非视通无线视频传输系统在监控中的应用

    一、概述：

    视频监控系统是安全防范系统的组成部分。近五年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有长足的发展与进步。我国视频监控行业经过了四个发展阶段，分别为：视频监控模拟阶段；视频监控数字化智能阶段；视频监控IP化阶段；视频监控无线化阶段。每一个阶段的出现，都代表了我国视频监控行业前进的步伐，也展现出视频监控技术发展趋势。

    视频监控系统主要用于针对重要地点的监视和控制，包括远程地点的实时监控，视频监控系统已经从金融、银行、证券领域的安全监控拓展到水利、航运、零售、制造业、大型企业、治安、消防、小区安保、边防、机场、广场、交通、环境检测等众多领域，对于平安城市的建设，视频监控系统已成为首选的服务内容之一。在我国视频监控已经成为发展势头最为迅猛的产业，年产值过千亿，对国内的经济建设具有举足轻重的地位。

    当前国内安防业界普遍采用的数字化视频监控系统，是包含音视频输入采集单元，音视频编码压缩存储单元，管理控制单元，显示输出单元，网络传输管理单元，这几大部份均采用数字化的处理技术。它的另一特点是经过数字化处理的图像，可利用现有的网络技术，将现场图像传输到远端监控中心。因此数字化视频监控系统的两大技术核心就是图像压缩存储技术和网络传输技术，围绕这两种技术在视频监控系统中的广泛应用，视频监控系统迎来了发展的捷机。

    但是在很多的应用场所中，如：公安、消防、交警、人防应急、城管执法、银行押运、环保监控、消防应急、水利防汛、电力抢险、铁路抢险、海事执法、海监巡查、海关边防、码头监控、森林防火、油田防盗、军事侦察等,监控场所的环境又比较复杂，如海上、山地、矿井、地下室等，在这些复杂的环境下，无法实现有线网络架设，视频监控点和视频监控接收端又都处于移动的状态之下，或者一方在移动的状态下，视频监控点和接收端之间的距离都在500M－20KM的范围，这些特殊的环境，如何实现视频监控，是目前安防业界普遍关注的话题。

    安特视讯研发团队应用COFDM调制技术，使得在“高速运动中”和“非视通条件下”实现高质量实时图像和数据传输成为可能。Television移动多媒体传输系统采用了先进的COFDM调制解调技术、信道编解码技术，并结合数字图像压缩MPEG2／MPEG4等多媒体网络传输技术，能够在高速移动环境下实现视频、语音、数据等宽带多媒体业务的实时、同步传输。具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输数据率高、稳定性和可靠性突出等显著优点，为指挥、抢险、侦察、野外作战等应急通信提供远距离、高质量、高速率、无线实时传输的理想解决方案，广泛应用于公安、武警、消防、野战部队等军事部门和交通、海关、油田、矿山、水利、电力、金融等国家重要部门。

    二、系统特点和优势：

    COFDM即编码正交频分复用的简称，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。它的实用价值就在于支持突破视距限制的应用，是一种在无线电频谱资源方面充分利用的技术，可以对噪声和干扰有着很好的免疫力，绕射和穿透遮挡物是COFDM的技术核心。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。

    COFDM技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行。正是由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”，使得COFDM技术深受通信设备商的喜爱和欢迎。COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，COFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号撒播的地区、高速的数据传播的地方。

    COFDM技术在无线图像传输方面应用有以下独特的优势：

    1、非可视和有阻挡的环境中应用，卓越的“绕射”与“穿透”能力使得适合在城区、城郊、建筑物内实现无线图像实时传输

    传统的微波设备，必须在可视条件（既收发两点之间必须无阻挡）下才能建立无线链接通道，所以使用中受环境制约较大，需要提前考察应用环境，选择、测试收发点，调整天线的方向，架设天线的高度测算等，工作量非常大，也相当烦琐，不仅直接限制音视频的传输与接收，而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。

    COFDM无线图像设备则彻底改变了这种局面。因其多载波等技术特点，COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势，在城区、山地、建筑物内外等不能可视及有阻挡的环境中，该设备能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响或受环境影响小。系统采用全向天线，可以在最短的时间内架设无线传输链路，采集端和接收端也可以随意移动，不受方向的限制，系统简单、可靠，应用灵活。

