摘? 要：視頻圖像傳輸是支撐電視監(jiān)控的一項(xiàng)功能，其可以分為有線、無線兩種形式，其中，有線傳輸出現(xiàn)的時(shí)間較早，應(yīng)用表現(xiàn)也非常突出，因此開始迅速普及。但是隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)張，人們發(fā)現(xiàn)視頻圖像有線傳輸存在應(yīng)用條件上的限制，如當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)與中央控制端距離過遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致有線傳輸運(yùn)作質(zhì)量大幅下滑，且出現(xiàn)巨大的成本。因此，通過不斷的研究，視頻圖像無線傳輸應(yīng)運(yùn)而出。視頻圖像無線傳輸突破了有線傳輸?shù)木嚯x、成本限制，讓視頻圖像傳輸?shù)膽?yīng)用價(jià)值得到提升，而微波技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)闹匾夹g(shù)，因此，要對(duì)視頻圖像無線傳輸進(jìn)行應(yīng)用，必須對(duì)微波技術(shù)有深刻的認(rèn)知，本文將對(duì)此展開相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：視頻圖像無線傳輸;微博技術(shù);電視監(jiān)控? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中圖分類號(hào)：TN292? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

導(dǎo)語

以微波技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻圖像無線傳輸較于其他形式的無線傳輸，具有容量大、質(zhì)量高、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，因此，微波技術(shù)在電視監(jiān)控領(lǐng)域與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。微波技術(shù)的核心在于“微波”，這種波段具有頻率高、波長(zhǎng)短，傳播速度接近光波等特點(diǎn)，且可以通過傳輸路徑改造規(guī)避微波技術(shù)的一些缺陷。我國(guó)最新研發(fā)的微波技術(shù)頻段K正在迅速推廣中，這種頻段的微波的頻率過于高、波長(zhǎng)過于短，在應(yīng)用中雖然能夠讓傳輸效率更快，但是K頻段微波是直線運(yùn)行的，如果傳輸過程中遭遇阻礙就會(huì)形成反射或倍隔斷，而針對(duì)這一問題，可以采用中斷轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行規(guī)避。另外，我國(guó)目前最常用的微波技術(shù)頻段是L、S、C，這三種頻段雖然在效率上弱于K，但是適用性更強(qiáng)，因此，如何正確選擇微波技術(shù)，會(huì)影響到視頻圖像無線傳輸?shù)馁|(zhì)量，這一點(diǎn)需要相關(guān)人員引起重視。

1.微波技術(shù)概述及其特點(diǎn)

1.1微波技術(shù)概述

微波技術(shù)中的“微波”是一種頻率在300MHz-3000GHz范圍內(nèi)的電磁波，屬于無線電波中的一種有限頻帶，它的波長(zhǎng)在1米（不含1米）至0.1毫米之間，可以分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波等幾種，其中，最常用的是分米波、厘米波、毫米波（亞毫米波還在研究過程中，還沒有得到實(shí)際應(yīng)用）。根據(jù)“微波”的特性，在微波技術(shù)使用中，需要依照實(shí)際情況設(shè)定微波的頻率范圍、中心波長(zhǎng)、常用主頻率、波長(zhǎng)（表1展示了L、S、C、K四種微波的參數(shù)），因?yàn)槲⒉ㄅc微波之間會(huì)形成干擾，所以不能重合使用。原理上，“微波”作為微波技術(shù)信息傳輸中的主要載體，它的工作頻率越高，其結(jié)構(gòu)越小、信息容量越大、信號(hào)分辨率越強(qiáng)，但同時(shí)也會(huì)帶來更大的損耗，因此，在使用中必須控制傳輸距離，否則容易造成信號(hào)質(zhì)量問題。另外，現(xiàn)代以微波技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的信息通信系統(tǒng)普遍會(huì)增上一個(gè)擴(kuò)頻功能，這項(xiàng)功能能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行擴(kuò)展，使其在更寬的帶寬上進(jìn)行傳輸，這樣信息就不容易被人為攔截或干擾，具有良好的抗衰落能力。表2展示了“微波”與工業(yè)用電和無線電中波廣播的參數(shù)區(qū)別，以便于將三者進(jìn)行比較。

