应用于高速公路的光纤网络传输技术

标签：单E1编解码  视频信号

高速公路项目中对视频信号传输的要求有以下特点：

1、容量大：在一个监控分中心通常有几十路甚至上百路视频信号。

2、图像质量要求高：图像要求达到480线，加权信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制图像要求达到25帧(50场/s)、NTSC制图像要求达到30帧(60场/s)。

3、需要多级控制：目前高速公路项目中对视频信号的监控和管理自下而上可分为以下站级、路段中心、片区中心、省中心四级监控系统。

(1)站级监控系统：各收费站需要对本地的视频信号进行监控

(2)路段中心监控：一条高速公路通常设置1个路段分中心，对某一路段进行监控和管理。

(3)片区中心监控系统：多条高速公路的统一管理通常根据地域划分为若干个片区来进行。

(4)省中心监控系统：各省高速公路管理局需要对省内所有的高速公路进行统一监控、管理和调度。目前主流视频传输产品介绍

点对点视频光端机

点对点视频光端机是目前使用较为普遍的视频传输设备(使用示意图参见图1)，主要可分为模拟光端机和数字光端机(非压缩)两种。点对点视频光端机的优点：

1、使用简单灵活，视频质量高，实时性好。

2、除了可以传输多路视频信号外，还可以传输音频信号、异步数据、以太网数据等多种信号。

点对点视频光端机主要缺点：

1、无法组网，不具备保护功能，系统可维护性差。

2、无法实现远距离传输。如果距离过远，只能采用光端机级连方式。多级光端机的级连会造成信号的急剧衰减。

模拟光端机

顾名思义，模拟光端机上光头发射的光信号是模拟光调制信号，它随输入的模拟载波信号的幅度、频率、相位变化引起光信号幅度、频率、相位变化而分别称为调幅、调频、调相光端机。

数字光端机

数字光端机上光头发射的光信号是数字信号即0或1对应光信号强、弱两种状态，不同的0和1组合代表不同幅度的视频、音频、数据信号。

模拟光端机与数字光端机的性能对比

1、模拟信号传输输入和输出处理方式不一样，引起的视频、音频、数据信号信号失真、变畸变、干扰不同。

模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相，所以模拟信号的幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化是否为一一对应的线形关系，成为拟光端机质量好坏的关键，到目前为止，很难做到真正线性调制，非线形必然引起信号失真;同时调制好的载波信号信号还要调制光信号，光信号的非线性也是一个非常重要的因素，众所周知，光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性、光发射功率有很大的影响，因此光器件在生产时需进行7-10天的热循环老化等等工艺筛选、老化、测试也只能以将这种变换控制在一定的范围;光信号在光纤中长距离传输，会引起光信号的功率衰减，传输频率漂移、相位失真，光信号色散效应同样也会引起光信号畸变;光信号到达接收端，接收光器件仍然要引起非线性失真，由光电转换后的模拟信号进入解调，解调与调制一样会产生非线性畸变。

所以综合模拟光端机，从输入信号调制-电光转换-光输-光电转换-解调这五个过程，都会引起非线形失真，而这些信号畸变失真是固有的所以是不可消除的，所以模拟光端机传输视频图象、音频质量、数据的效果很难达到很满意的效果。

数字式光端机仅只有模数转换的量化误差(如1V视频信号12bits时仅为2.5mv)，不足以引起信号畸变。因此不存在上述缺陷。

2、多路信号同传引起的交调失真。

在现场监控应用中，用户可能有许多各种信号，如视频图像、音频、数据、以太网、电话或其它用户自定义的信号，为了提高光纤的利用效率，降低成本，必须将各种信号在光端机进行复用，以便在一对或一根光纤上传输。对调频、调幅、调相光端机来讲，将多路视频、音频或数据信号混合调频、调幅、调相在某一载波上必然会引起各种镜像、交调干扰。所以目前市场上不乏很多著名国外品牌的调频、调幅、调相光端机多路视频、音频、数据同传时出现相互干扰的现象，这些不稳定的现象都是模拟调制技术长期以来一直所固有的缺点。

