高速公路监控系统图像传输分析
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摘 要 高速公路是我国运输的关键，它担负的运输量随着我国经济增长的同时也在不断增加。为了让车辆行驶更加安全和提高高速公路的使用率，我们必须使用先进的监控设备管理高速公路。随着计算机不断地发展，让数字化监控设备满足了我们对交通监控系统应用的要求，通过对行驶的车辆进行实时、快速的视频监控管理可以在最大的程度上提高管理的效率。本文依据监控系统使用的状况，对如何选择监控设备中传输介质还有压缩技术，以及图像传输的具体研究进行论述。
关键词 高速公路;监控;图像的传输
引言
在高速公路上监控系统是不可以缺少的系统。为了对车辆在高速上的行驶状况进行监控，大多数的摄像机会放在收费站和公路上面对交通状况进行监控，同时把监控的数据储存起来，为有可能会发生的交通事故及时处理提供技术上的保障。大多有以下的要求：确保高速公路无论发生怎样的状况都能够让车辆行驶，指挥车辆前行;对所有违反交通规则的车辆可以立刻进行图像抓拍;在管理处和信息处理的中心及时的反应每个站点里面车辆的多少和每天收费的情况，提交当天各项监控的数据。在高速公路监控的系统当中对图像的传输进行监控，尤其是从服务器到图像传输是监控系统当中最重要的地方，选好传输介质和图像压缩技术才能正常的传输图像，监控系统才能有很好的质量。
1 图像传输介质的选择
1.1 同轴电缆与同轴视频放大器
使用同轴电缆的好处是十分廉价、进行施工的时候比较容易。一般都使用在比较小的范围当中，因为需要传输的距离都不远，所以用同轴电缆进行传输对图像质量损伤程度最小，能够满足人们对监控设备实际的需要。但是，依据对同轴电缆的特点进行分析，在同轴电缆内信号传输的时候变弱和传输距离还有信号本身的频率大小有关系。信号本身的频率越高，就会变得越弱。视频信号的带宽特别大，并且图像的颜色被调制在较高的频率，在同轴电缆里面进行传输的视频信号不但全部都减弱了，同时，各频率减弱的程度也不一样，尤其是色彩减弱的程度最大。
所以，我们在使用同轴电缆的时候只能是在近距离传输图像当中，当需要传输的距离大约是200m的时候，图像的质量就会明显变得不好，颜色会变得比较暗，而且会发生失真的情况。如果我们想要把传输的距离变得更远，就必须使用同轴放大器。同轴放大器可以把信号进行放大和补偿通过均衡的调整，对频率不同的信号进行补偿，让接收端输出的信号尽量不失真。但是同轴放大器连接的个数有所限制，一般的时候在监控设备之中的同轴放大器不能超过3个，不然信号传输的质量就会变得不好，而且不好调整。所以，使用同轴电缆在监控设备中，为了保证图像清晰，一般使用的距离不超过500m。另外，同轴电缆在监控系统当中图像的质量还受到天气变化的影响，而且只能对视频信号进行传输，没有较强的抗干扰力等不足[1]。
1.2 双绞线与双绞线视频传输设备
双绞线本身有抗干扰能力很强、传输的距离比较远、很容易进行布线、价格十分便宜的优点，在许多的地方都得到了使用。由于双绞线传输会把信号的传输效果减弱，所以在距离比较远的传输过程当中，信号的频率不可以太高。对于视频信号，如果直接在双绞线里面进行传输，传输的效果十分不好。所以，在双绞线上的视频信号想进行更远距离的传输，就要有放大与补偿的过程，必须增加双绞线视频传输设备。加上两个双绞线视频的接收设备以后，可以把图像传输到1—2km。双绞线和双绞线视频传输设备的价格都很廉价，不会增添设备的成本支出，反而是在距离更远的情况下所需要的成本比较少。所以，监控设备中我们使用双绞线传输的信号更好。
1.3 光纤和光端机
使用光纤和光端机在监控系统当中主要是为了解决传输距离的问题和抵抗周围环境的干扰。双绞线和同轴的电缆只能解决比较小的区域图像传输问题，但是高速公路上的监控传输图像和信号的距离都很远，最远的时候达到了上百公里，所以必须使用光纤传输的方式。此外，对一些周围环境干扰特别强的地方，为了传输信号的时候不受到周围的影响，采取光纤传输的方式。光纤传输带带宽、容量特别大、不会受到电磁波的干扰，它基本不会受到外界的影响。光纤就能够传送监控当中的全部信号，传输的距离特别远。光端机能提供多路的图像接口，还可以提供双向的数据和音频接口，把它们全部集成在光纤上进行信号的传输。光端机为监控的系统提供了十分灵活的传输方式，传输信号的质量特别好而且传输时候稳定度高。最近几年，光纤通信技术正在蓬勃发展，光纤和光纤有关的东西都比较便宜，使得光纤监控系统需要的成本也大大降低了，所以光纤和光端机在监控系统当中得到了大规模的使用[2]。
在光纤中对监控的信号进行传输必须使用光端机，它主要是进行光和电之间的转换。有两种光端机分别是模拟光端机和数字光端机。
