① 无线图像传输的无线图像传输技术及应用

前言：截至到2014年的今天无线图像传输尚未形成典型的产业化发展模式，实现的技术方式也多种多样。本文分析了可用于无线图像传输的相关接入技术，并对实现方式作了简要介绍。 无线图像传输系统从应用层面来说分为两大类，一是固定点的图像监控传输系统，二是移动视频图像传输系统。
固定点的无线图像监控传输系统，主要应用在有线闭路监控不便实现的场合，比如港口码头的监控系统、河流水利的视频和数据监控、森林防火监控系统、城市安全监控等。下面按频段由低到高对不同的图像传输技术进行介绍。
1.1--2.4 GHz ISM频段的多种图像传输技术
2.4 GHz的图像传输设备采用扩频技术，有跳频和直扩两种工作方式。跳频方式速率较低，吞吐速率在2 Mbit/s左右，抗干扰能力较强，还可采用不同的跳频序列实现同址复用来增加容量。直扩方式有较高的吞吐速率，但抗干扰性能较差，且多套系统同址使用受限制。
2.4 GHz图像传输可基于IEEE802.11b协议，传输速率为11 Mbit/s，去掉传输过程中的开销，实际有效速率为3.8 Mbit/s左右。后来制订的IEEE802.11g标准，速率上限达到54 Mbit/s，该标准互通性高，点对点可传输几路MPEG-4的压缩图像。
应用在2.4 GHz频段的还有蓝牙技术、HomeRF技术、MESH、微蜂窝技术等。随着应用范围的逐渐扩大，2.4 GHZ这个频段处于满负荷工作状态，其速率问题、安全问题、相互兼容问题值得进一步研究。 5.8 GHz的WLAN产品采用正交频分复用技术，在此频段的WLAN产品基于IEEE802.11a协议，传输速率可以达到54 Mbit/s。根据WLAN的传输协议，在点对点应用的时候，有效速率为20 Mbit/s;点对六点的情况下，每一路图像的有效传输速率为500 kbit/s左右，也就是说总的传输数据量为3 Mbit/s左右。对于无线图像的传输而言，基本上解决了“高清晰度数字图像在无线网络中的传输”问题，使得大范围采用5.8 GHz频段传输数字化图像成为现实，尤其适用于城市安全监控系统。
WLAN传输监控图像，现在比较成熟的是采用MPEG-4图像压缩技术。这种压缩技术在500 kbit/s速率时，压缩后的图像清晰度可以达到1CIF(352×288像素)～2CIF。在2 Mbit/s的速率情况下，该技术可以传输4CIF（702×576像素，DVD清晰度）清晰度的图像。采用MPEG-4压缩以后的数字化图像，经过无线信道传输，配合相应的软件，很容易实现网络化、智能化的数字化城市安全监控系统。
5.8 GHz频段的WLAN产品空中接力不好，点对点连接很不经济，不适合小型设备，技术成本过高，同时5.8 GHz频段在部分地区面临频谱管制。 LMDS系统是典型的26 GHz无线接入系统，采用64QAM、16QAM和QPSK三种调制方式。LMDS具有更大的带宽以及双向数据传输能力，可提供多种宽带交互式数据以及多媒体业务，解决了传统本地环路的瓶颈问题，能够满足高速宽带数据、图像通信以及宽带internet业务的需求。LMDS系统覆盖范围3公里～5公里，适用于城域网。由于世界各国对LMDS的工作频段规划不同，所以其兼容性较差、雨衰性能差，成本也较高。
综上所述，对于城市数字化监控系统，采用2.4 GHz以上的WLAN技术作为固定点的图像传输是完全可行的，也是发展的趋势。 CDMA无线网络的移动传输技术具有很多优点:保密性好、抗干扰能力强、抗多径衰落、系统容量的配置灵活、建网成本低等。CDMA采用MPEG-4压缩方式，用MPEG-4的CIF格式压缩图像，可以达到每秒2帧左右的速率;如果将图像调整到QCIF格式，则可以达到每秒10帧以上。但是，对于安全防范系统来说，一般采用低传输帧率而保证传输的清晰度，因为只有CIF以上的图像清晰度才可以满足调查取证的需要。如果希望进一步提高现场图像的实时传输速率，一个简单的方案是采用多个CDMA网卡捆绑使用的方式，用来提高无线信道的传输速率。现在市场上有2～3个网卡捆绑方式的路由器，增加网卡的代价是增加设备成本和使用成本。随着视频压缩技术的不断发展，单个网卡上3～4帧/秒图像传输速率是可以实现的，如果每秒钟可以传输3～4帧CIF格式的图像，可以满足一般移动公共交通设施的安全监控的要求。
GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，支持特定的点对点和点对多点服务，以“分组”的形式传送数据。GPRS峰值速率超过100 kbit/s，网络容量只在所需时分配，这种发送方式称为统计复用。GPRS最主要的优势在于永远在线和按流量计费，不用拨号即可随时接入互联网，随时与网络保持联系，资源利用率高。
还有一种可以期待的选择是3G系统，现在全球已进入部署阶段，至今可以实现的有效速率达384 kbit/s，它将带来移动视频传输系统革命性的进步。但需要注意的是，即使速率提高了很多，也不要认为所有的移动交通设施可以同时将图像传输回监控中心，因为同时概念对于公网图像传输来说几乎是不可能的。 无线“网格（MESH）”技术，可以实现较近范围内的高速数据通信。利用2.4 GHz频段，有效带宽可以达到6 Mbit/s，这种技术链路设计简单、组网灵活、维护方便。
对于固定无线图像传输可以采用成本较低的WLAN技术产品；对于移动视频图像传输可以采用公众移动网络或专用无线图像传输技术。富士达们希望有更多的同行能再进一步关注无线图像传输问题，以促进该行业的发展。

