400m无线变频数字音视频传输系统

数字化无线高清淅移动视频实时 传输系统应用方案 北京旺达伟业科技有限公司 二零零六年 2 目 录 第一部分. 项目背景 3 1. 前言 3 2. 公司简介 3 第二部分. 总体设计原理和技术指标 5 1. 总体要求 5 2. 系统功能 5 2.1. 无线高清晰度视频实时传输系统前端： 5 2.2. 无线高清晰度视频实时传输系统接收机功能 5 2.3. 无线高清晰度视频实时传输系统组成 5 2.3.1 图像传输前端设备； 5 2.3.2 接收设备 6 2.4. 系统主要技术性能指标要求 6 2.5. 系统接口技术指标： 7 2.5.1 背负型前端发射模块 7 2.5.2 大功率车载型前端发射模块 7 2.5.3 图像接收设备 7 第三部分. 产品介绍 8 第四部分. 技术方案 9 1. 点对点通信方式： 9 2. 点对多点应用系统： .12 3. 多点对多点； .13 第五部分. 应用方式 .14 3 第一部分. 项目背景 1. 前言 公共安全重大突发性事件一般包括：战争、地震、台风、洪涝、特大交通安 全事故、飞机失事、火车出轨、客轮遇险、特大建筑质量安全事故、民用爆炸物品和危 险化学品特大事故、生物恐怖事件、山体崩塌滑坡、井下透水/瓦斯/坍塌、锅炉/压力 容器/压力管道和特种设备特大事故、特大急性中毒、重大疾病与突发性疫情、重大环 境污染、聚众械斗/骚乱/暴乱/叛乱、邪教活动、核泄露事故、网络黑客事件、其他特 大安全事故等。 这类重大突发性事件的共同特点一是突然性，二是没有预见性或难以预见。因此我 们必须在平时制定相应的应对预案，以加强对此类事件的监控；除避免事件发生外，一 个重要目的是：对突发事件顺利实施应急救援和监控。 信息和网络技术的应用是应急救援预案设置工作的一项重要内容，是保证突发事件 应急指挥和处理所必须的硬件。只有在一个有效、高速、安全的现代信息网络上才能实 现快速反应，从而达到应急指挥和监控的目的。 将图像监控系统安装在可以高速移动和机动的车辆或飞机上，这就将应急指挥的监 控范围和应急程度大大提高，由无线数字图像传输电台组成的车载图像传输系统，主要 目的是用于应急指挥中心对移动车辆同应急指挥中心的数据、语音和图像实时传输。使 指挥机关和领导能在指挥中心或在办公室中甚至首长车内看到实时传输的现场图像，如 亲临现场，及时了解重大突发事件现场实况，作出准确的分析判断，达到实时指挥，提 高决策系统的快速准确性，增强快速反应能力、指挥能力和突发事件的处置能力。因此 保证信息的可靠、安全和实时快速传输是该系统的核心要求。无线数字图像通信系统研 究和应用，对于提高应急指挥快速反应能力，打击恐怖活动，打击各种犯罪，维护社会 安定，保障人民生活安全，有效处理各种突发事件，具有重要的社会意义。 2公司简介 我是一家是专门从事网络数字音视频与无线通信数字微波移动视频传输产品开发及 生产的高科技公司。研发的无线数字扩频产品，科技含量高，属于急救系统前沿技术， 处于国际领先地位，市场前景广阔，是公安、武警、海关缉私和移动通讯放大系统工程 安装急需的通信装备。产品在民用方面，如：油田、电力、监控、监测、无线接入网络 领域和无线通讯 GSM、CDMA 等方面也有广泛用途。 针对目前第三代移动通信技术的突飞猛进的快速发展，我公司跟踪国际和国内先 4 进的技术成果，成功研制了利用 COFDM调制技术和 MPEG2图像编解码技术的新一代高清 晰度无线图像传输系统 400S及移动式 400M型，性能先进，结合我公司在无线射频领域 的领先地位和丰富经验，产品综合性能和技术参数均大大高于国内同类产品，达到世界 先进水平。新产品的研制成功，大大丰富了公司的产品类型，使用户根据需要定制不同 用途和功能的设备，为用户提供了高性价比的产品，成为中国最专业和全面的无线图像 传输系统制造商。 400S型传输系统背负式应用 5 6 第二部分. 总体设计原理和技术指标 1. 总体要求 400M及移动式 400S型无线高清晰度视频实时传输系统采用固定地点摄像（机动） 和运动跟踪摄像（移动）相结合的方式，在城市环境、郊区环境和山地环境等不同位置、 不同角度对重要场景和主要部位进行高质量图像拍摄，并将所拍摄的图像、声音信号通 过无线电或微波的传输方式传输到各接收地点，再通过其他路由传输到指挥中心，进行 视频信号的分发和处理。 2. 系统功能 2.1. 无线高清晰度视频实时传输系统前端： 图像传输前端设备分为背负型、大功率车载两种类型。 