    2、适合于高速移动中无线传输实时的图像，可在车辆、船舶、直升机等平台上使用

    微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN等设备因其技术体制的原因，无法独立实现采集端和接收端在高速的移动过程中实时传输图像。在车辆、船舶上应用微波和无线LAN等设备进行无线图像传输时，通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置，以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题，但是也仅仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输，并且图像常常会出现中断，严重影响传输接收的效果。工程复杂，可靠性降低，造价极高。

    但对于COFDM设备，它不需要任何附加装置，就可实现固定—移动，移动—移动间的使用，非常适合安装到车辆、船舶、直升机等移动平台上。不仅传输具有高可靠性，而且表现出很高的性价比。

    3、传输带宽高，适合高码流、高画质的音视频传输，图像码流一般可大于4Mbps高码流、高画质的音视频数据流对编码、信道速率要求十分高。一般的数字微波，扩频微波传输链路中，虽然采用MPEG-2编码，但信道多采用2M速率，如E1，使得解码后的图像分辨率可以达到720×576，但是图像压缩码流只有1M左右，无法满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要求。

   COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4Mbps。因此，可以传输MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码图像，接收端图像分辨率可达到720×576或720×480，码流可以在6M左右，接收后的图像质量接近DVD画质，完全可以满足接收端后期音视频分析、存储、编辑等具体的要求。

    4、在复杂电磁环境中，COFDM具备优异的抗干扰性能

    对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越，通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。在单载波系统中（如数字微波，扩频微波等），单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波COFDM系统中，仅仅有很小一部分子载波会受到干扰，并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错，确保传输的低误码率。

    三、系统传输结构

    根据系统传输结构特点，可以分为以下3类：点对点应用,点对多点应用和多点对多点应用

    1.点对点:使用一套Television系统，由一个前端发射系统和一个接收系统组成，这种应用最为广泛，大部分使用都是采用该结构。

图1点对点应用系统组成示意图

    2.点对多点

    点对多点应用一般有两种方式：

    •一发多收，即一点发多点收

    其实这种方式为点对点应用的延伸。一个发射前端只占有一个传输通道，接收系统由多个同频段接收机组成。

图2Television系统一发多收系统示意图

    •多发一收

    采用这种结构，必须采用频分方式，由多个不同频点的发射机组成前端发射系统，而接收系统则必须能接收到不同频段发射机传回来的信号。 

图3多发一收系统示意图

   3.多点对多点

    多点对多点，指的是由多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应用网络，系统比较复杂，成本较高。一个中等以上的城市采用多点对多点的网络结构，可以将多个部门的图像共享，传输多路图像。

图4多发多收系统示意图

    四.系统工作方式

    根据系统工作方式则可以分为下列五种方式应用：人到车,车到车,车到指挥中心,舰船、飞机到指挥中心和全城联网覆盖（移动基站覆盖方式）.

    1.人到车应用

    一般的，在某些部门使用Television系统，由工作人员携带前端设备，如军队的侦察人员、消防部门的消防和搜救队员已经公安部门的刑侦队员等，工作人员采用专用背架背负Television发射前端设备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场等）传到后方的指挥车或者直接传到指挥中心，这种应用方式主要是受到发射机功率的限制，因为人员携带设备在功耗和功率上都必须降低要求，对发射机的供电和天线的长度以及设备的体积和重量都要综合考虑，因此，传输距离较短。在城市环境同一水平面的街道上，我们通过测试得出的传输距离一般在有阻挡情况下可以达到1公里以上，最远能达到3公里。在城市环境同一水平面路面上，无阻挡情况下可以传输3公里以上，最远可以达到7公里。

图5发射前端到车载接收系统

    2.车到车应用

    车到车方式，一般在军队和公安等部门使用比较广泛，由于发射前端安装在机动车上，从而能够保证有正常的供电系统，可以在机动车上使用大功率发射机，从而提高传输距离，在城市环境同一路面，有阻挡情况下，最小传输距离可以达到2公里，最大传输距离可以达到4公里，在城市环境同一路面，无阻挡情况下，车到车之间的最小传输距离可以达到5公里，最大传输距离可以达到7公里。

