第一章 系統(tǒng)需求
一、需求分析
1、在事發(fā)現(xiàn)場或其他重要場合，單兵所采集的圖像、現(xiàn)場聲音可以通過無線通信的方式傳送到一定距離外的通訊車;通訊車不僅可實時監(jiān)控現(xiàn)場圖像，還需要再通過無線信道將影音傳送到遠距離外的指揮中心。指揮中心可再將圖像通過光纖通道或視頻會議終端設(shè)備傳送至上級指揮中心(可選)。
2、通信車向指揮中心傳輸?shù)膱D像滿足即時性要求，時延不超過40ms.
3、根據(jù)對現(xiàn)場圖像的分析、存儲等應(yīng)用需要，現(xiàn)場圖像傳輸應(yīng)具備高質(zhì)量：圖像的數(shù)字編解碼應(yīng)達到720*576或720*468分辨(即MPEG2編碼廣播級畫質(zhì));由于每輛指揮車需外掛五套單兵，考慮到干擾性和可實用性，圖像傳輸信道速率應(yīng)不大于4Mbps，圖像傳輸延時應(yīng)小于40ms.
4、各事件發(fā)生地環(huán)境復(fù)雜，所以從拍攝的現(xiàn)場到通訊車，通訊車到指揮中心之間的無線圖像及音頻傳輸系統(tǒng)必須具備“繞射”“穿透”的能力，可以實現(xiàn)全向發(fā)、全向收的效果，才能滿足應(yīng)急通訊的靈活、機動、便捷、快速的應(yīng)用要求。
5、單兵攜帶的無線圖像發(fā)射及語音傳輸設(shè)備應(yīng)體積小、重量輕，可背負使用;指揮車一端的無線設(shè)備為標準機架式便于車輛安裝。
6、在應(yīng)急事件發(fā)生時，現(xiàn)場可能同時需要在移動環(huán)境下對多個點進行視頻采集，系統(tǒng)可以支持多點發(fā)射同時接收的能力。
二、建設(shè)目標
建設(shè)整個城市的無線信號覆蓋，通信指揮車進入各區(qū)縣后均可通過區(qū)縣的接收利用光纖線路或視頻會議系統(tǒng)傳送至上級指揮中心。根據(jù)貴方要求，本方案分為三部分進行規(guī)劃：其一為單兵至通信車傳輸系統(tǒng)，即使用單兵背負設(shè)備實現(xiàn)場AV信號的即時采集及傳輸;其二為通訊車至各指揮中心的即時圖像傳輸系統(tǒng);其三為各指揮中心至上級指揮中心的圖像傳輸系統(tǒng)。
三、主要技術(shù)介紹
1、無線傳輸技術(shù)分析
目前，無線圖像傳輸所采用的技術(shù)體制可大致分為：模擬傳輸、數(shù)傳/網(wǎng)絡(luò)電臺、GSM/GPRS、CDMA、數(shù)字微波(大部分為擴頻微波)、WLAN(無線網(wǎng))、COFDM(正交頻分復(fù)用)等。應(yīng)該說各種體制均有自身的特點。大體上：
模擬傳輸是一種“古老”的技術(shù)，基本處于被淘汰的階段，在此不再詳細論述。
GSM/GPRS、CDMA為移動通信公網(wǎng)技術(shù)，很成熟，但傳輸速率有限，保密機制不健全，受公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的限制，如建設(shè)專用網(wǎng)，其小區(qū)制覆蓋將意味著極高的建設(shè)成本。
數(shù)字微波(擴頻微波)可以提供高速率鏈路，但均為單載波調(diào)制技術(shù)體制，僅僅在通視環(huán)境下應(yīng)用，不能在阻擋環(huán)境中和移動中使用;目前該體制常采用壓縮和傳輸分離的模式，壓縮效率低，圖像質(zhì)量難以保證。且系統(tǒng)可靠性不高，很難實現(xiàn)保密。
WLAN(無線網(wǎng)技術(shù))發(fā)展很快，802.11b在物理層采用了直序擴頻技術(shù)(DSSS)，在理想的傳輸條件下，可以提供約5Mbps凈速率，但其只能在通視環(huán)境下應(yīng)用，不能在阻擋環(huán)境中和移動中使用。802.11a、802.11g在物理層采用了OFDM多載波調(diào)制，但載波數(shù)量較少，如802.11a為52個子載波，它們一般應(yīng)用于辦公室內(nèi)無線局域網(wǎng)，用于室外需配置定向天線。