（1）模拟光端机是现在使用数量最多的光端机。它采用了PFM调制解调器的技术可以实时的传输图像信号。通过发射端把模拟信号进行PFM调制，然后在电—光之间转换，光信号传到接收那端以后，在把光—电之间转换，再进行解调，复原传过来的视频信号。由于使用了PFM调制技术，其传输的距离远的时候能够达到了几百公里。而且，图像信号传输后基本不会发生失真的情况。模拟光端机采用了波分复用技术，它能在一根光纤上实现信号的双向传输，这样才能够满足监控工程当中的要你去。但模擬光端机有一些不足：生产模拟光端机的企业很少;难以实现光纤多路的图像传输;模拟光端机在一根光纤上最多只能传输4路图像;它使用了模拟的调制和解调的技术，传输的效果不够稳定，在时间不断增加和周围环境的改变的情况下，光端机的性能也会发生变化。
（2）数字光端机。它主要的功能是用来对图像进行压缩的光端机，一般使用MPEC图像压缩技术，它能够将正在活动的图像进行压缩成数据流通过光纤传输。这样在最大的程度上减小了信号传输的带宽，只需要占据少量的空间就能传输信号。同时，由于使用的是标准的接口，可以使用现有的传输设备当中没有被使用的通道传输图像，为工程带来便利。 数字光端机主要的优点是：它采用了数字化的技术，提高了图像进行传输时候的清晰程度;使用了集成电路和数字化的技术，从而确保了监控设备工作的可靠性和稳定性;有利于多种信号集成到一起，然后通过光纤进行信号的传输。
数字图像光端机使用了比较新的技术，在监控工程当中目前使用的时间还比较短，现在大部分都是用多路图像的传输，主要是因为目前制造这种光端机的企业很少，价格比模拟光端机贵。但是，由于数字图像光端机优点比较突出，使用之后能减少成本，模拟图像光端机发展的特别快[3]。
2 图像压缩方式的选择
在监控系统里主要有视频信号和音频信号。而视频和音频等信号进行传输的时候占用的资源都特别多，所以必须进行压缩。高速公路上需要监控的图像都是车辆行驶的过程，他们全都是动态的，所以选择MPEG压缩的标准。MPEG压缩标准现在有MPEG1、MPEG2、MPEG4和MPEG7[4]。
2.1 MPEG1和MPEG2
在1933年的时候为了工业级别标准设计并发布了MPEG1，它可以适合不同带宽的设备，比如CD—ROM，CD，它是针对SIF标准分辨率的图像进行压缩，传输的速率是1.5Mb/s，质量的级别很高。在1994年的时候制定了MPEG2，为高级工业标准的图像质量和传输速率设计而来的。MPEG2提供的传输率在3Mb/s—10Mb/s之间，它处理作为DVD指定的标准以外，还可以用做广播、有线电视、微型直播、网络电缆提供数字视频。MPEG2还有一个特点是可以提供范围比较广的改变压缩比，适应不同的画面质量、存储的容量和带宽的规定[5]。
2.2 适合监控领域的监控技术MPEG4
MPEG4使用很窄的带宽，利用帧重建的技术，进行对数据的压缩和传输，达到用最少的数据获得最好的图像质量的目的。它根据对图像空间和时间的特点改变压缩的方法，可以获得更大的压缩比例和更清晰的图像质量。它主要针对窄带进行传输和对信号进行高质量的压缩。因此，根据MPEG4使用的具体场景和面向贷款设计的特点，使用它十分适合视频监控的领域。主要体现在以下的几个方面。首先是节省储存的空间。使用MPEG4需要的空间是MPEG1的十分之一。另外，MPEG4可以根据场景的改变而自己调整具体的压缩方法，所以能对静止和运动的物体都能保证图像的质量，是更加有效的视频编码方式;MPEG4的图像质量更高。它的分辨率达到了720×576，十分接近了DVD的效果。它对网路传输带宽的要求比较低。因为它的压缩比是同样质量MPEG1的10倍，所以进行传输后只需要占用带宽是同样质量MPEG1的10分之一。一样的画质，MPEG4需要更窄的带宽[6]。
3 结束语
随着高速公路的不断发展和完善，高速公路中的监控系统将会大范围的进行使用，将会有更好进行图像传输的设备和更先进的技术应用在监控系统中。
参考文献
[1] 田竞辰.关于不同图像传输方式与高速公路监控分析[J].科技创新导报，2014，11（06）：80.
[2] 陈然.贵州高速公路闭路电视监控系统图像传输技术[J].中国交通信息化，2012，（06）：84-85.
[3] 姬舒平，朱江能.高速公路闭路电视监控系统中图像传输控制方式的研究[J].工业控制计算机，2002，（04）：52-54.
[4] 于凡.節能环保型高速公路监控系统图像传输方式应用初探[J].公路交通科技（应用技术版），2010，6（10）：337-339.
[5] 周洲，周林英.高速公路视频监控系统传输方式的选择[J].交通企业管理，2014，29（09）：6-8.
[6] 吴剑辉. 基于高清卡口的高速公路综合监控系统应用研究[D].广州：华南理工大学，2013.
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