无线图像传输前端采用 COFDM调制技术和 MPEG-2图像压缩技术，以确保传输的 高性能和图像的高质量。 所有前端都具有非视距、运动中传输的功能； 图像传输前端设备使用通用视频接口，即可以接普通模拟摄像机和数码摄像机， 也可以连接摄像头和专用夜视、红外和热像仪等军用图像采集设备，还可以连 接专业摄像机； 背负型设备使用标准背架。 车载型设备采用全封闭式机箱，不能使用内置风扇散热方式，机壳具有防暴， 防尘，防水，防震功能； 设备的视频和音频接口，电源接口一律使用军用航空插头，并且采用不同芯数 以区分各功能接口，以防止误插损害设备； 设备传输距离在通视条件下要求不低于 10-20公里，非通视条件下不低于 2-5 公里，载体运动速度不低于每小时 80公里；通过大功率放大器，可将传输距离 增大 2.2. 无线高清晰度视频实时传输系统接收机功能 采用全向天线等接收； 能够同时输出图像、声音信号； 接收机可备有一路 VIDEO接口，可以支持一路视频输出； 2.3. 无线高清晰度视频实时传输系统组成 系统采用全数字传输方式，由图像传输前端设备（背负、车载） 、接收设备组成； 7 2.3.1 图像传输前端设备； 背负型前端组成包括：背负天线，全向高增益车载天线、图像前端发射模块 （发射机） 、电池组、背负背架； 大功率车载图像传输前端组成包括：车载天线、功率放大器模块、电源电池组、 车载安装机架等； 2.3.2 接收设备 接收设备包括：全向天线、馈线、避雷器、接收机、电源、接地装置等； 2.4. 系统主要技术性能指标要求 无线传输设备性能指标： 调制方式： COFDM，2K，QPSK 工作频段： 300MHZ8.5G 或根据用户要求定制 信道带宽： 8MHz; 图像压缩格式: MPEG2 4：2：0 传输距离： 背负型发射模块非通视情况下 2-5公里、通视 10-20公里; 车载式非通视情况下 5-10公里、通视 20-50公里； 输出功率： 背负型 1-2W 、 车载型 30-50W 传输时延： 小于 200ms 移动速度： 每小时不低于 150公里; 通道带宽 8MHz FEC： 1/2 保护间隔： 1/8 电源接口： 航空插头 设备重量： 发射端：6.5Kg 接收端：4.0Kg 供电： AC 220V（车载） AC12V3A （背负） 工作温度： -45C+70C； 设备外观： 12060200，2.5Kg 环境湿度： 不小于 95% 无线传输设备音视频技术指标 图像制式： PAL； 8 视频压缩解压标准：MPEG-2； 分辨率： 720 水平线 576 垂直线； 视频速率： 大于 4Mbit/s（速率可调） ； 音频通道： 单声道。 无线图像接收设备技术指标 接收技术： 全向天线接收 覆盖范围： 全向 360 接收天线增益： 10db 接收门限： /= -90dBm 输出接口： 标准 AV接口，可同时输出一路 VIDEO视频 电源供电： AC220V. 2.5. 系统接口技术指标： 2.5.1 背负型前端发射模块 与摄像设备接口技术要求：复合图像 BNC接口,声音单声； 电源接口：三芯航空插头； 电池：锂电 3AH 或车载电瓶； 2.5.2 大功率车载型前端发射模块 外置独立功放射频接口：L16； 与电源设备接口技术要求：AC220V 7A； 可利用载车自身直流电源供电； 安装尺寸：19 寸标准机架式； 2.5.3 图像接收设备 输出接口：标准 AV接口，声音 RCA(L/R)； 接地电阻要求：小于 4； 电源要求： AC220V； 安装要求： 19 寸标准机架式； 9 第三部分. 产品介绍 SPY系列无线高清晰度视频实时传输系统，是旺达科技公司从移动图像传输应用出 发，按照用户要求开发的全新的无线高清晰度数字图像传输设备，它完全符合无线图像 传输的需求，在某些方面，我们还提供了一些方便的功能设置以满足用户环境的现状， 设备架构紧凑，体积小，延伸性好。 内置功率放大器，可以输出强大的电磁信号，从而达到距离远，穿透能力强，胜任 任何频率（L 波段，S 波段） 。 采用了国际先进水平的 COFDM调制技术，既编码正交频分复用的简称，是目前世界 最先进和最具发展潜力的调制技术。其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配 到传输速率较低的若干子信道中进行传输。