SDH采用的是主干網傳輸技術，無論是網絡帶寬還是網絡的傳輸質量都有能滿足高質量視頻圖像的傳輸要求。在技術上ATM承諾要把LAN功能、WAN功能中的語音、視頻和數據等集成進單一的協議，這給實現單一信源的多點共享提供了方便。

　　擴展能力：ATM允許在現有的結構中增加帶寬和端口密度；

　　專用帶寬：它保證了業(yè)務應用的連貫性，這對視頻這樣的固定數據流傳輸來講是非常重要的；

　　廣泛應用：ATM提供了端點到解決方案的潛能，意思是以桌面系統(tǒng)到局域網、到主干　　　　　網、以及WAN均可使用ATM.但是其缺點也是明顯的。即實現起來設備結構復雜，成本居高不下，所以目前絕大部分LAN更為普及使用的是Ethernet。但就遠距離大容量視頻數據傳送載體的選擇來講，主干網采用ATM的還是較為普及；

　　三，以太網

　　以太網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據的傳輸，而更適合于變化數據流的傳輸，如數據庫、文件拷貝等。但隨著高速以太網(1000M）技術的興起和用于以太網視頻傳輸的技術的逐漸成熟，為視頻在以太網上傳輸開辟了新的途徑。

　　協議方面我們聚焦在最近IP技術的發(fā)展和崛起。IP技術最早用于以太網數據的載送，但隨著IP技術的發(fā)展和與其它技術相互不斷的融合，使之成為最有實際意義的協議之一。一方面是everything over IP：作為今后三網合一的發(fā)展基石，各種業(yè)務包括語音、視頻、數據及多媒體都可以加載到IP上進行傳輸；另一方面是所謂的anything over IP:IP的業(yè)務可以通過ATM、SDH、Ethernet和SDL等方式最終加載到光網絡上進行傳輸。 

　　具體以以下幾種形式為主：

　　(1)IP over ATM

　　實現了面向連接的ATM與無連接的IP的統(tǒng)一，綜合利用了ATM速度快、容量大、多業(yè)務支持能力等優(yōu)點以及IP的簡單靈活、易擴充和統(tǒng)一性的特點，達到優(yōu)勢互補；

　　(2)IP over  Ethernet

　　這種技術對傳輸離散的數據來講是非常成熟的，但以往IP這種面向無連接的技術、以太網帶寬資源共享的傳輸機制和相對較窄的帶寬，使之只適合于變化數據流的傳輸。而且以太網是非同步的，對同步和時鐘不敏感，將以太網用于高速公路長距離傳輸時，需要解決抖動積累與故障定位問題。所以這些問題使以太網無法保證高速公路這種長距離、大容量視頻數據傳輸的Qos。

　　但是，隨著以太網交換技術的發(fā)展，交換式高速以太網的出現彌補了上述不足。其在優(yōu)先級設置、交換機制、流量控制及帶寬方面性能的變革、優(yōu)化、video over IP技術的成熟以及采用GE over WDM方式對千兆以太網GE信號3R中繼和性能監(jiān)測來實現長距離傳輸的技術改變了傳統(tǒng)的看法。所以如此應用廣泛、價格低廉的以太網已經逐漸實現了高速公路三網合一的功能。 

　　通過對以上就視頻數字化、網絡化優(yōu)點及其可實現的傳輸形式的淺層次探討，我們不難發(fā)現，高速公路機電系統(tǒng)中視頻的數字網絡化傳輸如今完全可以采用各種合理的方案去實現、去解決，避免了之前諸如非標準接口、造價高舉不下和技術不成熟等問題。解決了高速公路視頻信號的數字化，無疑消除了整個機電系統(tǒng)真正實現整體信息數字化的一個瓶頸。這樣不但能夠有效利用資源，還能集視頻監(jiān)控、視頻會議、可視對講等相關功能為一體，并可將其與GPS、GIS等先進技術整合為一個統(tǒng)一的數字平臺便于統(tǒng)一管理和資源的充分利用，這樣就構成了功能強大的高速公路智能化數字運營系統(tǒng)。

　　雖然目前高速公路光纖數量/帶寬資源對于眼前的應用來講相對充足，但是以當今技術的發(fā)展速度和需求的急速增長，并參考通信、計算機等行業(yè)前幾年的發(fā)展歷程，高速公路機電系統(tǒng)全面數字網絡化已刻不容緩。如果說高速公路本身的網絡化是一種狹義的概念，那么，隨著國家大力興建高速公路基礎設施、完成“兩縱兩橫”戰(zhàn)略計劃，隨著高速公路機電系統(tǒng)的全面信息數字化，到時將會形成一個較為完整的主干網絡，形成一種廣義概念上的網絡和巨大的戰(zhàn)略資源。特別是當全國的擁有公網標準接口高速公路信息化網絡的形成，會使之成為一個分布廣泛的“國家信息高速公路”，同時會為國家和投資者帶來不容忽視的本行業(yè)的“邊際效益”。以此來看，除了要有冷靜的投資態(tài)度，我們更應以發(fā)展的眼光和長遠的戰(zhàn)略思維認真的、科學的規(guī)劃高速公路機電系統(tǒng)的建設、資源儲備和發(fā)展前景。而這個過程的原動力正是來自于具有高速公路“靈魂”之稱的機電系統(tǒng)的數字化、網絡化！