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摘要：高速公路监控系统图像传输存在延时现象。图像在传输过程中经过编码、传输和解码过程，对采集的图像进行压缩、传输、解压。压缩、解压会耗用一定的时间；不同传输方式的带宽不同，也会影响数据传输的实时性。下面从编码、传输及解码三个方面，阐述图像传输方式以及在目前技术下的优化方案。
关键词：监控图像 传输延时 优化方案
监控系统是高速公路机电工程的一个重要组成部分，直接与道路使用者进行信息交流。监控系统分为信息采集子系统与信息发布子系统两个部分，而图像传输作为监控系统采集信息并向管理者提供直观影像过程中的重要环节，传输质量及实时性尤为重要。
以芜雁高速为例，芜雁高速监控系统含外场枪式摄像机13台，球形摄像机2台；传输设备为北京欧迈特全光数字传输系统；输出设备为横岗主线收费站屏幕墙22台监视器、操作终端显示器及监控视频存储阵列。通过网络进行视频录像机图像切换。
摄像机采集图像后，用SYV-75-3视频电缆传输至全光数字传输系统（远端机），转换成光信号，用光纤传输至横岗主线收费站监控机房中的全光数字传输系统（局端机）。局端机输出两类数据，一类通过视频接口以2MB/S的速率直接传输至监控机房电视墙上；另一类数据通过网口进入服务器，服务器上安装的软件控制、切换全光数字传输系统（局端机）上视频接口的输出，以实现对屏幕墻上图像的转换。同时在监控视频存储阵列上以800KB/S的速率保存视频。
1 系统延时原因分析
监控系统在实际应用中会出现延时现象。这是由于视频信号需经摄像机采集后经过视频电缆、编码器、光纤、解码器、视频电缆（或网线）及输出设备等环节。延时产生的原因有很多，主要有以下几方面。
1.1 编码效率 模数和数字的转换不仅耗时，而且也会消耗一定量的资源，图像经前端编码到后端解码显示，所需的时长是造成延时的一部分。芜雁高速使用的北京欧迈特全光数字传输系统采用H.264/MPEG2压缩算法，它可以把活动图像压缩成可用光纤直接传输或借助标准电信通信接口传输的N×2Mbps数据流进行传输。将图像压缩处理能够降低信号传输带宽，同时能减少资源消耗。但这种图像传输方式也存在一些问题，问题根源就在于图像压缩数字光端机有先天缺陷。压缩与解压图像信息需耗费一定的时间，因此这种传输方式通常会产生延时传输的问题，实时性差，而且经过压缩后图像会产生一定的失真。
1.2 传输链路和设备 在信号传输过程中，网络流量、所用传输线缆的质量、路由或交换次数与网络延时现象的产生息息相关。网络摄像机信号传输必须通过交换机完成，网络高清图像的质量在很大程度上取决于交换机的操作，比如交换机的时延、丢包率、背板带宽、交换容量、包转发率等，这些都会对数据交换的性能或延时产生决定性的影响。因此，我们在交换机和传输线缆的选择上必须谨慎务实，以确保图像传输质量达到预期要求。
1.3 解码设备的性能 解码设备通常指的是解码器或用于解码的客户端主机，解码效率主要取决于主机的配置，运用配置低劣的主机解码，出现停顿、延时等现象的概率更大。一般情况下，我们在编码或解码的过程中会人为施加缓冲，以确保图像处理流畅运作。
2 优化方案
减少网络传输延时问题也要根据不同方面原因，针对性的提出优化方案：
2.1 采用新一代的编码系统替代 例如使用非压缩数字图像光端机替代图像压缩数字光端机。
非压缩数字图像光端机在压缩处理图像时，先以A/D的形式转换模拟视频信号，然后将数据、音频等信号进行复接直接用光纤传输。为了确保视频信号能够完整、实时地传输，它通常具备较高的数据传输速率。我们都知道，光纤的带宽非常大，因此传输通道不会影响数据速率。用非压缩数字图像光端机压缩并传输图像信号，能够最大限度的保证图像的完整性和传输质量，同时也达到了实时传输的要求。由于采用数字传输技术，在设备中可以应用先进的通信技术（如光收发技术、复接技术等），来提高设备的稳定性，从而严格控制造价。
非压缩数字图像光端机应用了数字传输技术，图像传输质量有了保障；数字传输技术以及大规模集成电路的应用，不仅提高了图像传输的稳定性，而且有效解决了延时传输的弊病，实现了图像的实时传输。另外，这种压缩传输技术可以用一根光纤传输多路图像和音频、数据等多个信号，资源利用率大幅提高。