数字光端机传输的是数字信号，很容易进行大容量复用并且不会出现相互干扰。

3、稳定性不同

模拟调制光端机由于采取载波调制方式，载波及光头很容易受环境温度影响。出现传输质量随环境变化而变化的缺点。同时模拟光端机经过长时间使用后，随着元件的老化和环境的变化，经常会出现视频质量明显下降的现象。正因为这种缺点，对一些大型、重要工程来讲，模拟光端机的维护成了很令人头疼的问题。节点式视频光端机

节点式光端机是一种新型的光纤传输系统，通常使用2芯光纤将各节点连接形成环网、链网等网络结构，视频和数据可以在任意节点上下。同时网络中还可以传输音频、双向数据、以太网数据等信号。节点式光端机组网示意图参见图2。节点式光端机根据信号调制方式的不同分为模拟传输方式和数字传输方式。

模拟传输方式

节点式光端机如采用模拟方式调制信号，与模拟点对点光端机同样存在频间串扰、信号衰减畸变的问题。这是模拟调制方式所带来的必然问题。因此如采用模拟方式，对节点式光端机的传输容量、传输距离都有很大的限制。

数字传输方式

全数字的节点式光端机采用数字方式调制视频信号，并对视频信号进行编码压缩传输。通常采用的编码方式有M-JPEG、MPEG-2等。具有以下明显优点：

1、节省光纤资源。所有收费站通过2芯光纤与路段中心组成环网或链网即可。

2、视频容量大。目前北京蛙视公司的VOX全数字音视频传输平台可在2芯光纤上传输多达126路高质量音视频信号。

3、节点数量基本不受限制，图像质量全程一致。因为采用数字编码传输，信号无畸变;且不同于光端机级连方式，在各节点不经过2次编码调制，因此图像质量可保持全程一致。

4、如组成双纤环网，可实现自愈保护功能。当某一段光纤或某一节点设备故障，不影响整个系统的传输。

5、可实现多种业务的综合接入，如视频、音频、以太网、异步数据、电话话务等各种业务。

6、整个视频传输系统可通过网管统一管理和维护，具备故障自我诊断功能。

视频编解码器

视频编解码器是通过现有通信系统接口及通道传输视频信号的设备，其传输的图像质量主要取决于通信系统提供的接口和带宽。

根据接口形式的不同，视频编解码器大致可以分为：固定带宽接口(E1接口)、IP接口2种。

(一、二条内文字级，加粗，提前)一、固定带宽接口

通过SDH等通信系统提供的E1通道传输视频。可分为单E1编解码器和多E1复用编解码器等。编码方式通常采用MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.263等几种。

单E1编解码器采用单个E1通道传输1路视频信号，因传输带宽较低(<2M)，即使采用MPEG-2视频编码方式，视频分辨率也只能达到352*576，视觉效果较差。

多E1编解码器采用多个E1接口捆绑传输1路视频信号，在传输带宽提高的

情况下，视频质量能够得到有效提高。多E1编解码器工作原理如下：

在这里有几点说明：

1、编解码算法：由于交通系统中对视频信号高质量的要求，目前比较合适且成熟的算法是MPEG-2压缩算法。采用MPEG-2压缩算法传输的视频信号分辨率可以达到720(576，加权信噪比可达57dB，视觉效果好，能够满足ITS对视频质量的要求。

2、为什么采用N(E1：如果采用单个E1传输MPEG-2压缩的视频信号图像分辨率只能达到352 (288,并且图像不连续，肉眼观察有拖尾现象，所以要使用多个E1来传输视频信号.经过测试及实际使用，当用MPEG-2算法压缩后的视频码流达到4Mbit/s(即2个E1)左右时即可满足交通系统中对视频信号质量的要求。当码流再增大时，人的肉眼对视频信号的差别区分不明显。