為了打擊各項犯罪，視頻監控體現出了其強大的功能。在高速公路中我們也看到了它的身影。

　　高速公路項目中對視頻信號傳輸的要求有以下特點：

　　1、容量大：在一個監控分中心通常有幾十路甚至上百路視頻信號。

　　2、圖像質量要求高：圖像要求達到480線，加權信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達到25幀（50場/s）、NTSC制圖像要求達到30幀（60場/s）。

　　3、需要多級控制：目前高速公路項目中對視頻信號的監控和管理自下而上可分為以下站級、路段中心、片區中心、省中心四級監控系統。

　　（1）站級監控系統：各收費站需要對本地的視頻信號進行監控

　　（2）路段中心監控：一條高速公路通常設置1個路段分中心，對某一路段進行監控和管理。

　　（3）片區中心監控系統：多條高速公路的統一管理通常根據地域劃分為若干個片區來進行。

　　（4）省中心監控系統：各省高速公路管理局需要對省內所有的高速公路進行統一監控、管理和調度。目前主流視頻傳輸產品介紹

　　點對點視頻光端機

　　點對點視頻光端機是目前使用較為普遍的視頻傳輸設備（使用示意圖參見圖1），主要可分為模擬光端機和數字光端機（非壓縮）兩種。點對點視頻光端機的優點：

　　1、使用簡單靈活，視頻質量高，實時性好。

　　2、除了可以傳輸多路視頻信號外，還可以傳輸音頻信號、異步數據、以太網數據等多種信號。

　　點對點視頻光端機主要缺點：

　　1、無法組網，不具備保護功能，系統可維護性差。

　　2、無法實現遠距離傳輸。如果距離過遠，只能采用光端機級連方式。多級光端機的級連會造成信號的急劇衰減。

　　模擬光端機

　　顧名思義，模擬光端機上光頭發射的光信號是模擬光調制信號，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率、相位變化引起光信號幅度、頻率、相位變化而分別稱為調幅、調頻、調相光端機。

　　數字光端機

　　數字光端機上光頭發射的光信號是數字信號即0或1對應光信號強、弱兩種狀態，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數據信號。

　　模擬光端機與數字光端機的性能對比

　　1、模擬信號傳輸輸入和輸出處理方式不一樣，引起的視頻、音頻、數據信號信號失真、變畸變、干擾不同。

　　模擬光端機由于要進行調幅、調頻、調相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應的線形關系，成為擬光端機質量好壞的關鍵，到目前為止，很難做到真正線性調制，非線形必然引起信號失真;同時調制好的載波信號信號還要調制光信號，光信號的非線性也是一個非常重要的因素，眾所周知，光器件的非線性與環境溫度變化、工作電壓的穩定性、光發射功率有很大的影響，因此光器件在生產時需進行7-10天的熱循環老化等等工藝篩選、老化、測試也只能以將這種變換控制在一定的范圍;光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號色散效應同樣也會引起光信號畸變;光信號到達接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉換后的模擬信號進入解調，解調與調制一樣會產生非線性畸變。

　　所以綜合模擬光端機，從輸入信號調制-電光轉換-光輸-光電轉換-解調這五個過程，都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的所以是不可消除的，所以模擬光端機傳輸視頻圖象、音頻質量、數據的效果很難達到很滿意的效果。

　　數字式光端機僅只有模數轉換的量化誤差（如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv），不足以引起信號畸變。因此不存在上述缺陷。

　　2、多路信號同傳引起的交調失真。

　　在現場監控應用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數據、以太網、電話或其它用戶自定義的信號，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號在光端機進行復用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調頻、調幅、調相光端機來講，將多路視頻、音頻或數據信號混合調頻、調幅、調相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調干擾。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調頻、調幅、調相光端機多路視頻、音頻、數據同傳時出現相互干擾的現象，這些不穩定的現象都是模擬調制技術長期以來一直所固有的缺點。

　　數字光端機傳輸的是數字信號，很容易進行大容量復用并且不會出現相互干擾。

　　3、穩定性不同

　　模擬調制光端機由于采取載波調制方式，載波及光頭很容易受環境溫度影響。出現傳輸質量隨環境變化而變化的缺點。同時模擬光端機經過長時間使用后，隨著元件的老化和環境的變化，經常會出現視頻質量明顯下降的現象。正因為這種缺點，對一些大型、重要工程來講，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題。節點式視頻光端機