现阶段，利用非压缩数字图像光端机进行图像传输的方式能够做到单方向传输几十路乃至上百路图像，数字图像光端机对传输技术要求颇高，它对于多路图像传输技术的研究已相当成熟，但由于这种光端机入市不久，还未实现大批量生产，而且它造价稍高，因此应用到监控领域的时间还不长。即便如此，这种光端机在图像传输方面的优势已备受关注，尤其是非压缩数字图像光端机具有同类设备不可比拟的应用优势，如果大规模推广应用，其造价必定有一定程度的降低。
2.2 根据需要选择传输方式 业界现有的监控传输技术主要有六种，即微波传输、网络传输、宽频共缆传输、光纤传输、视频基带传输和双绞线平衡传输。高速公路监控系统采用的传输方式是视频基带传输和光纤传输。信息采集设备到光传输设备以及光传输设备到信息发布设备采用视频基带传输，其余皆采用光纤传输，有效的解决了传输带宽问题。笔者结合工作经验，对这六种传输方式的优缺点进行了分析和总结，具体情况如下：
①微波传输：基于调频调制/调幅调制的方式，通过高频载波搭载图像信息，并将其转换成支持控制传输的高频电磁波进行传输。优点：以高频载波搭载图像信息，动态实时传输广播级图像，无需投入大量人力、物力、财力来布线并进行线缆维护。缺点：这种微波传输方式仅支持直线传输，传输途中不允许有任何遮挡物，而且要避免电磁干扰，传输要求相当严格。此外，雨雪等天气状况也极易干扰Ku波段的传输效果。②网络传输：点位分散的城域间远距离监控传输可应用网络传输技术。它应用MPEG音视频压缩格式进行监控信号的传输。优点：它应用网络视频服务器作为监控信号上传设备，只需通过网络将远程监控软件安装在指定位置就可以实现图像的实时传输。其缺点是：远程监控需借助网络完成，网络带宽和信号传输速率会大大影响传输效率，因此这项传输技术仅仅适用于低画质、小画面图像的传输，而且图像处理不支持实时监控。③宽频共缆传输：采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等先进技术，可将四十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输，大量节省材料成本及施工费用。缺点：采用弱信号传输，宽频调制端需外加AC220V交流电源，但目前大多监控点都具备这个条件。④光纤传输：通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。优点：传输距离远、衰减小，抗干扰性能最好，适合远距离传输。缺点：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。⑤视频基带传输：它通过同轴电缆（非平衡）直接实施模拟信号的传输。优点：短距离传输不仅造价低，而且能够最大限度的确保图像信号的完整性。缺点：三百米以上高频分量大幅衰减，图像的完整性和传输质量都大受影响；一路视频信号必须单独设置一根电缆，用于控制信号传输的电缆也要另外敷设。此外，其采用扩展性极差的星形的布线结构，会大幅增加线缆的布设总量，这非常不利于后续的维护。⑥双绞线传输（平衡传输）：适用于在复杂的电磁环境中进行百米传输。它以平衡对称的方式来传输监控图像信号。优点：结构简易，具有很强的抗共模干扰能力，而且易于布线，有利于造价控制。缺点：仅仅适用于百米信号传输，传输范围受限，而且一根双绞线仅能传输一路图像，不适用于大中型监控系统。此外，双绞线质地脆，易老化，因此只能用于室内布线；双绞线传输高频分量衰减较大，图像会出现严重的色差。
2.3 解码设备选用 解码设备的选用时根据编码设备匹配使用。不同厂家的编解码设备需配套使用，并由厂家提供技术支持，这将更好地为使用方提供优质的服务。
随着用户对图像传输质量要求的提高，从480P到720P再到1080P，传输数据量不断增加。例如30帧/秒的1080p图像信号所需要的带宽=1920×1080×16×30=995.328M，近似1G；从目前的传输介质来看，只有光纤传输才能够满足高清画质传输的需求，否则带宽过小就容易出现数据传输“排队”或“丢包”的问题，时延问题将会更加突出。在现有的传输技术下，需根据实际需要，综合考虑传输图像质量及时延，选取最佳的传输方案，才能使图像传输降低时延，又能满足用户对图像分辨率的要求。同时，随着新科技的不断出现，相信该矛盾会有更好的解决方案。
参考文献：
[1]李锦伟.高速公路监控系统图像传输的研究[J].交通与计算机，2004（02）.
