無(wú)線圖像傳輸技術(shù)及應(yīng)用介紹

摘 要

目前無(wú)線圖像傳輸尚未形成典型的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方式也多種多樣。分析了可用于無(wú)線圖像傳輸?shù)南嚓P(guān)接入技術(shù)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)方式作了簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞

無(wú)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(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)從應(yīng)用層面來(lái)說(shuō)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(dòng)視頻圖像傳輸系統(tǒng)。

　　固定點(diǎn)的無(wú)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(chǎng)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(duì)不同的圖像傳輸技術(shù)進(jìn)行介紹。

　　1.1 2.4 GHz ISM頻段的多種圖像傳輸技術(shù)

　　2.4 GHz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2 Mbit/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(lái)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。

　　2.4 GHz圖像傳輸可基于IEEE802.11b協(xié)議，傳輸速率為11 Mbit/s，去掉傳輸過(guò)程中的開(kāi)銷，實(shí)際有效速率為3.8 Mbit/s左右。后來(lái)制訂的IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)，速率上限達(dá)到54 Mbit/s，該標(biāo)準(zhǔn)互通性高，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)可傳輸幾路MPEG-4的壓縮圖像。

　　應(yīng)用在2.4 GHz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，2.4 GHZ這個(gè)頻段處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，其速率問(wèn)題、安全問(wèn)題、相互兼容問(wèn)題值得進(jìn)一步研究。

　　1.2 3.5 GHz頻段的無(wú)線接入系統(tǒng)

　　3.5 GHz的無(wú)線接入系統(tǒng)是一種點(diǎn)對(duì)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(duì)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(duì)較低。該系統(tǒng)具有相對(duì)良好的覆蓋能力，通常達(dá)到5 km～10 km，適合地縣市級(jí)單位低價(jià)位、較大面積覆蓋的應(yīng)用場(chǎng)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(wèn)題是帶寬不足，只有上下行各30 MHz，難以大規(guī)模使用。

　　1.3 5.8 GHz WLAN產(chǎn)品

　　5.8 GHz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54 Mbit/s。根據(jù)WLAN的傳輸協(xié)議，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用的時(shí)候，有效速率為20 Mbit/s;點(diǎn)對(duì)六點(diǎn)的情況下，每一路圖像的有效傳輸速率為500 kbit/s左右，也就是說(shuō)總的傳輸數(shù)據(jù)量為3 Mbit/s左右。對(duì)于無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸”問(wèn)題，使得大范圍采用5.8 GHz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500 kbit/s速率時(shí)，壓縮后的圖像清晰度可以達(dá)到1CIF(352×288像素)～2CIF。在2 Mbit/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(guò)無(wú)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)。

　　5.8 GHz頻段的WLAN產(chǎn)品空中接力不好，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接很不經(jīng)濟(jì)，不適合小型設(shè)備，技術(shù)成本過(guò)高，同時(shí)5.8 GHz頻段在部分地區(qū)面臨頻譜管制。

　　1.4 26 GHz頻段的寬帶固定無(wú)線接入系統(tǒng)

　　LMDS系統(tǒng)是典型的26 GHz無(wú)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(wèn)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(guó)對(duì)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(duì)于城市數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，采用2.4 GHz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(shì)。

　　2.移動(dòng)視頻圖像傳輸系統(tǒng)

　　除了對(duì)固定點(diǎn)的圖像監(jiān)控的需求外，移動(dòng)圖像傳輸?shù)男枨笠蚕喈?dāng)旺盛。移動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)的實(shí)時(shí)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(shí)性，提高工作效率。下面就移動(dòng)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像

　　CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)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(duì)于安全防范系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般采用低傳輸幀率而保證傳輸?shù)那逦�度，因�(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(chǎng)圖像的實(shí)時(shí)傳輸速率，一個(gè)簡(jiǎn)單的方案是采用多個(gè)CDMA網(wǎng)卡捆綁使用的方式，用來(lái)提高無(wú)線信道的傳輸速率。目前市場(chǎng)上有2～3個(gè)網(wǎng)卡捆綁方式的路由器，增加網(wǎng)卡的代價(jià)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(gè)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(dòng)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(wú)線分組交換技術(shù)，支持特定的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)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(guò)100 kbit/s，網(wǎng)絡(luò)容量只在所需時(shí)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(shì)在于永遠(yuǎn)在線和按流量計(jì)費(fèi)，不用撥號(hào)即可隨時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)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)384 kbit/s，它將帶來(lái)移動(dòng)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(dòng)交通設(shè)施可以同時(shí)將圖像傳輸回監(jiān)控中心，因?yàn)橥瑫r(shí)概念對(duì)于公網(wǎng)圖像傳輸來(lái)說(shuō)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)，群眾的大型集會(huì)和重要安全保衛(wèi)任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)圖像傳輸設(shè)備。但目前我國(guó)對(duì)此尚未專門規(guī)劃頻率�？捎糜谝苿�(dòng)視頻圖像傳輸?shù)募夹g(shù)有以下幾種。

　　2.2.1 WiMAX

　　WiMAX是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，WiMAX采取了動(dòng)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)70 Mbit/s～100 Mbit/s)及較好的QoS與安全控制。WiMAX 802.16e覆蓋范圍可以達(dá)到1～3英里，主要定位在移動(dòng)無(wú)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(jià)格較高。

　　2.2.2 無(wú)線網(wǎng)格（MESH）技術(shù)

　　無(wú)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2.4 GHz頻段，有效帶寬可以達(dá)到6 Mbit/s，這種技術(shù)鏈路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便。

　　3.結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)于固定無(wú)線圖像傳輸，我們可以采用成本較低的WLAN技術(shù)產(chǎn)品;對(duì)移動(dòng)視頻圖像傳輸可以采用公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ脽o(wú)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(wú)線圖像傳輸問(wèn)題，以促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。