编码（C）是指信道编码采用编码率可变的 卷积编码方式，以适应不同重要性数据的保护要求。 我公司采用的 COFDM调制器，采 用独特的编程算法和专利技术，和其他同类产品相比，保密性高，并且可以实现低成本。 另外可以通过射频技术发挥 COFDM的卓越效能，使图像传输距离更远，非视距效果更强。 根据用户的要求和当地电磁环境的特殊情况，我们可以采用多种不同的频段，提供丰富 的频率资源供用户选择，在一个城市可以大规模使用和组网，结合我公司在视频编解码 和网络传输方面的卓越的技术优势，完全可以满足用户对图像传输的各种要求。 10 第四部分. 技术方案 一般而言，SPY 系列最适合装在各种机动车（船）辆上，这是因为车载无线高清 晰视频实时传输从系统的天馈、供电甚至对人体辐射的影响等在由金属制造的机动车上 得以完美的组合，天线可以安装在车顶，发射机可以使用机动车的自备蓄电池，而安装 在车顶的天线因为车顶的屏蔽使得工作人员在汽车内吸收不到辐射，因此很安全。 我们通常使用一套点对点的设备，即将一台发射机安装在机动车上，接收机安装在 指挥中心。 如果我们使用多套设备，即很多辆通信指挥车上都装上移动式发射机，同时接收机 都放在指挥中心，这就组成了点对多点的组网系统，但这种系统从结构上来说是比较简 单的。 如果我们在多辆甚至几十辆机动车上安移动式发射机， 而接收机则放置在不同的 区域，这些区域接收的图像最后通过通信网络集中并接收和控制显示。这是在一些大城 市或军队等的应用。 下面，我们将一一对上述三种网络结构进行描述。 1点对点通信方式： 通常，我们最普遍的使用就是采用点对点方式应用，这种应用方式结构简单，只需 将移动式的发射机安装在机动车上或由工作人员背负，我们就可以进行传输了，但是一 定要注意以下几点： 点对点传输的图像和语音都是单向的。 接收天线通常要安装在高处，越高越好。 发射机的电缆越短越好。 安装在机动车上的发射机可以使用手持摄像机或固定安装的高清晰度带自动光圈的 摄像头，如果要控制摄像头，最好配上云台和控制器等外围设备，摄像头可以在车上控 制，也可以在指挥中心通过无线指令发射接收系统控制。 同时，系统支持广播级视频传输，可实现一个发射端发射，多个接收端接收，达到 一发多收的监控效果。 11 有些用户需要在点对点图像传输应用系统中增加远程图像传输功能，即可以在用户 的局域网内或 IP网络内进行视频传输，这种应用比较简单，主要根据用户 IP网络的带 宽来决定使用哪种设备，如果用户拥有的带宽小于 2M，我们建议使用 MPEG4视频编解 码器，如果带宽高于 2M,我们建议用户使用 MPEG2视频编解码器。 另外，我们还要考虑到在某些城市的应用中，为了增大无线图像传输的覆盖范围， 我们有必要在城市最高的建筑物上安装接收机，同时通过安装中继系统达到全城漫游覆 盖。 中继系统指的是延长传输距离，中转传输信号的一整套设备，中继系统分为下列几 种方式： 微波中继方式：使用固定微波传输； 光纤中继方式：使用光纤网络传输； 网络中继方式：使用 IP网络传输，如：数据专线，ADSL,局域网等； 移动中继方式：使用另外一套系统中转； 12 微波中继方式示意图。 网络中继方式示意图。 13 2点对多点应用系统： 点对多点的组网方式，一般在某些城市或单位系统在整个城市或地区的应用，比如 大城市的应急指挥系统，分布在多个部门如公安刑侦系统，消防系统，交警系统，城管 系统，水利系统等，如何将这些应用部门综合起来，组成一个资源共享的综合网络监控， 这就需要我们将不同部门的接收到的图像进行处理并通过不同的网络远程传输到一个集 中的指挥中心，如市应急指挥中心等，我们需要对各个独立的无线视频实时传输系统按 不同的环境和条件进行整合，这就需要建立一个完整的通信指挥调度系统。 如果使用多套移动式无线高清晰度视频实时传输系统，我们必须在工程应用 以前规划好用户的应用方式和方法，作出统一和有序的规划。这些工作包括： 统一的频率规划，我们可以根据用户所在地的无线频率资源实际情况合理使用 频率，统一规划频率资源；保证用户的系统能够在当地正常运行并具有升级或 扩展功能。 合理的选择接收地点，这点必须考虑用户对无线图像传输系统的通信距离即覆 盖范围的要求，并且要考虑用户是否需要对图像进行控制、中继和转信，如果 用户接收机的安装地点放在指挥中心，就要求指挥中心的高度保证是本地的制 高点，并且在附近 200米1000 米范围内没有高大建筑遮挡，如果这个条件满 14 足不了，将会严重影响 400S或移动 400M型的接收覆盖范围和使用效果。 