② 网络传输方式的种类

网络传输方式的种类:

1、视频基带传输：
最为传统的电视监控传输方式，对0～6MHz视频基带信号不作任何处理;
通过同轴电缆(非平衡)直接传输模拟信号;
优点是：短距离传输图像信号损失小，造价低廉，系统稳定;
缺点：传输距离短，300米以上高频分量衰减较大，无法保证图像质量;
一路视频信号需布一根电缆，传输控制信号需另布电缆;其结构为星形结构;
布线量大、维护困难、可扩展性差，适合小系统;

2、光纤传输：
常见的有模拟光端机和数字光端机，是解决几十甚至几百公里电视监控传输的;
最佳解决方式，通过把视频及控制信号转换为激光信号在光纤中传输;
优点是：传输距离远、衰减小，抗干扰性能好，适合远距离传输;
缺点是：对于几公里内监控信号传输不够经济;光熔接及维护需专业技术人员;
及设备操作处理，维护技术要求高，不易升级扩容;

3、网络传输：
是解决城域间远距离、点位极其分散的监控传输方式;
采用MPEG2/4、H.264音视频压缩格式传输监控信号;
优点是：采用网络视频服务器作为监控信号上传设备，只要有Internet网络的地方;
安装上远程监控软件就可监看和控制;
缺点是：受网络带宽和速度的限制，目前的ADSL只能传输小画面、低画质的图像;
每秒只能传输几到十几帧图像，动画效果十分明显并有延时，无法做到实时监控;

4、微波传输：
是解决几公里甚至几十公里不易布线场所监控传输的解决方式之一;
采用调频调制或调幅调制的办法，将图像搭载到高频载波上;
转换为高频电磁波在空中传输;
优点是：综合成本低，性能更稳定，省去布线及线缆维护费用;
可动态实时传输广播级图像，图像传输清晰度不错，而且完全实时;组网灵活;
可扩展性好，即插即用;维护费用低;
缺点是：由于采用微波传输，频段在1GHz以上，常用的有L波段(1.0～2.0GHz);
S波段(2.0～3.0GHz)、Ku波段(10～12GHz)，传输环境是开放的空间;
在大城市使用，无线电波比较复杂，相对容易受外界电磁干扰;微波信号为直线传输;
中间不能有山体、建筑物遮挡;如果有障碍物，需要加中继加以解决;
Ku波段受天气影响较为严重，尤其是雨雪天气会有比较严重的雨衰现象;
不过现在也有数字微波视频传输产品，抗干扰能力和可扩展性都提高不少;

5、双绞线传输(平衡传输)：
也是视频基带传输的一种，将75Ω的非平衡模式转换为平衡模式来传输的;
是解决监控图像1Km内传输，电磁环境相对复杂、场合比较好的解决方式;
将监控图像信号处理通过平衡对称方式传输;
优点是：布线简易、成本低廉、抗共模干忧性能强;
缺点是：只能解决1Km以内监控图像传输，而且一根双绞线只能传输一路图像;
不适合应用在大中型监控中;双绞线质地脆弱抗老化能力差;
不适于野外传输;双绞线传输高频分量衰减较大，图像颜色会受到很大损失;

6、宽频共缆传输：视频采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等技术;
将数十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输;
优点是：充分利用了同轴电缆的资源空间，三十路音视频;
及控制信号在同一根电缆中双向传输、实现“一线通”;
施工简单、维护方便，大量节省材料成本及施工费用;
频分复用技术解决远距传输点位分散，布线困难监控传输问题;
射频传输方式只衰减载波信号，图像信号衰减比较小，亮度、色度传输同步嵌套;
保证图像质量达到4级左右;采用75Ω同轴非平衡方式传输使其具有很强抗干扰能力;
电磁环境复杂场合仍能保证图像质量;
缺点是：采用弱信号传输，系统调试技术要求高，必须使用专业仪器;
如果干线线路有一台设备有问题，可能导致整个系统没图像;
另外宽频调制端需外加AC220V交流电源供电;
(但目前大多监控点都具备AC220V交流电源这个条件).