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。
1 .2 ATM网络
因ATM设备具有网络接口的多样性(具有E1， IP，25M电口和155M光口等多种接口)和较高的网络安全性，所以长春轻轨的信号和通信系统采用ATM设备。
ATM是融合电路模式和分组模式的优点发展而成的，是以信元为信息传输、复用和交换的基本单位的转移模式。“转移模式”是指电信网中的传输、复用和交换的各方面;“异步”是指被分组的用户信息一信元不必像TDM中的时隙那样周期性地出现而占据固定信道，即信元是动态占用信道的。
ATM具有可靠性高、面向连接和QoS管理的特点，是数字视频监控的理想承载网络。ATM技术的基础是高效率、低容量交换和复用机制，这类机制非常适用于存在特殊带宽限制的环境。ATM通过在ATM网络上的源与目的点之间建认虚拟通道(VPI)和虚拟路径(VCI)来按需分配带宽。这些通道不是专用物理连接，而是在不需要它们时可以拆除的永久虚拟连接或交换虚拟连接。另外，ATM交换网络的速度和可靠性是其他流行的广域网技术所不能比拟的。
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。
系统不意图如图3所不，图中仅指不实际使用时各种信号的流程，不代表实际设备数量。
每个站点的主要设备是视频源(包括视频切换矩阵、摄像头、云台控制等)。SCOM MPEG-2图像编码机、贝尔ATM交换机，控制中心的主要设备是监视器(电视墙等类似设备)、SCOM MPEG-2图像解码机、贝尔ATM交换机、控制平台、ATM网卡等。
1)视须监控系统功能
位于朝阳桥的控制中心，同时在监视器上显示全线车站上传的34路图像中的任意8路。控制中心配置总调、行调和电调三个控制键盘，可分别对车辆运行和电力监控摄像机进行控制(云台转动等)，对监控图像进行切换、轮循显示。
2) ATM设备建立传输通道情况
每个MPEG-2传输流(TS)都占用个虚通道(Virtual Channel )，一台编码设备与控制台的数据交互占用一个虚通道。控制中心的工作人员可以通过控制平台来进行图像切换，MPEG-2编、解码机设置，ATM交换机设置，状态报告，日常维护等。
3)系统视频传输
每个站点有两个视频源接人到MPEG-2图像编码机。它将传送来的模拟视频信号经模拟/数字转换，然后进行符合I SO/I H C-13818-2规范的视频压缩，最后与各种附加信白、复用，产生符合ISO/IEC-13818-1规范的传输流(TS)，传输流经接日模块ATM AALS打包，通过155 Mbps的光接口送入ATM交换机。MPEG-2图像解码机接收ATM网络送来的图像信息，拆AALS的封包，还原MPEG-2传输流，经MPEG-2解码后输出模拟的视频信号，由监视设备显示图像。
4)视须设备(编解码设备、云台、拒阵等)控制
系统同时通过ATM网络进行车站和控制中心之间的数据交互。控制中心通过传输通道对编解码机的工作参数、工作状态进行设置、查询，还可通过此通道向编码机发送对矩阵、云台等设备的控制指令，编码机通过155 Mbps光口接收，然后将控制命令转发到RS-232/422接口输出，完成矩阵、云台等设备控制等工作。
长春轻铁的整个网络是155 Mbps ATM双向环形网。每个站点(节点)都有ATM交换机来提供图像等业务的接入，它除了向下一个站点(节点)传送本站点(节点)的数据外，还传送上个站点(韦点)的数据，类似ADD/DROP的形式;双向网络的方式可以在出现突发事件时，实现网络自愈，减少损失;ATM交换机根据每路图像的实际带宽提供了永久虚拟连接(PVC) ，同时为控制通道也分配了所需的永久虚拟连接(PVC)连接;通过控制平台的控制命令来修改永久虚拟连接(PVC)，实现图像切换或按一定的时间间隔轮流显示;控制平台可以通过控制命令来传送云台控制信号。
在多方积极配合下，长春轻轨一期工程于2000年5月开始建设，2002年10月投人试运营。运营至今，网络运行稳定，活动图像清晰，低延时，低维护成本，图像切换迅速，易扩容，这为轨道交通图像监控实现数字传输提供了良好的实际案例。
参考文献
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