    车载接收系统可以使用带升降杆和高增益全向天线结合的方式，接收天线的高度越高，传输距离越远，因此，车载接收系统使用车载天线也要尽可能的使用高增益天线，并尽可能使用大型车辆及升挂设备。

图6车载前端到车载接收系统

    3.车到指挥中心应用

    车到指挥中心，一般指的是发射前端安装在机动车上，而接收系统安装在指挥中心，这和车到车方式类似，但由于接收系统安装在指挥中心，也就有条件安装在比较高的位置上，这样，其覆盖范围大大提高。如果安装接收天线的高度达到100M，则在有楼群阻挡的情况下，Television无线高清晰度视频实时传输系统能够传输5－10公里，最远传输距离可以达到20公里。如果高度达到200米，则可以在有阻挡的情况下可以传输20公里，而在无阻挡的情况下，一般有效距离为50公里以上（视距传输），如果传输环境理想，最大可以传输100公里远。车到指挥中心这种工作方式，适合在大、中型城市使用，也可以作为一种中继方式使用，适合公安、消防指挥车等应用。

图7车载前端至指挥中心的通信方式

 4.舰船、飞机到指挥中心应用

    舰船、飞机到指挥中心和车到指挥中心类似，一般发射前端安装在舰船或飞机上，而接收系统安装在指挥中心。和车到指挥中心相比，飞机离地面较高，舰船水面空间较开阔，所以其传输环境建筑物遮挡相对较轻，同时飞机和舰船移动方向相对来说比较容易定位。所以结合定向高增益全向天线，其覆盖范围大大提高。如表4所示，可以分短距离、中距离和长距离三种覆盖范围。 

表：舰船、飞机到指挥中心的3种覆盖方式

    覆盖范围传输距离发射天线接收天线

    短距离2-5公里全向天线全向天线

    中距离到80公里全向天线定向高增益天线

    长距离到160公里或更高定向高增益天线定向高增益天线

图8舰船、飞机到指挥中心的通信方式

    5.全城联网覆盖应用（移动基站覆盖方式）

    所谓全城联网覆盖是采用以上介绍的点对点、点对多点和多点对多点组网方式，构造各个基站，然后结合微波中继、卫星中继、光纤和网络中继，以及差频中继，将各个基站连接到中心站，从而构造覆盖整个大城市、特大城市的无线移动视频监控。一个具体应用的例子如图9所示。

图9微波中继＋网络中继的城市覆盖示意图

    五、COFDM无线传输技术在视频监控中的应用

    采用COFDM技术的无线图像传输方案，具有良好的非视距传输和高速移动传输性能，能提供DVD质量的实时图像和声音。通过车载或便携式设备可灵活、迅速地将现场实况声像直接传输或通过转信台、光纤网等传输回至指挥中心。设备可与其他微波、卫星、光纤通信设备组建远距离链路，建设实用有效的图像传输系统。COFDM技术的无线图像传输设备主要应用环境为：城市建筑物阻挡环境，楼宇之间，建筑物内外，建筑物地下到地面之间；移动中使用；海上图像、空中图像传输等。是国内公安、部队、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海关、广播电视等行业在安全保卫、野战指挥、任务侦察、灾难救援、现场转播等任务中急需的高性能无线图像传输设备。

    北京安特视讯通信技术有限公司开发的无线图像实时传输监控系统，采用了COFDM技术，能够确保高速移动、抗衰落及多径干扰下的稳定传输与实时监控（移动速率可达180公里/小时），提供广播级DVD质量的高清晰图像，强大的非视距传输能力，非常适合称为难度极大的“峡谷通信”的城市阻挡环境应用，无须天线定向。产品具有如下特性：音视频数字化传输，实时图像传输，采集发射端体积小，机动性强，灵活方便，可手持使用，可加密传输，保密性好，链路传输距离可以达到10KM-50KM。

    Television系列产品广泛应用于公安、消防、交警、人防应急、城管执法、环保监控、消防应急、水利防汛、电力抢险、铁路抢险、海事执法、海监巡查、海关边防、码头监控、森林防火、油田防盗、军事侦察等领域,适合城区、海上、山地等多种复杂环境中高质量图像的实时移动传输与监控。