[2]杨光.视频监控系统传输技术的应用[J].光盘技术，2009（09）.
[3]刘群峰.如何实现视频监控系统图像传输的稳定性[J].科技资讯，2011（07）.
关键词：监控图像 传输延时 优化方案
监控系统是高速公路机电工程的一个重要组成部分，直接与道路使用者进行信息交流。监控系统分为信息采集子系统与信息发布子系统两个部分，而图像传输作为监控系统采集信息并向管理者提供直观影像过程中的重要环节，传输质量及实时性尤为重要。
以芜雁高速为例，芜雁高速监控系统含外场枪式摄像机13台，球形摄像机2台；传输设备为北京欧迈特全光数字传输系统；输出设备为横岗主线收费站屏幕墙22台监视器、操作终端显示器及监控视频存储阵列。通过网络进行视频录像机图像切换。
摄像机采集图像后，用SYV-75-3视频电缆传输至全光数字传输系统（远端机），转换成光信号，用光纤传输至横岗主线收费站监控机房中的全光数字传输系统（局端机）。局端机输出两类数据，一类通过视频接口以2MB/S的速率直接传输至监控机房电视墙上；另一类数据通过网口进入服务器，服务器上安装的软件控制、切换全光数字传输系统（局端机）上视频接口的输出，以实现对屏幕墻上图像的转换。同时在监控视频存储阵列上以800KB/S的速率保存视频。
1 系统延时原因分析
监控系统在实际应用中会出现延时现象。这是由于视频信号需经摄像机采集后经过视频电缆、编码器、光纤、解码器、视频电缆（或网线）及输出设备等环节。延时产生的原因有很多，主要有以下几方面。
1.1 编码效率 模数和数字的转换不仅耗时，而且也会消耗一定量的资源，图像经前端编码到后端解码显示，所需的时长是造成延时的一部分。芜雁高速使用的北京欧迈特全光数字传输系统采用H.264/MPEG2压缩算法，它可以把活动图像压缩成可用光纤直接传输或借助标准电信通信接口传输的N×2Mbps数据流进行传输。将图像压缩处理能够降低信号传输带宽，同时能减少资源消耗。但这种图像传输方式也存在一些问题，问题根源就在于图像压缩数字光端机有先天缺陷。压缩与解压图像信息需耗费一定的时间，因此这种传输方式通常会产生延时传输的问题，实时性差，而且经过压缩后图像会产生一定的失真。
1.2 传输链路和设备 在信号传输过程中，网络流量、所用传输线缆的质量、路由或交换次数与网络延时现象的产生息息相关。网络摄像机信号传输必须通过交换机完成，网络高清图像的质量在很大程度上取决于交换机的操作，比如交换机的时延、丢包率、背板带宽、交换容量、包转发率等，这些都会对数据交换的性能或延时产生决定性的影响。因此，我们在交换机和传输线缆的选择上必须谨慎务实，以确保图像传输质量达到预期要求。
1.3 解码设备的性能 解码设备通常指的是解码器或用于解码的客户端主机，解码效率主要取决于主机的配置，运用配置低劣的主机解码，出现停顿、延时等现象的概率更大。一般情况下，我们在编码或解码的过程中会人为施加缓冲，以确保图像处理流畅运作。
2 优化方案
减少网络传输延时问题也要根据不同方面原因，针对性的提出优化方案：
2.1 采用新一代的编码系统替代 例如使用非压缩数字图像光端机替代图像压缩数字光端机。
非压缩数字图像光端机在压缩处理图像时，先以A/D的形式转换模拟视频信号，然后将数据、音频等信号进行复接直接用光纤传输。为了确保视频信号能够完整、实时地传输，它通常具备较高的数据传输速率。我们都知道，光纤的带宽非常大，因此传输通道不会影响数据速率。用非压缩数字图像光端机压缩并传输图像信号，能够最大限度的保证图像的完整性和传输质量，同时也达到了实时传输的要求。由于采用数字传输技术，在设备中可以应用先进的通信技术（如光收发技术、复接技术等），来提高设备的稳定性，从而严格控制造价。
非压缩数字图像光端机应用了数字传输技术，图像传输质量有了保障；数字传输技术以及大规模集成电路的应用，不仅提高了图像传输的稳定性，而且有效解决了延时传输的弊病，实现了图像的实时传输。另外，这种压缩传输技术可以用一根光纤传输多路图像和音频、数据等多个信号，资源利用率大幅提高。
现阶段，利用非压缩数字图像光端机进行图像传输的方式能够做到单方向传输几十路乃至上百路图像，数字图像光端机对传输技术要求颇高，它对于多路图像传输技术的研究已相当成熟，但由于这种光端机入市不久，还未实现大批量生产，而且它造价稍高，因此应用到监控领域的时间还不长。即便如此，这种光端机在图像传输方面的优势已备受关注，尤其是非压缩数字图像光端机具有同类设备不可比拟的应用优势，如果大规模推广应用，其造价必定有一定程度的降低。