1.2微波技術(shù)的特點(diǎn)

“微波”作為電磁波的一種，其必然具有電磁波的反射、透射干涉、衍射、偏振、能量波動(dòng)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得微波技術(shù)在生產(chǎn)、傳輸、擴(kuò)大、輻射“微波”時(shí)，不能采用普通無線電或交流電的方法，需要嚴(yán)格采用“電磁場(chǎng)”概念進(jìn)行運(yùn)作，這是微波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)。

1.2.1特點(diǎn)一

因?yàn)椤拔⒉ā笔侵本€傳輸?shù)?，所以，如果在傳輸過程中遇到了阻礙，且阻礙物質(zhì)具有金屬表面，則必然會(huì)引起“微波”反射，反射方向上與光反射原理一致。如果“微波”在直線傳輸中遇到了“鐵塊”，則會(huì)根據(jù)“鐵塊”表面的形狀、角度等形成反射波，代表“微波”傳輸倍阻隔。此外，如果在傳輸過程中遇到的阻隔物不是金屬材質(zhì)的，則可能會(huì)引發(fā)散射、吸收等問題，但最終結(jié)果都是“微波”無法繼續(xù)傳播。

1.2.2特點(diǎn)二

首先，“微波”的運(yùn)作頻率極高，因此，其具有很突出的輻射效應(yīng)，這一點(diǎn)在早期視頻圖像有線傳輸中非常常見，即在早期視頻圖像有線傳輸應(yīng)用中，會(huì)采用普通導(dǎo)線來傳播“微波”，但是“微波”受普通導(dǎo)線影響，其能量會(huì)不斷向周邊輻射，這說明傳輸距離越長(zhǎng)，則“微波”能量越弱，造成傳播強(qiáng)度衰減問題。因此，視頻圖像有線傳輸不再適用，視頻圖像無線傳輸?shù)玫搅烁嗟年P(guān)注。

其次，在視頻圖像無線傳輸中，因擴(kuò)頻技術(shù)的使用，讓微波技術(shù)升級(jí)為“微波擴(kuò)頻技術(shù)”。這種技術(shù)一般采用直接序列實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻，即在傳輸中采用高碼率擴(kuò)頻序列，將序列作用于信號(hào)發(fā)射端，可以起到擴(kuò)展信號(hào)頻譜的作用，同時(shí)，要在接收端設(shè)置相同的擴(kuò)頻碼序列，由此實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，讓擴(kuò)頻信號(hào)還原成原有信號(hào)，以便于讀取。此外，除了直接序列擴(kuò)頻形式以外，現(xiàn)代還存在另一種擴(kuò)頻技術(shù)形式，即跳頻技術(shù)。這種技術(shù)主要采用隨機(jī)碼對(duì)跳頻載頻進(jìn)行控制，在帶寬范圍內(nèi)依照隨機(jī)規(guī)律不斷調(diào)換頻率，同時(shí)依照相同規(guī)律對(duì)接收端頻率進(jìn)行控制，這樣就能夠讓發(fā)射端、接收端的頻率變化保持動(dòng)態(tài)性一致關(guān)系，不會(huì)影響到信號(hào)接收。視頻技術(shù)的使用意義在于：能讓微波技術(shù)的抗干擾、保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等能力提升，但要充分發(fā)揮擴(kuò)頻技術(shù)功能，還必須根據(jù)實(shí)際情況選擇技術(shù)形式。

2.視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用

要在視頻圖像無線傳輸中應(yīng)用微波技術(shù)，就必須使用擴(kuò)頻技術(shù)對(duì)微波技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，使其成為“微波擴(kuò)頻技術(shù)”，因此，以“微波擴(kuò)頻技術(shù)”為核心，根據(jù)“微波擴(kuò)頻技術(shù)”應(yīng)用案例，將該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用流程簡(jiǎn)化為三個(gè)步驟，即頻點(diǎn)選擇、擴(kuò)頻技術(shù)選型、方案構(gòu)建。

