论文导读：在科技迅猛发展的今天，代表交通行业先进生产力的高速公路监控系统采用将传统视频模拟信号经过抽样、量化和编码成二进制数字信号，然后进行各种功能的处理、传输、存贮和记录的数字视频技术的方式处理信息相对于传统的模拟方式来说具有较大的优势及较高的性价比。视频压缩编码的理论基础是信息论。
关键词：高速公路，视频传输联网，压缩编码，关键技术
在科技迅猛发展的今天，代表交通行业先进生产力的高速公路监控系统采用将传统视频模拟信号经过抽样、量化和编码成二进制数字信号，然后进行各种功能的处理、传输、存贮和记录的数字视频技术的方式处理信息相对于传统的模拟方式来说具有较大的优势及较高的性价比。也就是实现了高速公路省域数字联网监控系统，但与此相关的如何在较窄的带宽上进行视频的可靠传输，又成为必须解决的问题。数字化的视频不经过压缩则占用的带宽太宽。
一、压缩编码技术的发展
视频压缩编码的理论基础是信息论。科技论文。压缩就是从时域、空域两方面去除冗余信息。压缩编码的目的就是要以尽量少的比特数表征图像，同时保持复原图像的质量，使它符合特定应用场合的要求。不同的图像编码技术的研究一直遵循着两条主线索不断的展开，一是对图像信源特性的不断认识:二是对人类视觉系统的不断认识。对两方面的不断深入研究，都推动着图像编码技术的进步。经过十多年的发展，图像编码技术经历了两代历程，即考虑图像信源统计特性的第一代图像编码技术和考虑人眼视觉特性及图像传递景物特征的第二代图像编码技术。
第一代图像编码技术以信息论和数字信号处理为理论基础，以Shannon的编码理论为指导的，充分利用了图像空域时域的相关性进行压缩编码，目的是去除图像信源数据中的相关性(数据冗余)。常见的有嫡编码、预测编码、变换编码和矢量编码等技术等已成为这类图像编码技术中的较成熟的经典技术。它们已被现行图像压缩编码标准所广泛采用。
第二代图像编码技术在利用人眼视觉特性及图像传递景物特征的基础上，结合了模式识别和计算机图像学的方法。它突破了信息论的框架，充分利用人的视觉心理特性和图像的各种特征对图像进行编码，可以获得很高的压缩比。近几年出现的小波变换和神经网络等新的编码方法已受到人们的高度关注。它们的最大特点就是引入了新的数学工具和理论，如小波理论、分形几何理论、神经网络理论和计算机视觉理论等。科技论文。新一代的图像编码技术主要有分形图像编码、基于神经网络(NN)的图像编码、模型编码和小波图像编码。
二、压缩编码的标准
国际上有很多图像压缩标准，目前比较流行的三类视频编码标准，主要用于会议电视的H.261/263标准，用于运动图像的M-JPEG标准和MPEG系列标准。其中MPEG是国际标准化组织ISO/IEC下的一个制定动态视频压缩编码标准，它为视频压缩编码技术的实用化作出了巨大贡献。MPEG又包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4三个正式国际标准。我们知道，衡量一种压缩技术的好坏的三个重要的指标如下:
1、压缩比要大。即压缩前后所需的信息存储量之比要大;
2、实现压缩的算法要简单，压缩、解压缩速度要快，尽可能做到实时压缩解:
3、恢复效果要好，要尽可能地恢复原始数据。
