無線圖像傳輸技術(shù)及應(yīng)用介紹
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關(guān)鍵詞 無線圖像傳輸 壓縮方式
1.固定點(diǎn)的圖像監(jiān)控傳輸系統(tǒng)
無線圖像傳輸系統(tǒng)從應(yīng)用層面來說分為兩大類，一是固定點(diǎn)的圖像監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，二是移動視頻圖像傳輸系統(tǒng)。
固定點(diǎn)的無線圖像監(jiān)控傳輸系統(tǒng)，主要應(yīng)用在有線閉路監(jiān)控不便實(shí)現(xiàn)的場合，比如港口碼頭的監(jiān)控系統(tǒng)、河流水利的視頻和數(shù)據(jù)監(jiān)控、森林防火監(jiān)控系統(tǒng)、城市安全監(jiān)控等。下面按頻段由低到高對不同的圖像傳輸技術(shù)進(jìn)行介紹。
1.12.4GHzISM頻段的多種圖像傳輸技術(shù)
2.4GHz的圖像傳輸設(shè)備采用擴(kuò)頻技術(shù)，有跳頻和直擴(kuò)兩種工作方式。跳頻方式速率較低，吞吐速率在2Mbit/s左右，抗干擾能力較強(qiáng)，還可采用不同的跳頻序列實(shí)現(xiàn)同址復(fù)用來增加容量。直擴(kuò)方式有較高的吞吐速率，但抗干擾性能較差，且多套系統(tǒng)同址使用受限制。
2.4GHz圖像傳輸可基于IEEE802.11b協(xié)議，傳輸速率為11Mbit/s，去掉傳輸過程中的開銷，實(shí)際有效速率為3.8Mbit/s左右。后來制訂的IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)，速率上限達(dá)到54Mbit/s，該標(biāo)準(zhǔn)互通性高，點(diǎn)對點(diǎn)可傳輸幾路MPEG-4的壓縮圖像。
應(yīng)用在2.4GHz頻段的還有藍(lán)牙技術(shù)、HomeRF技術(shù)、MESH、微蜂窩技術(shù)等。隨著應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，2.4GHZ這個頻段處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，其速率問題、安全問題、相互兼容問題值得進(jìn)一步研究。
1.23.5GHz頻段的無線接入系統(tǒng)
3.5GHz的無線接入系統(tǒng)是一種點(diǎn)對多點(diǎn)微波通信技術(shù)，采用FDD雙工方式，用16QAM、64QAM調(diào)制方式，基于DOCSOS協(xié)議。其工作頻段相對較低，電波自由空間損耗小，傳播雨衰性能好，接入速率足夠高，且設(shè)備成本相對較低。該系統(tǒng)具有相對良好的覆蓋能力，通常達(dá)到5km～10km，適合地縣市級單位低價位、較大面積覆蓋的應(yīng)用場合;還可與WLAN、LMDS互為補(bǔ)充，形成覆蓋面積大小配合、用戶密度稀密配合的多層運(yùn)行的有機(jī)互補(bǔ)模式。目前存在的問題是帶寬不足，只有上下行各30MHz，難以大規(guī)模使用。
1.35.8GHzWLAN產(chǎn)品
5.8GHz的WLAN產(chǎn)品采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，在此頻段的WLAN產(chǎn)品基于IEEE802.11a協(xié)議，傳輸速率可以達(dá)到54Mbit/s。根據(jù)WLAN的傳輸協(xié)議，在點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用的時候，有效速率為20Mbit/s;點(diǎn)對六點(diǎn)的情況下，每一路圖像的有效傳輸速率為500kbit/s左右，也就是說總的傳輸數(shù)據(jù)量為3Mbit/s左右。對于無線圖像的傳輸而言，基本上解決了“高清晰度數(shù)字圖像在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸”問題，使得大范圍采用5.8GHz頻段傳輸數(shù)字化圖像成為現(xiàn)實(shí)，尤其適用于城市安全監(jiān)控系統(tǒng)。
WLAN傳輸監(jiān)控圖像，目前比較成熟的是采用MPEG-4圖像壓縮技術(shù)。這種壓縮技術(shù)在500kbit/s速率時，壓縮后的圖像清晰度可以達(dá)到1CIF(352×288像素)～2CIF。在2Mbit/s的速率情況下，該技術(shù)可以傳輸4CIF（702×576像素，DVD清晰度）清晰度的圖像。采用MPEG-4壓縮以后的數(shù)字化圖像，經(jīng)過無線信道傳輸，配合相應(yīng)的軟件，很容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化的數(shù)字化城市安全監(jiān)控系統(tǒng)。
5.8GHz頻段的WLAN產(chǎn)品空中接力不好，點(diǎn)對點(diǎn)連接很不經(jīng)濟(jì)，不適合小型設(shè)備，技術(shù)成本過高，同時5.8GHz頻段在部分地區(qū)面臨頻譜管制。
1.426GHz頻段的寬帶固定無線接入系統(tǒng)
LMDS系統(tǒng)是典型的26GHz無線接入系統(tǒng)，采用64QAM、16QAM和QPSK三種調(diào)制方式。LMDS具有更大的帶寬以及雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，可提供多種寬帶交互式數(shù)據(jù)以及多媒體業(yè)務(wù)，解決了傳統(tǒng)本地環(huán)路的瓶頸問題，能夠滿足高速寬帶數(shù)據(jù)、圖像通信以及寬帶internet業(yè)務(wù)的需求。LMDS系統(tǒng)覆蓋范圍3公里～5公里，適用于城域網(wǎng)。由于世界各國對LMDS的工作頻段規(guī)劃不同，所以其兼容性較差、雨衰性能差，成本也較高。
綜上所述，對于城市數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，采用2.4GHz以上的WLAN技術(shù)作為固定點(diǎn)的圖像傳輸是完全可行的，也是發(fā)展的趨勢。
