無線圖像傳輸技術及應用介紹
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關鍵詞 無線圖像傳輸 壓縮方式
1.固定點的圖像監控傳輸系統
無線圖像傳輸系統從應用層面來說分為兩大類，一是固定點的圖像監控傳輸系統，二是移動視頻圖像傳輸系統。
固定點的無線圖像監控傳輸系統，主要應用在有線閉路監控不便實現的場合，比如港口碼頭的監控系統、河流水利的視頻和數據監控、森林防火監控系統、城市安全監控等。下面按頻段由低到高對不同的圖像傳輸技術進行介紹。
1.12.4GHzISM頻段的多種圖像傳輸技術
2.4GHz的圖像傳輸設備采用擴頻技術，有跳頻和直擴兩種工作方式。跳頻方式速率較低，吞吐速率在2Mbit/s左右，抗干擾能力較強，還可采用不同的跳頻序列實現同址復用來增加容量。直擴方式有較高的吞吐速率，但抗干擾性能較差，且多套系統同址使用受限制。
2.4GHz圖像傳輸可基于IEEE802.11b協議，傳輸速率為11Mbit/s，去掉傳輸過程中的開銷，實際有效速率為3.8Mbit/s左右。后來制訂的IEEE802.11g標準，速率上限達到54Mbit/s，該標準互通性高，點對點可傳輸幾路MPEG-4的壓縮圖像。
應用在2.4GHz頻段的還有藍牙技術、HomeRF技術、MESH、微蜂窩技術等。隨著應用范圍的逐漸擴大，2.4GHZ這個頻段處于滿負荷工作狀態，其速率問題、安全問題、相互兼容問題值得進一步研究。
1.23.5GHz頻段的無線接入系統
3.5GHz的無線接入系統是一種點對多點微波通信技術，采用FDD雙工方式，用16QAM、64QAM調制方式，基于DOCSOS協議。其工作頻段相對較低，電波自由空間損耗小，傳播雨衰性能好，接入速率足夠高，且設備成本相對較低。該系統具有相對良好的覆蓋能力，通常達到5km～10km，適合地縣市級單位低價位、較大面積覆蓋的應用場合;還可與WLAN、LMDS互為補充，形成覆蓋面積大小配合、用戶密度稀密配合的多層運行的有機互補模式。目前存在的問題是帶寬不足，只有上下行各30MHz，難以大規模使用。
1.35.8GHzWLAN產品
5.8GHz的WLAN產品采用正交頻分復用技術，在此頻段的WLAN產品基于IEEE802.11a協議，傳輸速率可以達到54Mbit/s。根據WLAN的傳輸協議，在點對點應用的時候，有效速率為20Mbit/s;點對六點的情況下，每一路圖像的有效傳輸速率為500kbit/s左右，也就是說總的傳輸數據量為3Mbit/s左右。對于無線圖像的傳輸而言，基本上解決了“高清晰度數字圖像在無線網絡中的傳輸”問題，使得大范圍采用5.8GHz頻段傳輸數字化圖像成為現實，尤其適用于城市安全監控系統。
WLAN傳輸監控圖像，目前比較成熟的是采用MPEG-4圖像壓縮技術。這種壓縮技術在500kbit/s速率時，壓縮后的圖像清晰度可以達到1CIF(352×288像素)～2CIF。在2Mbit/s的速率情況下，該技術可以傳輸4CIF（702×576像素，DVD清晰度）清晰度的圖像。采用MPEG-4壓縮以后的數字化圖像，經過無線信道傳輸，配合相應的軟件，很容易實現網絡化、智能化的數字化城市安全監控系統。
5.8GHz頻段的WLAN產品空中接力不好，點對點連接很不經濟，不適合小型設備，技術成本過高，同時5.8GHz頻段在部分地區面臨頻譜管制。
1.426GHz頻段的寬帶固定無線接入系統
LMDS系統是典型的26GHz無線接入系統，采用64QAM、16QAM和QPSK三種調制方式。LMDS具有更大的帶寬以及雙向數據傳輸能力，可提供多種寬帶交互式數據以及多媒體業務，解決了傳統本地環路的瓶頸問題，能夠滿足高速寬帶數據、圖像通信以及寬帶internet業務的需求。LMDS系統覆蓋范圍3公里～5公里，適用于城域網。由于世界各國對LMDS的工作頻段規劃不同，所以其兼容性較差、雨衰性能差，成本也較高。
