省级高速公路视频传输方案探讨

贾　毅

摘要：随着高速公路网的逐步形成，监控系统联网势在必行。本文在结合本省高速公路机电系统建设的实际情况下，对文中每一种视频传输方案有何优缺点、如何对全省视频联网统筹等问题进行了探讨。

关键词：模拟传输 数字编解码 部分编码

一、概述

作为高速公路机电系统联网的一个重要组成部分，视频联网的地位日益突出。通过对交通视频的联网可帮助公路运营管理部门及时了解高速公路沿线的交通状况、加强对收费作弊的监管力度，进而达到对重点路段和收费站场的视频监控目标。同时，将相关视频资料放到对外服务网站窗口，方便民众查询交通现状，为其出行提供参考。

随着高速公路路网的建设，在对省级高速公路视频联网时，要特别注意对视频传输方案的选取，本文就视频传输方案的选择进行了简要分析。

二、影响视频联网传输的因素

（一） 管理体制

不同的管理体制会直接影响视频联网方案的确定。因此，首先必须确定全省高速公路运营管理体制。

目前，高速公路运营管理体制一般采用三级管理体制（收费站－路段分中心－省中心）。根据路网的建设情况，对于区域内路网比较分散，所辖道路较多、路线里程相对较长的区域，可在区域设置片区中心，采用四级的管理体制（收费站－路段分中心－片区中心－省中心）。

（二）视频传输方式

1. 模拟传输方式

视频模拟传输方式分为采用“同轴电缆”传输和 “光端机+光纤”传输。

同轴电缆具有价格便宜、铺设方便的优点。但是，信号在同轴电缆内传输时受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关，信号频率越高，衰减越大；

“光端机+光纤”传输方式分为点对点的传输方式和节点光端机的传输方式：

（1）点对点传输方式的优点是故障点容易定位，维护简便，但是光纤资源消耗大，传输距离受到一定限制；

（2）节点光端机的传输方式是在光纤波分复用技术发展的基础上，对点对点传输方式的一种改进。其优点是光端机采用了先进的波分复用技术，集成度高，节约光纤资源。但传输节点增多，会增加系统的故障点和故障率。

2.数字编解码的传输方式

数字视频编解码的传输方式采用图像压缩编码技术将需要传输的视频图像数字化编码，然后通过标准通信接口进行传输，在接收端再将图像进行解码还原。其中，视频编解码技术是保证压缩图像质量的关键环节。

目前，在高速公路视频传输中应用的标准主要有：MPEG-2、MPEG-4和H.264。其中H.264标准，既保留了以往压缩技术的优点和精华，又具备许多其他压缩技术无法比拟的优点：

（1）低码流：和MPEG-2和MPEG-4等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。显然，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间。

（2）高质量的图像：H.264能提供连续、流畅的较高质量图像（DVD质量）。

（3）容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。

（4）网络适应性强：H.264提供了网络适应层（Network Adaptation Layer）, 使得H.264的文件能方便地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。

H.264标准的数字编解码传输方式是视频数字化发展的趋势，它可将视频压缩成N个2Mb/S带宽的IP的数据流直接通过光纤传输或标准通信接口及通信平台传输，大大降低信号传输带宽。同时，采用10/100M IP 标准接口，可利用现有通信系统传输设备的通道传输视频。

三、视频传输方案研究

目前，视频传输方案主要有“全编码”、“全模拟”、“部分编码”三种：

（1）“全编码”的方案

从视频源—摄像机开始，至收费站、路段分中心、片区中心和省中心等各级管理机构，视频传输均采用数字编解码的数字传输方式；

（2）“全模拟”的方案

从视频源—摄像机开始，至收费站、路段分中心、片区中心和省中心等各级管理机构，视频均采用模拟传输方式；

（3）“部分编码”的传输方案

从视频源—摄像机开始，视频采用模拟的方式传输至收费站或路段分中心，从收费站至路段分中心、片区中心和省中心或从路段分中心至片区中心和省中心均采用数字编解码的传输方式。

综上所述，在数字编解码方式作为当今主流传输方式的趋势下，下面仅对第一种“全编码”方案和第三种“部分编码”的传输方案进行探讨，重点落在从外场至收费站以及从收费站至路段分中心的视频传输方案确定。

（一） 全编码视频传输方案

1.从外场至收费站的视频传输

采用数字编解码的方式，摄像机采用网络摄像机或者“模拟摄像机头+视频编码器”输出数字编码视频流。根据技术发展，前端的数字视频编码采用H.264技术，通过IP over光纤接入到收费站。在收费站设置视频存储服务器、视频管理终端实现对所有视频的存储和控制管理，将一路视频解码输出到主监视器，直接转发3-4路视频至路段分中心。

如果监控外场的视频不传输至收费站，而直接传输至路段分中心，则将外场摄像机视频接入到数字视频编码节点设备，路段内所有的视频编码节点设备通过光纤跳接与路段分中心的数字视频解码节点设备组成环网，增加系统的可靠性。在路段分中心设置视频存储服务器、视频管理终端实现对所有视频的存储和控制管理，另将视频解码输出至监视器墙和大屏，同时转发6-8路视频至片区中心。

