無線圖像傳輸?shù)膽?yīng)用
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前言:截至到2014年的今天無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。本文分析了可用于無線圖像傳輸?shù)南嚓P(guān)接入技術(shù),并對(duì)實(shí)現(xiàn)方式作了簡要介紹。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(dòng)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(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,去掉傳輸過程中的開銷,實(shí)際有效速率為3.8 Mbit/s左右。后來制訂的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),其速率問題、安全問題、相互兼容問題值得進(jìn)一步研究。1.2--3.5 GHz頻段的無線接入系統(tǒng)3.5 GHz的無線接入系統(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?,F(xiàn)在存在的問題是帶寬不足,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,也就是說總的傳輸數(shù)據(jù)量為3 Mbit/s左右。對(duì)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5.8 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,現(xiàn)在比較成熟的是采用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)。5.8 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)成本過高,同時(shí)5.8 GHz頻段在部分地區(qū)面臨頻譜管制。1.4--5.8 GHz 無線傳輸專網(wǎng)iMAX點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線接入系統(tǒng)是典型的無線傳輸專網(wǎng),憑借其強(qiáng)大的非視距能力、高容量、長傳輸距離、先進(jìn)的加密以及QoS機(jī)制等優(yōu)秀特性,為用戶提供了一種增強(qiáng)型的寬帶無線接入解決方案。采用卓越的正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM),并且接收靈敏度高-92dbm,解決遠(yuǎn)距離視頻傳輸。1.5--26 GHz頻段的寬帶固定無線接入系統(tǒng)LMDS系統(tǒng)是典型的26 GHz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(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。
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(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。富士達(dá)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)來說,一般采用低傳輸幀率而保證傳輸?shù)那逦?,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)場圖像的實(shí)時(shí)傳輸速率,一個(gè)簡單的方案是采用多個(gè)CDMA網(wǎng)卡捆綁使用的方式,用來提高無線信道的傳輸速率?,F(xiàn)在市場上有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),現(xiàn)在全球已進(jìn)入部署階段,至今可以實(shí)現(xiàn)的有效速率達(dá)384 kbit/s,它將帶來移動(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)圖像傳輸來說幾乎是不可能的。