2.1頻點(diǎn)選擇

最早在視頻圖像無線傳輸中使用微波技術(shù)的國(guó)家是美國(guó)。其在20世紀(jì)80年代末期，通過FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）開放了一種全公開的微波頻段，即ISM（Industrial，Scientific，andMedical），此舉讓微波技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，引起了世界其他科技強(qiáng)國(guó)中相關(guān)領(lǐng)域人員的研究熱潮。在這一背景下，我國(guó)在當(dāng)時(shí)也開發(fā)、開放了兩種ISM頻段下的頻點(diǎn)，即2.4GHz和5.8GHz。其中，2.4GHz通過IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議即可使用，能夠支撐5.5Mbps、11Mbps兩種物理層速率，同時(shí)具有良好的靈活性表現(xiàn)，能根據(jù)環(huán)境在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps中來回切換，保障通信順暢，還能在2Mbps、1Mbps速率下與IEEE802.11保持兼容關(guān)系;5.8GHz通過IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議即可使用，它的傳播速率可以達(dá)到54Mbps，這是2.4GHz不具備的特點(diǎn)，同時(shí)，因?yàn)?.8GHz與2.4GHz的差異，5.8GHz會(huì)避開2.4GHz頻點(diǎn)，避免頻點(diǎn)擁擠。在這兩種頻點(diǎn)條件下，微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用需要根據(jù)兩個(gè)要點(diǎn)來進(jìn)行選擇，確保視頻、圖像信息傳輸滿足實(shí)際要求，即成本與傳輸效率。2.4GHz因?yàn)槠涔_性良好，出于成本角度，會(huì)帶來大量的用戶，但是，如果在視頻圖像無線傳輸中，需要微波技術(shù)有良好的傳輸效率表現(xiàn)，則不建議采用這種頻點(diǎn);5.8GHz與2.4GHz頻段完全相反，其傳輸效率快，但其成本較大。

2.2擴(kuò)頻技術(shù)選型

根據(jù)以上（2.2技術(shù)特點(diǎn)中的特點(diǎn)二）分析可知，微波技術(shù)中的擴(kuò)頻技術(shù)具有兩種形式，即直接序列、跳頻。其中，直接序列在擴(kuò)頻運(yùn)作上具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸效率快的特點(diǎn)，但因?yàn)槠鋽U(kuò)頻后的微波是直線運(yùn)行的，因此，如果環(huán)境中存在阻隔，會(huì)帶來很多負(fù)面影響，甚至無法實(shí)現(xiàn)微波無線傳輸。因此，在選擇直接序列擴(kuò)頻之前，必須對(duì)環(huán)境的通暢度進(jìn)行分析，如果有很多阻隔因素，則不建議選擇直接序列擴(kuò)頻，但如果條件運(yùn)行，這種擴(kuò)頻技術(shù)更具優(yōu)勢(shì);而跳頻擴(kuò)頻技術(shù)在傳輸距離、傳輸效率上雖然弱于直接序列擴(kuò)頻，而它的優(yōu)勢(shì)在于抗干擾能力強(qiáng)、靈活性優(yōu)秀，即如果環(huán)境中存在阻隔因素，在跳頻技術(shù)使用中可以在每個(gè)阻隔因素附近安裝一個(gè)接收端，再由接收端將“微波”發(fā)送到另一個(gè)接收端，以此類推，最終將“微波”發(fā)送到用戶終端即可。同時(shí)，在跳頻的強(qiáng)抗干擾能力下，當(dāng)其遇到超過固定容限干擾（如反射源不規(guī)則的無規(guī)則全反射、噪聲干擾等）時(shí)，可以很好地避開干擾，確保信息傳播質(zhì)量。

2.3方案構(gòu)建

在直接序列、跳頻基礎(chǔ)上，視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案可以分為兩種，這兩種方案的特點(diǎn)與直接序列、跳頻高度一致（即采用直接序列，只設(shè)置終端、接收端即可，而采用跳頻則在終端與接收端之間，再設(shè)置若干中轉(zhuǎn)接收端）。但是，無論采用哪一種擴(kuò)頻技術(shù)，視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案構(gòu)建要具備兩大要素。