從本質(zhì)上講，直序擴頻技術(shù)是不支持移動和非視距傳輸?shù)?，而某些此類產(chǎn)品為什么宣稱其具有移動性呢?這是因為他們無意或有意地混淆了數(shù)據(jù)傳輸和圖像傳輸?shù)牟煌拍?。對于低速率的?shù)據(jù)通信(如115.2Kbps)，由于其碼間距較大，多普勒效應(yīng)對其造成的影響也就較小，在這種情況下，它可以表現(xiàn)出一定的移動性，但圖像傳輸必須有一定的數(shù)據(jù)速率的保證(比如2Mbps)，在這種速率下，其所謂的移動性也就徹底喪失。
COFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)是最新的無線傳輸技術(shù)，它是多載波調(diào)制技術(shù)，子載波數(shù)量達到1704載波(2K模式)，它真正在實際使用中實現(xiàn)了“抗阻擋”、“非視距”、“動中通”的高速數(shù)據(jù)傳輸(2-15Mbps)，表現(xiàn)出卓越的“抗阻擋”性能;傳輸MPEG2質(zhì)量圖像，可以加密;安裝應(yīng)用便捷，可采用全向收發(fā)天線，無須尋找通視路由;裝置在車、船、機等運動載體上，無須配備復(fù)雜、昂貴的伺服穩(wěn)定系統(tǒng)。
通過對以上業(yè)務(wù)要求的分析，我們認為，COFDM技術(shù)體制的設(shè)備能可靠、便利地滿足演習(xí)訓(xùn)練中圖像傳輸?shù)男枨蟆?br />
2、壓縮技術(shù)分析
MPEG-2的初衷是為廣播級電視質(zhì)量(CCIR6601格式)的視音頻信號定義的壓縮編碼標準，但最終結(jié)果是成為了一個通用的標準，能在很大范圍內(nèi)對不同分辨率和不同輸出比特率的圖像信號進行有效編碼。
MPEG-2的編碼技術(shù)主要基于兩個概念：即時間相關(guān)性與空間相關(guān)性。所謂時間相關(guān)性指的是物體前后運動的連續(xù)性，因此利用前一次的動作可以預(yù)測下一次的動作;空間相關(guān)性指的是空間內(nèi)相鄰物體的色彩和亮度是一個漸變過程，而非一個突變過程。如果將空間每一點及時間上每一幀進行獨立編碼，雖然能夠表達所有的信息，但是帶寬非常大，幾乎沒有一樣載體可以經(jīng)濟地傳送這種信號;另一方面從信息學(xué)的角度來看，也包含著大量的冗余信息。數(shù)據(jù)壓縮正是基于這樣的角度，采用相應(yīng)的編碼方式將大量的冗余信息消除，保留有用的信息，有效節(jié)省帶寬。
MPEG-2技術(shù)綜合采用了3大基本編碼技術(shù)，即預(yù)測編碼、變換編碼和統(tǒng)計編碼。壓縮技術(shù)采用多種編碼手段消除系統(tǒng)的冗余信息，歸納起來將有以下四個方面。
?、倮枚SDCT減少圖像的空間冗余度;
?、诶眠\動補償預(yù)測減少圖像的時間域冗余度;
?、劾靡曈X加權(quán)量化減少圖像的“灰度域”冗余度;
?、芾渺鼐幋a來減少圖像“頻率域”上統(tǒng)計特性方面的冗余度;
此外，MPEG-2在MPEG-1的基礎(chǔ)之上擴充了“可伸縮性”和“可分級性”兩個概念，所謂“可伸縮性”指的是對碼流的一部分進行編碼和對碼流的全部解碼獲得的圖像分辨率(或信噪比等)要低。MPEG-2所支持的可伸縮的視頻編碼方式共有時間、空間、信噪比及數(shù)據(jù)分割等四種。“可分級性”則是指在MPEG-2中用范疇(Profile)以及層次兩個定義來描述不同的編碼參數(shù)集。每個范疇是前一個的合集(Profile)，層次則規(guī)定了空間和時間分辨率的上限。
一、需求分析
1、在事發(fā)現(xiàn)場或其他重要場合，單兵所采集的圖像、現(xiàn)場聲音可以通過無線通信的方式傳送到一定距離外的通訊車;通訊車不僅可實時監(jiān)控現(xiàn)場圖像，還需要再通過無線信道將影音傳送到遠距離外的指揮中心。指揮中心可再將圖像通過光纖通道或視頻會議終端設(shè)備傳送至上級指揮中心(可選)。
2、通信車向指揮中心傳輸?shù)膱D像滿足即時性要求，時延不超過40ms.
