LTZW01无线宽带自组网系统的技术改进

摘 ,要 介绍了LEZW-01无线宽带自组网系统,通过对编码格式和编码模块的改进,实现了稳定流畅的高清图像传输功能.实验证明,改进后LTZW-01无线宽带自组网系统的性能指标明显提高.

关 键 词 LTZW-01自组网；COFDM；编码器

中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0194-02

研制能将频带很宽的高清晰度视频在移动过程中进行稳定传输的无线图像传输系统,是近年来发展的趋势.LTZW-01无线宽带自组网系统采用了编码正交频分复用即COFDM（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术,很好的解决了移动传输中的多经干扰问题,真正实现了非视距（NLOS）传输.发射系统使用全向天线,而在接收端利用多个天线进行分集接收,在系统有效的覆盖范围内信号质量保持不变.可应用于不宜使用公众网络传输应急高清图像传输,例如遇到重大自然灾害,水灾、火灾现场,群众的大型集会和重要安全保卫任务现场等.

1.LTZW-01无线宽带自组网系统

LTZW-01无线宽带自组网系统主要应用于防灾减灾（如森林防火,重点地域监控等）、应急通信、安防、海关、油田、电力、矿山等领域,该系统采用了一系列先进的调制解调技术、信道编码技术、差错控制技术,能够在高速移动环境下实现视频、数据、语音等基于TCP/IP网络应用业务的实时、同步传输,可实现站点间互联互通,具有会议、强行插入模式.该系统具有覆盖范围广、灵敏度高、移动性好、抗干扰和抗衰落能力强、传输带宽大、稳定性和可靠性突出等特点.

自组网功能通过组网控制器功能模块实现.在组成结构上由若干个节点单元组成,单元之间可以实现任意单点对单点之间、群体多点之间在有限距离范围内,实时数据传输.整个系统在工作时,每个节点单元功能相同,没有主次之分,检测如某个节点单元出现故障或因其他原因而无法工作,系统内的其他单元之间仍旧可以正常进行数据、通信传输,而不受有故障节点单元的影响.图1为LTZW-01无线宽带自组网端机

实物.

图1 LTZW-01无线宽带自组网系统

根据LTZW-01无线宽带自组网系统的技术指标,传输标清图像效果稳定,交付客户使用后,得到客户的一致好评,但该系统应用在传输高清视频时,由于编码器能力不足,导致高清图像出现马赛克或画面卡的现象,说明此系统在传输高清视频方面有待改善.随着无线数字传输技术的发展,高清视频传输的应用越来越广泛,多用于指挥车、交通事故勘探车、消防现场指挥车和海关、油田、矿山、水利、电力、金融、海事,以及其他的紧急、应急指挥系统,如果能够在无线自组网上增加高清视频传输能力,通过无线方式以尽量少的比特描述视频图像,更短的传输时延,更快的编码速度来获得使用户更满意的视频质量,将有非常广阔的发展前景.

2.改进方案

2.1 指标

根据实际需求,高清图像无线传输系统的具体指标如下：

视频输入：HD-SDI,HDMI；

图像压缩标准：H.264；

分辨率：1080P、1080I、720P；

视频码率：300 Kbits~40 Mbit/s；

音频通道：左右声道；

射频输出功率：500 mW（27dBm）；

传输距离：视距500 m到1km；

传输时延：端到端传输编解码时延小于2帧.

2.2 编码格式的确定

常见的高清视频信号编码格式有MPEG、H.264和WMV-HD三种,其中MPEG格式压缩比例较小,视频所占空间大,所需传输带宽资源过多,在无线传输方面没有优势；WHV-HD格式以及它的升级版VC-1都是是微软独创的编码格式,标准出台较晚,仅限于Windows平台使用,具体实用效果有待检验.而H.264编码格式最具价值的部分是更高的数据压缩比,在同等的图像质量,H.264的数据压缩比能比MPEG-2高2～3倍,比MPEG-4高1.5～2倍.如原始文件的大小为100GB,采用MPEG-2压缩标准压缩后变成4GB,压缩比为25∶1,而采用H.264压缩标准压缩后变为1GB,从100GB到1GB,H.264的压缩比达到惊人的100∶1.H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像.

因此,经过H.264压缩的视频数据,在网络传输过程中所需要的带宽更少,也更加经济.在MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时,H.264只需要1Mbps～2Mbps的传输速率.H.264格式的文件一般采用mkv后缀,具有开放源代码、音视频编码丰富等优势,已经得到众多视频压制组的支持,正成为高清视频的主流格式.

所以在传输系统的编码器选择上选用H.264格式的编码器.

2.3 编码模块性能

根据传输系统要求,编码器的编码模块需具备以下基本性能.

1）支持H.264视频编码.

2）具备高清视频信号处理能力,能处理1080p,1080i,720p等高清信号,同时兼容标清信号处理能力.

3）为保证图像质量,压缩码率应能达到10Mbps以上,以满足广电高清标准.

4）物理接口,有HD-SDI,HDMI高清视频信号输入接口,RJ45 IP数据包输出接口；以及对编码器设置参数的相关接口.

5）为保证传输系统中发射机的外形尺寸要与摄像机匹配,编码器的尺寸要尽量小.

3.传输系统主要参数验证实验

高清图像无线传输系统的几项主要参数高清视频分辨率、视频编码码率、系统最大传输距离、传输延时等,需要根据实际应用环境做验证试验,以测试系统对不同工作环境的适应能力,以及这些环境中不同参数的改变对高清视频质量的影响.因此采用如下几个试验方法验证.

1）人流车流密集场合验证试验.

试验地点：某车流、人流量大的路段

试验目的：验证车辆和行人对图像传输的影响

2）空旷地区和密集城区中传输系统的传输距离.

试验地点：选空旷地区和密集城区两个环境

试验目的：测试在两个环境中的最大传输距离

3）楼道等建筑物内部狭小环境对传输质量的影响.

试验地点：某大楼的楼道

试验目的：验证设备进入楼道的传输效果

实验结果表明,该传输系统主要参数完全达到设计要求,其传输高清视频图像稳定流畅,传输距离最远可达50 km,完全符合应急无线图像传输的需求,同时还提供了一些方便的功能设置以满足用户现场环境的需求.设备架构紧凑,体积小,扩展性好,可组网工作.

4.结束语

LTZW-01无线宽带自组网系统改进后,可应用于高清视频信号的无线传输,将摄像机拍摄的高清视频信号经过数字编码,用微波方式传输到接收端,中间处理方式采用低延时、低干扰、高同步编码方案,实现共享现场图像实现微波对高清视频的高质量传输,满足目前日益增长的高清视频需求.