　　節點式光端機是一種新型的光纖傳輸系統，通常使用2芯光纖將各節點連接形成環網、鏈網等網絡結構，視頻和數據可以在任意節點上下。同時網絡中還可以傳輸音頻、雙向數據、以太網數據等信號。節點式光端機組網示意圖參見圖2。節點式光端機根據信號調制方式的不同分為模擬傳輸方式和數字傳輸方式。

　　模擬傳輸方式

　　節點式光端機如采用模擬方式調制信號，與模擬點對點光端機同樣存在頻間串擾、信號衰減畸變的問題。這是模擬調制方式所帶來的必然問題。因此如采用模擬方式，對節點式光端機的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制。

　　數字傳輸方式

　　全數字的節點式光端機采用數字方式調制視頻信號，并對視頻信號進行編碼壓縮傳輸。通常采用的編碼方式有M-JPEG、MPEG-2等。具有以下明顯優點：

　　1、節省光纖資源。所有收費站通過2芯光纖與路段中心組成環網或鏈網即可。

　　2、視頻容量大。目前北京蛙視公司的VOX全數字音視頻傳輸平臺可在2芯光纖上傳輸多達126路高質量音視頻信號。

　　3、節點數量基本不受限制，圖像質量全程一致。因為采用數字編碼傳輸，信號無畸變;且不同于光端機級連方式，在各節點不經過2次編碼調制，因此圖像質量可保持全程一致。

　　4、如組成雙纖環網，可實現自愈保護功能。當某一段光纖或某一節點設備故障，不影響整個系統的傳輸。

　　5、可實現多種業務的綜合接入，如視頻、音頻、以太網、異步數據、電話話務等各種業務。

　　6、整個視頻傳輸系統可通過網管統一管理和維護，具備故障自我診斷功能。

　　視頻編解碼器

　　視頻編解碼器是通過現有通信系統接口及通道傳輸視頻信號的設備，其傳輸的圖像質量主要取決于通信系統提供的接口和帶寬。

　　根據接口形式的不同，視頻編解碼器大致可以分為：固定帶寬接口（E1接口）、IP接口2種。

　　一、固定帶寬接口

　　通過SDH等通信系統提供的E1通道傳輸視頻。可分為單E1編解碼器和多E1復用編解碼器等。編碼方式通常采用MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.263等幾種。

　　單E1編解碼器采用單個E1通道傳輸1路視頻信號，因傳輸帶寬較低（《2M），即使采用MPEG-2視頻編碼方式，視頻分辨率也只能達到352*576，視覺效果較差。

　　多E1編解碼器采用多個E1接口捆綁傳輸1路視頻信號，在傳輸帶寬提高的情況下，視頻質量能夠得到有效提高。多E1編解碼器工作原理如下：

　　在這里有幾點說明：

　　1、編解碼算法：由于交通系統中對視頻信號高質量的要求，目前比較合適且成熟的算法是MPEG-2壓縮算法。采用MPEG-2壓縮算法傳輸的視頻信號分辨率可以達到720（576，加權信噪比可達57dB，視覺效果好，能夠滿足ITS對視頻質量的要求。

　　2、為什么采用N（E1：如果采用單個E1傳輸MPEG-2壓縮的視頻信號圖像分辨率只能達到352 （288，并且圖像不連續，肉眼觀察有拖尾現象，所以要使用多個E1來傳輸視頻信號。經過測試及實際使用，當用MPEG-2算法壓縮后的視頻碼流達到4Mbit/s（即2個E1）左右時即可滿足交通系統中對視頻信號質量的要求。當碼流再增大時，人的肉眼對視頻信號的差別區分不明顯。