3、根據(jù)對現(xiàn)場圖像的分析、存儲等應(yīng)用需要，現(xiàn)場圖像傳輸應(yīng)具備高質(zhì)量：圖像的數(shù)字編解碼應(yīng)達到720*576或720*468分辨(即MPEG2編碼廣播級畫質(zhì));由于每輛指揮車需外掛五套單兵，考慮到干擾性和可實用性，圖像傳輸信道速率應(yīng)不大于4Mbps，圖像傳輸延時應(yīng)小于40ms.
4、各事件發(fā)生地環(huán)境復(fù)雜，所以從拍攝的現(xiàn)場到通訊車，通訊車到指揮中心之間的無線圖像及音頻傳輸系統(tǒng)必須具備“繞射”“穿透”的能力，可以實現(xiàn)全向發(fā)、全向收的效果，才能滿足應(yīng)急通訊的靈活、機動、便捷、快速的應(yīng)用要求。
5、單兵攜帶的無線圖像發(fā)射及語音傳輸設(shè)備應(yīng)體積小、重量輕，可背負使用;指揮車一端的無線設(shè)備為標準機架式便于車輛安裝。
6、在應(yīng)急事件發(fā)生時，現(xiàn)場可能同時需要在移動環(huán)境下對多個點進行視頻采集，系統(tǒng)可以支持多點發(fā)射同時接收的能力。
二、建設(shè)目標
建設(shè)整個城市的無線信號覆蓋，通信指揮車進入各區(qū)縣后均可通過區(qū)縣的接收利用光纖線路或視頻會議系統(tǒng)傳送至上級指揮中心。根據(jù)貴方要求，本方案分為三部分進行規(guī)劃：其一為單兵至通信車傳輸系統(tǒng)，即使用單兵背負設(shè)備實現(xiàn)場AV信號的即時采集及傳輸;其二為通訊車至各指揮中心的即時圖像傳輸系統(tǒng);其三為各指揮中心至上級指揮中心的圖像傳輸系統(tǒng)。
三、主要技術(shù)介紹
1、無線傳輸技術(shù)分析
目前，無線圖像傳輸所采用的技術(shù)體制可大致分為：模擬傳輸、數(shù)傳/網(wǎng)絡(luò)電臺、GSM/GPRS、CDMA、數(shù)字微波(大部分為擴頻微波)、WLAN(無線網(wǎng))、COFDM(正交頻分復(fù)用)等。應(yīng)該說各種體制均有自身的特點。大體上：
模擬傳輸是一種“古老”的技術(shù)，基本處于被淘汰的階段，在此不再詳細論述。
GSM/GPRS、CDMA為移動通信公網(wǎng)技術(shù)，很成熟，但傳輸速率有限，保密機制不健全，受公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的限制，如建設(shè)專用網(wǎng)，其小區(qū)制覆蓋將意味著極高的建設(shè)成本。
數(shù)字微波(擴頻微波)可以提供高速率鏈路，但均為單載波調(diào)制技術(shù)體制，僅僅在通視環(huán)境下應(yīng)用，不能在阻擋環(huán)境中和移動中使用;目前該體制常采用壓縮和傳輸分離的模式，壓縮效率低，圖像質(zhì)量難以保證。且系統(tǒng)可靠性不高，很難實現(xiàn)保密。
WLAN(無線網(wǎng)技術(shù))發(fā)展很快，802.11b在物理層采用了直序擴頻技術(shù)(DSSS)，在理想的傳輸條件下，可以提供約5Mbps凈速率，但其只能在通視環(huán)境下應(yīng)用，不能在阻擋環(huán)境中和移動中使用。802.11a、802.11g在物理層采用了OFDM多載波調(diào)制，但載波數(shù)量較少，如802.11a為52個子載波，它們一般應(yīng)用于辦公室內(nèi)無線局域網(wǎng)，用于室外需配置定向天線。