2.2 根据需要选择传输方式 业界现有的监控传输技术主要有六种，即微波传输、网络传输、宽频共缆传输、光纤传输、视频基带传输和双绞线平衡传输。高速公路监控系统采用的传输方式是视频基带传输和光纤传输。信息采集设备到光传输设备以及光传输设备到信息发布设备采用视频基带传输，其余皆采用光纤传输，有效的解决了传输带宽问题。笔者结合工作经验，对这六种传输方式的优缺点进行了分析和总结，具体情况如下：
①微波传输：基于调频调制/调幅调制的方式，通过高频载波搭载图像信息，并将其转换成支持控制传输的高频电磁波进行传输。优点：以高频载波搭载图像信息，动态实时传输广播级图像，无需投入大量人力、物力、财力来布线并进行线缆维护。缺点：这种微波传输方式仅支持直线传输，传输途中不允许有任何遮挡物，而且要避免电磁干扰，传输要求相当严格。此外，雨雪等天气状况也极易干扰Ku波段的传输效果。②网络传输：点位分散的城域间远距离监控传输可应用网络传输技术。它应用MPEG音视频压缩格式进行监控信号的传输。优点：它应用网络视频服务器作为监控信号上传设备，只需通过网络将远程监控软件安装在指定位置就可以实现图像的实时传输。其缺点是：远程监控需借助网络完成，网络带宽和信号传输速率会大大影响传输效率，因此这项传输技术仅仅适用于低画质、小画面图像的传输，而且图像处理不支持实时监控。③宽频共缆传输：采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等先进技术，可将四十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输，大量节省材料成本及施工费用。缺点：采用弱信号传输，宽频调制端需外加AC220V交流电源，但目前大多监控点都具备这个条件。④光纤传输：通过把视频及控制信号转换为光信号在光纤中传输。优点：传输距离远、衰减小，抗干扰性能最好，适合远距离传输。缺点：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。⑤视频基带传输：它通过同轴电缆（非平衡）直接实施模拟信号的传输。优点：短距离传输不仅造价低，而且能够最大限度的确保图像信号的完整性。缺点：三百米以上高频分量大幅衰减，图像的完整性和传输质量都大受影响；一路视频信号必须单独设置一根电缆，用于控制信号传输的电缆也要另外敷设。此外，其采用扩展性极差的星形的布线结构，会大幅增加线缆的布设总量，这非常不利于后续的维护。⑥双绞线传输（平衡传输）：适用于在复杂的电磁环境中进行百米传输。它以平衡对称的方式来传输监控图像信号。优点：结构简易，具有很强的抗共模干扰能力，而且易于布线，有利于造价控制。缺点：仅仅适用于百米信号传输，传输范围受限，而且一根双绞线仅能传输一路图像，不适用于大中型监控系统。此外，双绞线质地脆，易老化，因此只能用于室内布线；双绞线传输高频分量衰减较大，图像会出现严重的色差。
2.3 解码设备选用 解码设备的选用时根据编码设备匹配使用。不同厂家的编解码设备需配套使用，并由厂家提供技术支持，这将更好地为使用方提供优质的服务。
随着用户对图像传输质量要求的提高，从480P到720P再到1080P，传输数据量不断增加。例如30帧/秒的1080p图像信号所需要的带宽=1920×1080×16×30=995.328M，近似1G；从目前的传输介质来看，只有光纤传输才能够满足高清画质传输的需求，否则带宽过小就容易出现数据传输“排队”或“丢包”的问题，时延问题将会更加突出。在现有的传输技术下，需根据实际需要，综合考虑传输图像质量及时延，选取最佳的传输方案，才能使图像传输降低时延，又能满足用户对图像分辨率的要求。同时，随着新科技的不断出现，相信该矛盾会有更好的解决方案。
参考文献：
[1]李锦伟.高速公路监控系统图像传输的研究[J].交通与计算机，2004（02）.
[2]杨光.视频监控系统传输技术的应用[J].光盘技术，2009（09）.
[3]刘群峰.如何实现视频监控系统图像传输的稳定性[J].科技资讯，2011（07）.