天馈系统的安装和配件选择，如果必要，我们有可能将接收系统安装在室外。 接收设备的控制和后端处理。使用多套移动式设备，相对应的需要使用多套接 收机并接收多路图像，因此，后端（指挥中心）对图像处理设备必须进行合理 配置。 3多点对多点； 多点对多点，指的是由多个不同频点的发射前端和接收系统组成的应用网络，系统 比较复杂，成本较高。 多点发射，必须使用多个不同频率的发射机，发射机数量越多，占用频率带宽越宽， 接收系统也必须使用多个不同频率来同时接收，因此，接收系统结构较负责，但这种应 用方式，大大提高了系统的覆盖范围和应用群体，一个中等以上的城市采用多点对多点 的网络结构，可以将多个部门的图像共享，传输多路图像，如果有一个完整的调度体系， 就可以组成一个应急指挥视频监控系统或移动视频监控系统。 15 第五部分。应用方式 通过上述的分析，我们可以在一个由无线高清晰度视频实时传输系统组成的应用体 系中，根据传输方式和网络结构分类为各种不同的应用，但在实际使用时，即工作方式 和使用环境上我们又分为下列几种： 人到车； 一般，在某些部门，采用由工作人员携带前端设备，如军队的侦察人员，消防 部门的消防和搜救队员已及公安部门的刑侦队员等，工作人员采用背负发射前端设 备，将信号从各种现场（建筑物内，街道，广场，战场等）传到后方的指挥车或者 直接传到指挥中心，这种应用方式主要是受到发射机功率的限制，因为由人员携带 的设备在功耗和功率上都必须降低要求，对发射机的供电和天线的长度以及设备的 体积和重量都要综合考虑，因此，传输距离较短，在同一条街道（同一平面） ，我 们通过测试得出的传输距离一般在有阻挡情况下可以达到 2公里以上，无阻挡情况 下可以传输 5公里以上。 车到车； 车到车方式，一般在军队和公安等部门使用比较广泛，由于发射前端安装在机 动车上，从而能够保证有正常的供电系统，可以在机动车上使用大功率发射机，从 而提高传输距离，无阻挡情况下，在同一平面的街道上，车到车之间的传输距离可 以达到 30-50公里以上，有阻挡情况下，最小传输距离可以达到 20-30公里。 车载接收系统可以使用带升降杆和高增益全向天线结合的方式，接收天线的高 度越高，传输距离越远，因此，车载接收系统使用车载天线也要尽可能的使用高增 益天线，并尽可能使用大型车辆及升挂设备。 16 车到指挥中心； 车到指挥中心，一般指的是发射前端安装在机动车上，而接收系统安装在指挥 中心，这和车到车方式类似，但由于接收系统安装在指挥中心，也就有条件安装在 比较高的位置上，这样，其覆盖范围大大提高，如果安装接收天线的高度达到 100M,则在有阻挡的情况下，移动式无线高清晰度视频实时传输系统能够传输 30- 50公里，如果高度达到 200米，则可以在有阻挡的情况下传输 50-100KM以上，而 在无阻挡的情况下，可以传输 50100Km 远，车到指挥中心这种工作方式，适合在 大、中型城市使用，也可以作为一种中继方式使用，这种用法适合公安、消防指挥 车等等的应用。 全城联网覆盖（移动基站覆盖方式） ； 所谓全城联网覆盖，在前面的传输网络结构已作介绍，一般全城联网覆盖有 一发多收网络结构和多发多收网络结构，适合大城市、特大城市的无线移动视频监 控，下面我们以一发多收这种网络结构来详细介绍这种应用方式，而多点对多点的 联网覆盖方式是在一发多收的联网覆盖方式上叠加多各频点发射设备而组成的。 假设某各大城市公安部门使用移动式无线高清晰度视频实时传输系统作为应 急指挥系统的辅助装备，用于“110” 指挥中心，将各个区域的重大事件的实时视 频传回到市指挥中心，提供给市局领导决策指挥，该城市管辖区域长 30公里，宽 10公里。这个城市现代化程度非常高，高楼大厦多，居民区密集，楼房间距小， 而且希望一期覆盖范围能达到 70，主要干道和主要商业区覆盖范围能达到 90。因此，我们建议该市局一期工程采用一发多收全城覆盖方式，而二期工程采 17 用多发多收的全城覆盖方式。 首先，我们选取该市主要商业中心和重点路段，根据该城市制高点的分布情况， 分为方圆半径为 25 公里不等的 6个覆盖区域，楼群集中的商业区覆盖范围为 3 公里，一般居民区和工业区覆盖范围为 5公里，6 个区域架设 6个全向接收系统， 系统接收回来的图像通过三路 2M数据专线，使用我公司的视频服务器或微波方式 发回到市指挥中心，当市局的通信指挥车到达 A区时，在市局的指挥中心在