2.收费站至路段分中心、片区中心及省中心的视频传输

由于视频在本地实现了数字化，从收费站至路段分中心、片区中心及省中心均采用通信系统提供的数字通道进行传输：收费站至路段分中心利用接入网提供的10/100（Mb/s）通道传输；路段分中心至片区中心及省中心利用干线传输系统提供的10/100（Mb/s）通道进行传输。在收费站、分中心、片区中心和省中心等处大屏幕或局域网计算机上均可实现对视频的浏览和调用。若需在路段分中心及上级各机构内调看路段沿线的视频，可利用收费站、分中心、片区中心和省中心交换机的组播功能，通过通信系统将需要上传的视频分别上传至各级机构，避免了视频的二次编解码问题。此外，在各级机构配置视频服务器，以实现视频的存储及转发，各级领导可以在桌面终端实现视频浏览等功能；在路段分中心、片区中心和省中心均设置监视器墙和大屏投影系统，实现对视频的监视。由此可以看出，在此系统下，各级视频的存储、管理和调用等功能基本相同。详见图1：

（二）部分编码的视频传输方案

1. 从外场至收费站的视频传输

这一区间由于传输距离比较短，对视频的质量要求比较高，因此视频传输采用模拟方式。各收费车道、收费亭、收费广场及监控外场的视频采用模拟方式通过光纤和光端机进行传输。在收费站，所有的外场视频进入视频分配器，一路进入DVR进行录像，一路接入视频矩阵，从矩阵切换输出一路进入主监视器，同时切换输出或环路输出需要上传分中心的视频。

如果监控外场的视频不传输至收费站，而直接传输至路段分中心，则外场摄像机的视频采用模拟方式，通过节点光端机或点对点光端机进行传输。

2.从收费站至路段分中心的视频传输

（1）在收费站实现视频数字化，则采用数字压缩方式，从收费站视频矩阵环路输出所有的视频图像或切换输出3-4路视频进入数字视频编码器进行编码后，通过通信系统综合业务接入网提供的10/100M IP通道传输至路段分中心。在路段分中心，上传的所有视频接入局域网，分别接入视频存储服务器、视频管理终端，实现对所有视频的存储和控制管理，另将视频解码输出至监视器墙和大屏，转发6-8路视频至片区中心。

（2）在分中心实现视频数字化，则采用模拟方式，通过数字非压缩光端机和光纤进行传输，从收费站的视频矩阵切换输出3-4路视频进入模拟或数字非压缩光端机，各站点的模拟或数字非压缩光端机采用级联的方式或点对点的方式传输至路段分中心。在路段分中心，各收费站视频进入视频分配器，一路进入DVR进行录像，一路接入监视器墙和大屏，一路接入视频矩阵，从矩阵切换输出一路视频进入主监视器，同时切换输出或环路输出需要上传片区中心的视频。

3. 路段分中心至片区中心及省中心的视频传输

采用数字编解码方式，从路段分中心的视频矩阵环路输出所有的视频或切换输出6-8路视频进入数字视频编解码器进行编码后，通过通信系统干线传输系统提供的10/100M IP通道传输至片区中心。在片区中心，所有视频接入局域网，进而可以分别接入视频存储服务器、视频管理终端，实现对所有视频的存储和控制管理，另将视频解码输出至监视器墙和大屏，同时直接转发6-8路视频至省中心；省中心也相应配置了视频存储服务器、视频管理终端，实现对所有视频的存储和控制管理，另将视频解码输出至监视器墙和大屏。

四、结论

上述方案均各有其优缺点。从长远考虑，“全编码”的传输方案是视频传输技术的发展方向。随着视频编解码标准的不断发展，编解码技术也必将日臻完善，视频的失真、延时等问题可以得到进一步改善。但值得注意的是，在“全编码”的视频传输方案中，即使同样采用H.264的编解码标准，不同的设备厂家提供的编解码设备也有不兼容的可能，若采用同一厂家的设备，又容易被垄断控制。故建议在确定各级中心视频控制平台可选用产品的基础上，在编解码器接入全省高速公路网前，必须要求厂家提供自身产品的编解码协议，经视频联网控制平台统一测试通过后方可引入采用。如果在全省的视频控制平台尚未建立、缺乏统一的标准的时候盲目对各路段的视频进行“全编码”，必将给后期全省高速公路视频联网带来诸多麻烦。

因此，为方便运营管理，建议在已建路段，尤其是同一分中心管辖的不同路段，采用“部分编码”传输方案，视频传输采用同一种方式。先保持“部分编码”传输方案，待全省的视频控制平台建立后，在设备达到寿命周期或需要改造时，再采用 “全编码”传输方案进行改造，合理地利用现有投资，避免不必要的浪费；若全省的视频控制平台已建立，对此后的新建路段，推荐采用“全编码”传输方案。◆

参考文献：

[1] 刘峰.北京邮电大学出版社[S].视频图像编码技术及国际标准

[2] 毕厚杰.人民邮电出版社.新一代视频压缩编码标准——H.264/AVC[S]

[3] 陈珂.对高速公路视频传输技术的探讨与展望[J].西南公路，2007