2.移動視頻圖像傳輸系統(tǒng)
除了對固定點(diǎn)的圖像監(jiān)控的需求外，移動圖像傳輸?shù)男枨笠蚕喈?dāng)旺盛。移動視頻圖像傳輸，廣泛用于公安指揮車、交通事故勘探車、消防武警現(xiàn)場指揮車和海關(guān)、油田、礦山、水利、電力、金融、海事，以及其它的緊急、應(yīng)急指揮系統(tǒng)，主要作用是將現(xiàn)場的實(shí)時圖像傳輸回指揮中心，使指揮中心的指揮決策人員如身臨其境，提高決策的準(zhǔn)確性和及時性，提高工作效率。下面就移動視頻圖像傳輸采用公網(wǎng)和專用技術(shù)兩種情況作相關(guān)介紹。
2.1利用CDMA、GPRS公眾移動網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像
CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的移動傳輸技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn):保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、抗多徑衰落、系統(tǒng)容量的配置靈活、建網(wǎng)成本低等。CDMA采用MPEG-4壓縮方式，用MPEG-4的CIF格式壓縮圖像，可以達(dá)到每秒2幀左右的速率;如果將圖像調(diào)整到QCIF格式，則可以達(dá)到每秒10幀以上。但是，對于安全防范系統(tǒng)來說，一般采用低傳輸幀率而保證傳輸?shù)那逦龋驗(yàn)橹挥蠧IF以上的圖像清晰度才可以滿足調(diào)查取證的需要。如果希望進(jìn)一步提高現(xiàn)場圖像的實(shí)時傳輸速率，一個簡單的方案是采用多個CDMA網(wǎng)卡捆綁使用的方式，用來提高無線信道的傳輸速率。目前市場上有2～3個網(wǎng)卡捆綁方式的路由器，增加網(wǎng)卡的代價是增加設(shè)備成本和使用成本。隨著視頻壓縮技術(shù)的不斷發(fā)展，單個網(wǎng)卡上3～4幀/秒圖像傳輸速率是可以實(shí)現(xiàn)的，如果每秒鐘可以傳輸3～4幀CIF格式的圖像，可以滿足一般移動公共交通設(shè)施的安全監(jiān)控的要求。
GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，支持特定的點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)服務(wù)，以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)。GPRS峰值速率超過100kbit/s，網(wǎng)絡(luò)容量只在所需時分配，這種發(fā)送方式稱為統(tǒng)計(jì)復(fù)用。GPRS最主要的優(yōu)勢在于永遠(yuǎn)在線和按流量計(jì)費(fèi)，不用撥號即可隨時接入互聯(lián)網(wǎng)，隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，資源利用率高。
還有一種可以期待的選擇是3G系統(tǒng)，目前全球已進(jìn)入部署階段，目前可以實(shí)現(xiàn)的有效速率達(dá)384kbit/s，它將帶來移動視頻傳輸系統(tǒng)革命性的進(jìn)步。但需要注意的是，即使速率提高了很多，也不要認(rèn)為所有的移動交通設(shè)施可以同時將圖像傳輸回監(jiān)控中心，因?yàn)橥瑫r概念對于公網(wǎng)圖像傳輸來說幾乎是不可能的。
2.2用于應(yīng)急突發(fā)事件的專用圖像傳輸技術(shù)
對于一些應(yīng)急指揮中心的圖像傳輸系統(tǒng)，往往要求將突發(fā)事件現(xiàn)場的圖像傳輸回指揮中心。例如遇到重大自然災(zāi)害，水災(zāi)、火災(zāi)現(xiàn)場，群眾的大型集會和重要安全保衛(wèi)任務(wù)現(xiàn)場等。這類應(yīng)急圖像傳輸系統(tǒng)不宜使用公眾網(wǎng)絡(luò)傳輸，最好采用專業(yè)的移動圖像傳輸設(shè)備。但目前我國對此尚未專門規(guī)劃頻率。可用于移動視頻圖像傳輸?shù)募夹g(shù)有以下幾種。
2.2.1WiMAX
WiMAX是點(diǎn)對多點(diǎn)的寬帶無線接入技術(shù)，WiMAX采取了動態(tài)自適應(yīng)調(diào)制、靈活的系統(tǒng)資源參數(shù)及多載波調(diào)制等一系列新技術(shù)，并兼具較高速率傳輸能力(可達(dá)70Mbit/s～100Mbit/s)及較好的QoS與安全控制。WiMAX802.16e覆蓋范圍可以達(dá)到1～3英里，主要定位在移動無線城域網(wǎng)環(huán)境。然而802.16e獲得足夠的全球統(tǒng)一頻率存在一定難度，且建設(shè)成本和設(shè)備價格較高。
2.2.2無線網(wǎng)格（MESH）技術(shù)
無線“網(wǎng)格（MESH）”技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)較近范圍內(nèi)的高速數(shù)據(jù)通信。利用2.4GHz頻段，有效帶寬可以達(dá)到6Mbit/s，這種技術(shù)鏈路設(shè)計(jì)簡單、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便。
3.結(jié)束語
對于固定無線圖像傳輸，我們可以采用成本較低的WLAN技術(shù)產(chǎn)品;對移動視頻圖像傳輸可以采用公眾移動網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ脽o線圖像傳輸技術(shù)。我們希望有更多的同行能再進(jìn)一步關(guān)注無線圖像傳輸問題，以促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。
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