　　多E1傳輸方式具有以下優點：

　　（1）充分利用已有SDH通信網的資源;靈活分配帶寬，用戶可根據網絡資源和對圖像的要求任意分配N個E1。

　　（2）一般情況下每路圖像使用2個E1即可，最多使用4個E1也就夠了。

　　（3）使用簡單，為點對點方式。

　　多E1傳輸方式具有以下缺點：

　　（1）對SDH的傳輸帶寬要求較高，以每路圖像帶寬4M計算，1個STM-1的SDH系統最多傳送31路圖像;1個STM-4的系統最多傳送126路圖像。

　　（2）設備較貴，由于采用MPEG-2壓縮及多E1捆綁技術，目前設備成本較高。

　　二、IP接口

　　通過以太網接口傳輸視頻信號，俗稱網絡視頻服務器。通常是使用SDH等通信系統接口外加網橋設備提供的以太網接口。編碼方式通常采用MPEG-2、MPEG-4等幾種。

　　IP方式傳輸視頻具有以下主要優點：

　　（1）便于多級聯網。

　　（2）編碼器和解碼器可以不對稱，即解碼器的數量可以少于編碼器，通過后臺軟件控制解碼器解壓任意一個編碼器的圖像，實現一點對多點。

　　（3）可實現監控到桌面，通過軟件可在計算機上解壓觀看圖像

　　IP方式傳輸視頻具有以下缺點：

　　1、在SDH層雖然其對外的接口為10/100Base-t接口，但一般情況下其內部為每個端口實際提供的帶寬在10M左右，在視頻碼流為4M的情況下，最多只能傳輸2路實時視頻信號。并且當在一個端口上既傳送實時視頻流又傳送其他數據（如收費數據等）時，由于視頻信號占帶寬較大，會影響其他數據的正常傳送，嚴重時會造成網絡擁塞。

　　2、當編碼器與解碼器不對稱，解碼器切換解壓不同編碼器的圖像時，會產生馬賽克，嚴重時導致解碼器死機。這是因為目前采用壓縮算法為了提高壓縮比，降低帶寬，采用幀間預測、運動補償的技術。當碼流切換時會造成其碼流的不完整，使解壓縮芯片無法正確的解壓縮。

　　3、為了保證視頻的實時性采用UDP協議傳送視頻流，UDP協議的特征是發后不管，數據的可靠性完全在于網絡。而目前以太網協議中對數據并沒有QOS保證。因此當網絡繁忙時，有可能造成UDP包丟失，造成解壓時出現馬賽克。

　　4、以太網的特征是突發，而實時視頻信號的特征是連續，這兩者是有矛盾的，因此當一個以太網中數字視頻流過多時，會造成以太網交換機的負載急劇增加，網絡速度變得很慢，影響其他數據的正常交換，嚴重時會造成網絡癱瘓。

　　高速公路視頻信號傳輸方案的探討

　　收費站至路段分中心的視頻傳輸

　　收費站至路段分中心的視頻傳輸可以采用點對點光端機、全數字節點式光端機、編解碼器等方式實現。

　　通過點對點光端機傳輸

　　收費站的圖像上傳如果采用點對點光端機傳輸，則每收費站到路段中心均需使用至少1對光端機并占用1芯光纖。整個監控系統占用的光纖資源較多。如果收費站距離中心過遠，還需要通過光端機的級連將圖像上傳至中心。光端機級連會造成信號的衰減及信噪比降低。同時大量光端機的使用，設備無法統一管理，系統可維護性差。其優點是圖像質量高，實時性好。

　　通過通信系統傳輸圖像

　　通過SDH系統提供的2M口或多個2M捆綁傳輸圖像。每個收費站到路段中心采用1對或幾對多E1編解碼器，上傳部分圖像。采用這種方法的缺點是占用SDH系統資源較多，每個收費站上傳的圖像數量受系統帶寬資源的限制，不能太多。

　　通過節點式光端機傳輸圖像

　　通過節點式光端機傳輸圖像，整個系統只需要2芯光纖將各收費站節點組成環網或鏈網，節省光纖資源。同時在各收費站上傳的圖像、音頻、數據及以太網數據的數量可以根據用戶的需要靈活配置。路段中心將各收費站上傳的信號經局端設備全部輸出，統一進行監控管理，并可在局端通過網管系統對整個傳輸進行實時維護。

　　分中心至片區中心或省中心的視頻傳輸

　　從各路段中心至片區中心或省中心通常要求上傳的視頻數量比較少，一般每個下級中心只需上傳幾路。采用的傳輸方式通常包括以下幾種：

　　1、通過E1接口傳輸：各中心之間通過SDH通信系統，采用多E1編解碼器傳輸視頻。因為各中心之間的SDH系統資源較為豐富，需要上傳的圖像數量又不是很多，采用多E1編解碼器能夠滿足用戶的需求。

　　2、通過IP接口傳輸：各中心之間通過以太網接口，采用網絡視頻編解碼器傳輸視頻。這種方式其實同樣通過SDH通信系統，只不過通過外加網橋將接口轉換成以太網接口。

　　3、通過全數字節點式光端機傳輸：各中心之間通過光纖連接，采用全數字節點式光端機傳輸視頻。這種方式的優點在于通過數字音視頻傳輸系統的構建，不僅可以實現全網視頻信息的共享，還可以實現以太網數據、異步數據及電話話務的交換。同時利用數字音視頻傳輸系統的音視頻雙向傳輸功能，還可以方便的實現各中心之間的會議電視。