数字视频传输技术在城市轨道交通中的应用
9页1、数字视频传输技术在城市轨道交通中的应用 摘要对数字图像传输和模拟图像传输技术进行比较和探讨。介绍了视频压缩技术和ATM 图像传输技术在3 号线闭路电视监控系统的应用,阐明了数字视频传输技术的实时性、可靠性和先进性,并提出建议。 关键词数字图像处理,闭路电视图像传输,ATM 宽带异步传输模式1 引言 上海轨道交通3 号线(明珠线) 闭路电视监控系统能提供行车调度人员对站台人流、列车开关门情况和站厅出入口等重要区域的图像进行实时观察、监视和控制,以便对敏感事件进行快速反应,确保轨道交通运营中设备和乘客人身安全及消防应急安全。各站图像除由本站行车值班员监视外,还传送至控制中心,供CCR(中央控制中心) 调度人员(总调、列调和环调) 监视,从而实现图像的远程监控。传统的远距离监控系统,图像一般采用光缆或电缆传输,易受距离和线路的影响,且造价极高。近年来,随着数字视频压缩技术和基于ATM 的宽带综合业务数据网的迅速发展,图像传输也由模拟方式发展为数字传输,并广泛应用。上海轨道交通3 号线闭路电视监控图像传输系统采用数字图像远程传输,即ATM + H. 261 的方式。2 3 号线数字图像远程传输
2、的特点2. 1 不同的图像传输方式的特点 轨道交通闭路电视监控系统中车站数量多、图像传输距离长,且必须将车站图像信号不失真地传输至控制中心。在模拟传输过程中,视频信号对传输距离和转换环节的增加十分敏感,当传输距离大于1 000 m 时,信号易产生衰耗、畸变、群延时,易受干扰和噪声积累而使接收端图像质量下降。上海轨道交通1 号线(地铁1 号线) 图像采用光纤传输方式,各车站的视频信号经调频调制后合成为一路复合信号,经光纤、光发送器、光接收器完成图像实时传输; 每4 个车站为一组占用一根光纤,控制信号经PCM 通道传送。这种传输方式由于车站摄像机数量多,控制中心输出监视器数目较少,采用传统模拟视频监控方式以点对点进行图像传输时,大大增加了两端的视频调制和解调设备, 工程布线量极大,极不经济,且浪费大量的带宽。而采用数字方式传输视频信号则能克服模拟闭路电视图像传输的局限性,其优点是: (1) 可以多次再生中继,不会因距离的增加而引起噪声的积累; (2) 采用数字压缩编码技术,使图像信号在所需码率以下,仍保持一定的图像质量; (3) 采用数字的信道编码技术,信号不易受干扰; (4) 可以采用大
3、规模集成电路,制成的设备体积小、成本低、可靠性高,易于调试维修。2. 2 3 号线数字图像远程传输的特点 3 号线数字图像远程传输通过ATM 宽带异步传输方式,将车站的摄像机视频信号转化成数字压缩信号传输至控制中心。其所采用的视频压缩标准是H. 261(ITU -T) 。控制中心根据各调度发出的控制切换信号将输入的ATM 数字信号经光纤传输分配到指定的8 台监视器上。由于视频数据通信属于实时传输,必须实时处理,如实时压缩、解压像传输时由于数码率带宽太高,必须尽量减少其速缩、传输和同步,故数字视频远程监控系统具有实率,并在重现时尽量保持图像质量,故必须对视频时性、分布性和同步性的特点。其关键技术是视频信号进行压缩。例如,可视电话的视频信号不经压压缩技术和ATM 图像传输技术。缩,则需要140 Mbits 的速率,相当于2 000 路数字2. 2. 1 视频图像编码压缩标准电话;如压缩到64 kbits 时,只相当于1 路数字电视频图像具有真实、生动、直观的特点,但由于话。视频信息量巨大,所占用的频带较宽,通常一路模目前常用的视频编码压缩标准如表1 所示。拟彩色电视信号需占6 -8MHz
4、的模拟带宽。在图H. 261 是ITU -T 于1990 年通过的表1 常用的视频编码压缩标准“H. 261 3 64 kbits 视听业务用的视频编解码”标准,其中P = 1 ,2 , ?,30 。它将图像分解成非重叠的8 3 8 像素方块,采用离散余弦变换的正交变换(DCT) 的方法,主要是通过减少每帧图像时间上和空间上的冗余性和相关性信息来减少数据量。H. 261 适合在64384 kbits 的低带宽下传输实时视频图像。2. 2. 2 ATM 异步传输模式 ATM 异步传输模式是由CCITT(ITU -T 前身) 提出的实现宽带综合业务数字网(B -ISDN) 的核心技术。它是分组交换和电路交换的结合,既有分组交换时线路利用率高的特点,又具有电路交换时快速交换的优点。 ATM 不仅用于复用,也可用于交换。ATM 传送的信息以信元为单位,时隙安排非常灵活,带宽可动态分配。ATM 的工作方式是面向连接的, 采用统计复用方式,带宽将视当前的要求在不同的用户之间灵活分配,极大地提高了带宽利用率; 同时能保障不同业务的服务质量,如肯定的延迟,信息丢失率等。在远程图像监控系统中,视频业务需
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