從本質(zhì)上講，直序擴頻技術(shù)是不支持移動和非視距傳輸?shù)?，而某些此類產(chǎn)品為什么宣稱其具有移動性呢?這是因為他們無意或有意地混淆了數(shù)據(jù)傳輸和圖像傳輸?shù)牟煌拍?。對于低速率的?shù)據(jù)通信(如115.2Kbps)，由于其碼間距較大，多普勒效應(yīng)對其造成的影響也就較小，在這種情況下，它可以表現(xiàn)出一定的移動性，但圖像傳輸必須有一定的數(shù)據(jù)速率的保證(比如2Mbps)，在這種速率下，其所謂的移動性也就徹底喪失。
COFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)是最新的無線傳輸技術(shù)，它是多載波調(diào)制技術(shù)，子載波數(shù)量達到1704載波(2K模式)，它真正在實際使用中實現(xiàn)了“抗阻擋”、“非視距”、“動中通”的高速數(shù)據(jù)傳輸(2-15Mbps)，表現(xiàn)出卓越的“抗阻擋”性能;傳輸MPEG2質(zhì)量圖像，可以加密;安裝應(yīng)用便捷，可采用全向收發(fā)天線，無須尋找通視路由;裝置在車、船、機等運動載體上，無須配備復(fù)雜、昂貴的伺服穩(wěn)定系統(tǒng)。
通過對以上業(yè)務(wù)要求的分析，我們認為，COFDM技術(shù)體制的設(shè)備能可靠、便利地滿足演習(xí)訓(xùn)練中圖像傳輸?shù)男枨蟆?br />
2、壓縮技術(shù)分析
MPEG-2的初衷是為廣播級電視質(zhì)量(CCIR6601格式)的視音頻信號定義的壓縮編碼標準，但最終結(jié)果是成為了一個通用的標準，能在很大范圍內(nèi)對不同分辨率和不同輸出比特率的圖像信號進行有效編碼。
MPEG-2的編碼技術(shù)主要基于兩個概念：即時間相關(guān)性與空間相關(guān)性。所謂時間相關(guān)性指的是物體前后運動的連續(xù)性，因此利用前一次的動作可以預(yù)測下一次的動作;空間相關(guān)性指的是空間內(nèi)相鄰物體的色彩和亮度是一個漸變過程，而非一個突變過程。如果將空間每一點及時間上每一幀進行獨立編碼，雖然能夠表達所有的信息，但是帶寬非常大，幾乎沒有一樣載體可以經(jīng)濟地傳送這種信號;另一方面從信息學(xué)的角度來看，也包含著大量的冗余信息。數(shù)據(jù)壓縮正是基于這樣的角度，采用相應(yīng)的編碼方式將大量的冗余信息消除，保留有用的信息，有效節(jié)省帶寬。
MPEG-2技術(shù)綜合采用了3大基本編碼技術(shù)，即預(yù)測編碼、變換編碼和統(tǒng)計編碼。壓縮技術(shù)采用多種編碼手段消除系統(tǒng)的冗余信息，歸納起來將有以下四個方面。
?、倮枚SDCT減少圖像的空間冗余度;
?、诶眠\動補償預(yù)測減少圖像的時間域冗余度;
?、劾靡曈X加權(quán)量化減少圖像的“灰度域”冗余度;
?、芾渺鼐幋a來減少圖像“頻率域”上統(tǒng)計特性方面的冗余度;
此外，MPEG-2在MPEG-1的基礎(chǔ)之上擴充了“可伸縮性”和“可分級性”兩個概念，所謂“可伸縮性”指的是對碼流的一部分進行編碼和對碼流的全部解碼獲得的圖像分辨率(或信噪比等)要低。MPEG-2所支持的可伸縮的視頻編碼方式共有時間、空間、信噪比及數(shù)據(jù)分割等四種。“可分級性”則是指在MPEG-2中用范疇(Profile)以及層次兩個定義來描述不同的編碼參數(shù)集。每個范疇是前一個的合集(Profile)，層次則規(guī)定了空間和時間分辨率的上限。