所以根据实际需求和应用才能准确衡量一个压缩技术的好坏。通过比较可以得出，适于高速公路远程图像监控的主要是MPEG系列。MPEG1主要应用于码率为1.2~2Mb/s的图像压缩，根据一些实践经验，其图像传输清晰度不能很好地满足高速公路图像传输的要求。而MPEG-2完全吸收了MPEG1所采用的压缩编码技术，同时性能加以扩展，涵盖了从常规图像到HDTV等非常宽范围内的视频压缩业务。主要应用于码率为4~20Mb/s的高清晰度图像编码，MPEG-2标准由于采用了帧内和帧间压缩方法，简单地讲是对每一幅图像，称之为帧，进行即用一定的算法对帧自身、以及相邻两帧之间的冗余部分进行去除。从而避免了将已有的信息再次传递给接收端，从而提高了压缩效率，降低了传输所需的网络带宽。另外采用MPEG-4压缩算法其实也是一个不错的选择，但是当前基于这种算法的都是软件的解决方案，没有适合的硬件压缩芯片，市场上暂时没有单机的图像传输编解码器，还有待进一步的发展完善。所以尽管对运动图像不断有新的压缩标准出现，但MPEG-2标准的优势在实用化方面己远远走在前面。综上可知目前MPEG-2图像压缩标准在图像质量和图像应用领域具有很大的优势。
三、视频编解码器
（一）视频编解码器结构
视频编解码器主要完成视频图像的编解码工作，用于实现为远端监控现场的视频图像的远程传输，并通过现有通信系统接口及通道对视频的编解码参数进行控制的设备。视频编码器为远端监控现场使用的视频压缩传输设备，视频解码器为监控中心使用的视频解压缩设备。科技论文。根据视频数字输出接口形式的不同，视频编解码器大致可以分为:NXEI接口和IP接口2种。
1、NXE1接口视频编解码器
这种视频编码器结构主要包括A/D转换模块、视频压缩模块、复用电路及多El反向复用电路。外部输入的模拟视频信号通过BNC接口接入A/D转换模块，将模拟视频信号转换成非压缩的视频数据。视频压缩模块将这些非压缩的视频数据，以M-JPEG或MPEG-2方式进行编码压缩，同时对语音信号进行编码。编码压缩后的数字图像信号、语音信号以及通过数据口接入的RS485控制信号和其他异步数据通过复用电路复用，然后再通过多E1反向复用电路复接到l-8个2M的E1接口上进行传输。
视频解码器结构主要包括D/A转换模块、视频解压缩模块和分接电路及多E1反向复用电路。对数据的处理过程为视频编码器的逆向处理。多E1反向复用电路从多个2M的E1接口上接收数据并进行分解，复原出数字图像信号、语音信号和数据，并以M-JPEG或MPEG-2的相应方式对数字图像信号进行解压缩，还原出模拟图像并输出。
采用多El传输方式可以充分利用己有SDH通信网的资源，灵活分配带宽，用户可根据网络资源和对图像的要求任意分配N个E1。一般情况下每路图像使用3-4个El即可，最多使用4个E1也就够了。由于El是SDH的标准接口，所以，在SDH通信体制下，使用简单、方便。
2、IP接口视频编解码器
IP接口视频编解码器在编码方式和内部结构上和NXEI接口视频编解码器基本相同，其差异主要是视频数据输入、输出接口。IP接口视频编解码器视频数据输入、输出接口采用10M以太网接口，满足TCP/IP协议。其最大视频带宽为8M，另外2M用于传输语音和数据。
(二)编、解码器之间互联
编、解码器之间互联既可通过E1接口，也可以通过10/100M以太网接口。这取决于通信系统所能提供的接口和所选用的编解码器的数字接口。互连方式一般采用编解码器一一对应的方式。在实际的应用过程中，数字图像所占用的带宽取决于对图像质量的要求。由于高速公路的图像主要是高速运行的汽车，为保证图像的连续性，防止拖尾和“马塞克”现象。数字图像所占用的带宽一般为6-8M.对采用NXEI接口编解码器，需要3-4个E1接口互连。对采用10M带宽的IP接口编解码器来说，1个IP接口只能传输一幅图像。
参考文献：
[1] 路林吉,吕新荣. 数字图像监控技术讲座 第一讲 概述[J]电子技术, 2001,(07) .
[2] 宋成柏. 港口视频监控系统解决方案探讨[J]中国港口, 2002,(07) .
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