綜上所述，對于城市數字化監控系統，采用2.4GHz以上的WLAN技術作為固定點的圖像傳輸是完全可行的，也是發展的趨勢。
2.移動視頻圖像傳輸系統
除了對固定點的圖像監控的需求外，移動圖像傳輸的需求也相當旺盛。移動視頻圖像傳輸，廣泛用于公安指揮車、交通事故勘探車、消防武警現場指揮車和海關、油田、礦山、水利、電力、金融、海事，以及其它的緊急、應急指揮系統，主要作用是將現場的實時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，提高決策的準確性和及時性，提高工作效率。下面就移動視頻圖像傳輸采用公網和專用技術兩種情況作相關介紹。
2.1利用CDMA、GPRS公眾移動網絡傳輸圖像
CDMA無線網絡的移動傳輸技術具有很多優點:保密性好、抗干擾能力強、抗多徑衰落、系統容量的配置靈活、建網成本低等。CDMA采用MPEG-4壓縮方式，用MPEG-4的CIF格式壓縮圖像，可以達到每秒2幀左右的速率;如果將圖像調整到QCIF格式，則可以達到每秒10幀以上。但是，對于安全防范系統來說，一般采用低傳輸幀率而保證傳輸的清晰度，因為只有CIF以上的圖像清晰度才可以滿足調查取證的需要。如果希望進一步提高現場圖像的實時傳輸速率，一個簡單的方案是采用多個CDMA網卡捆綁使用的方式，用來提高無線信道的傳輸速率。目前市場上有2～3個網卡捆綁方式的路由器，增加網卡的代價是增加設備成本和使用成本。隨著視頻壓縮技術的不斷發展，單個網卡上3～4幀/秒圖像傳輸速率是可以實現的，如果每秒鐘可以傳輸3～4幀CIF格式的圖像，可以滿足一般移動公共交通設施的安全監控的要求。
GPRS是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，支持特定的點對點和點對多點服務，以“分組”的形式傳送數據。GPRS峰值速率超過100kbit/s，網絡容量只在所需時分配，這種發送方式稱為統計復用。GPRS最主要的優勢在于永遠在線和按流量計費，不用撥號即可隨時接入互聯網，隨時與網絡保持聯系，資源利用率高。
還有一種可以期待的選擇是3G系統，目前全球已進入部署階段，目前可以實現的有效速率達384kbit/s，它將帶來移動視頻傳輸系統革命性的進步。但需要注意的是，即使速率提高了很多，也不要認為所有的移動交通設施可以同時將圖像傳輸回監控中心，因為同時概念對于公網圖像傳輸來說幾乎是不可能的。
2.2用于應急突發事件的專用圖像傳輸技術
對于一些應急指揮中心的圖像傳輸系統，往往要求將突發事件現場的圖像傳輸回指揮中心。例如遇到重大自然災害，水災、火災現場，群眾的大型集會和重要安全保衛任務現場等。這類應急圖像傳輸系統不宜使用公眾網絡傳輸，最好采用專業的移動圖像傳輸設備。但目前我國對此尚未專門規劃頻率。可用于移動視頻圖像傳輸的技術有以下幾種。
2.2.1WiMAX
WiMAX是點對多點的寬帶無線接入技術，WiMAX采取了動態自適應調制、靈活的系統資源參數及多載波調制等一系列新技術，并兼具較高速率傳輸能力(可達70Mbit/s～100Mbit/s)及較好的QoS與安全控制。WiMAX802.16e覆蓋范圍可以達到1～3英里，主要定位在移動無線城域網環境。然而802.16e獲得足夠的全球統一頻率存在一定難度，且建設成本和設備價格較高。
2.2.2無線網格（MESH）技術
無線“網格（MESH）”技術，可以實現較近范圍內的高速數據通信。利用2.4GHz頻段，有效帶寬可以達到6Mbit/s，這種技術鏈路設計簡單、組網靈活、維護方便。
3.結束語
對于固定無線圖像傳輸，我們可以采用成本較低的WLAN技術產品;對移動視頻圖像傳輸可以采用公眾移動網絡或專用無線圖像傳輸技術。我們希望有更多的同行能再進一步關注無線圖像傳輸問題，以促進該行業的發展。
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