摘要:以长春轻铁为例,介绍了机道交通中数字图像在通信网中的传输,特别是MPEG-2压缩技术和A TM技术在系统中的成功应用实践证明,MPEG-2作为一种高效的低带宽、低损失的全运动视须数据压缩方案,完全可以用于轨道交通中的视须压缩;ATM网络,具有的可靠性高、高效率、低容量交换、面向连接和Q0S管理的特性,又为数字视频监控提供了理想承载网络。关键词:MPEG-2一一运动图像压缩标准II A TM一一异步传输模式
轨道交通不仅能有效改善城市的交通环境,而且还有助于城市建设和经济的发展。为了保证建成后的轨道交通设施能安全、高效地运营,就必须建立可靠的、易扩充的、独立的通信网,以传输和处理轨道交通运营所需的各种信息。该通信系统是集交换和传输为一体的综合业务网络,能够迅速谁确、可靠地传送各种运营管理信息。轻轨信号及传输系统包括:视频监控系统、BAS系统、AFC系统、SCADA系统、广播系统等。视频监控系统因其图像质量直观性和对轻轨安个运行的影响,成为衡量轩轨信号及传输系统性能的项重要指标。
以往轨道交通系统的图像传输大多采用模拟线缆传输的方式,对距离卜分敏感,当传输距离大于1 000 m时,信号容易产生衰耗、畸变、群延时,并且易受干扰,使图像质量下降;其次,有线模拟视频监控无法联网,只能以点对点的方式监视现场,井且使得布线工程量极大,不便于系统的维护和升级。为了解决此问题,需增加大量的信号放大和切换设备,这增加了系统的复杂度和故障点。
在长春轻轨中,我们采用了ATM(Asynchronoustransfcr Modc)网络,它先进的带宽利用功能可以高效地传送大型复杂的视频数据包。结合使用MPEG-2压缩技术,可以在保证完整性和服务质量(Qos)的同时,高效地在ATM上传送数字图像媒体。
1 视频编码技术和传输技术
1 .1 图像压缩技术
现今图像的编码技术主要有两大类:一种是由移动图像专家组开发的MPEG系列标准(包括MPEG-1,MPEG-2, MPEG-7),另一种是由静态图像专家组开发的JPEG标准(包括JPEG和在此基础上发展出的MJPEG及JPEG2000)。MPEG系列标准和JPEG标准还原图像质量大致相同,但对图像的压缩比不同。JPEG标准对传输带宽要求较高,这是因为JPEG采用逐帧的帧内编码;而MPEG采用帧内编码帧(I帧)、单向顶预测帧(P帧)和双向预测帧(B帧)相结合的编码方式。因为JPEG标准的这种逐帧处理和传输带宽需求较高的特性,所以JPEG编码方式经常在电视台电视韦目的前期处理中得到应用,而MPEG编码方式经常被用于运动图像和电视节目的传输。
根据长春轻轨的实际情况,我们在视频监控系统中采用了MPEG-2编码方式。这是因为MPEG-2标准是MPEG系列标准中一种算法成熟、具有高效率、可发布高质量和全运动视频数据的压缩标准。MPEG-2既具有比前期发布的MPEG-1高一倍的图像分辨率(720x576),又不像以后发布的MPEG-4存在许多算法的不确定性。其对图像的压缩比如下:全运动、数字化非压缩视频大约需要270 M bps的数据传输速率,而MPEG一2在感觉不到质量损失的情况下,可以将视频传输速率需求降低到4-6 Mbps。所以,普通传输专网可满足其带宽要求。
MPEG-2标准的其体标准系列见图1。2 实际应用
长春轻铁一期工程全长14.6 km,设有芙蓉桥、朝阳桥等17个站点;整个网络为155 Mbps的ATM环形网络,除图像业务外,整个网络上还有电话业务、数据业务等。
系统拓扑图如图2所示。