2.3.1要素一

在視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用方案中，終端與接收端、接收端與相鄰中轉(zhuǎn)接收端之間的距離都要盡可能的保持在視距范圍內(nèi)，此舉是為了保障傳輸過程中信號(hào)的強(qiáng)度。即雖然微波技術(shù)與擴(kuò)頻技術(shù)可以避免信號(hào)強(qiáng)度衰弱，但“微波”的能量衰減性會(huì)導(dǎo)致避免的不徹底，在長(zhǎng)距離傳輸中依然可能出現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度不足的問題。然而，如果終端與接收端、接收端與相鄰中轉(zhuǎn)接收端之間的距離在視距范圍內(nèi)，則強(qiáng)度衰弱程度很低，且經(jīng)過中轉(zhuǎn)接收端的再次擴(kuò)頻，可以再次提高信號(hào)強(qiáng)度，這樣才能完全避免信號(hào)強(qiáng)度衰弱現(xiàn)象，消除長(zhǎng)距離信號(hào)強(qiáng)度不足的問題。這里提到的“視距”在電視監(jiān)控中，是指單個(gè)監(jiān)控設(shè)備的最大拍攝范圍。

2.3.2要素二

中轉(zhuǎn)接收端的解擴(kuò)速度應(yīng)該盡可能的快，即在跳頻擴(kuò)頻技術(shù)形勢(shì)下，視頻圖像無線傳輸中“微波”需要中轉(zhuǎn)多次才能到達(dá)終端，這必然會(huì)導(dǎo)致傳輸速度變慢，但是，如果變慢的幅度較小，則尚且可以接收，而如果每個(gè)中轉(zhuǎn)接收端的解擴(kuò)速度比較慢，則變慢幅度會(huì)很大，造成嚴(yán)重的信息延時(shí)問題，這與電視監(jiān)控的實(shí)時(shí)性原則不符。因此，每一個(gè)中轉(zhuǎn)接收端的解擴(kuò)速度要盡可能的快。要讓每一個(gè)中轉(zhuǎn)接收端的解擴(kuò)速度要盡可能的快，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮帶寬資源分配問題，每個(gè)中轉(zhuǎn)接收端占用的帶寬資源越多，則其解擴(kuò)速度越快。

3.視頻圖像無線傳輸中微波技術(shù)的應(yīng)用案例

首先，某電視監(jiān)控系統(tǒng)由定向天線、無線網(wǎng)橋、全方位攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器組成。其中，定向天線是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，即該系統(tǒng)采用的是直接序列擴(kuò)頻，因此，微波是直線傳輸?shù)?，這時(shí)天線與天線（天線代表了發(fā)射端與中轉(zhuǎn)接收端）的間距要保持在視距范圍之內(nèi)，且在兩個(gè)相鄰的天線之間有一個(gè)較短的通信距離，這個(gè)距離區(qū)間內(nèi)最好不要有阻隔物，特別是阻隔性強(qiáng)、厚度大的物質(zhì)（如果條件不允許，則最多可以存在2個(gè)左右1m左右的阻隔物，但是這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能不穩(wěn)定）。另外，考慮到氣候?qū)μ炀€性能的影響，需要對(duì)天線進(jìn)行增益，即在相鄰天線傳輸中，確保兩端天線極化方向相同，再對(duì)某一端天線的方向進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，對(duì)雙方接收電平進(jìn)行檢測(cè)，找到最大電平后保持當(dāng)前天線狀態(tài)即可。

其次，針對(duì)無線網(wǎng)橋采用2.4GHz頻點(diǎn)與直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，并對(duì)網(wǎng)橋發(fā)射功率可調(diào)區(qū)間進(jìn)行設(shè)置，即1mW～600mW。在接收端選擇了在傳輸速率11Mbit/s條件下，靈敏度達(dá)-85dB、傳輸距離達(dá)20km的設(shè)備，且采用軟件對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，以保障設(shè)備運(yùn)作始終保持在最佳狀態(tài)。

最后，考慮到天線在方案中位于建筑最高點(diǎn)，容易遭遇雷擊，因此，方案中還采用了避雷器來保護(hù)天線與無線網(wǎng)橋的安全，即避雷器的使用在天線遭遇雷擊時(shí)，第一時(shí)間將天線與網(wǎng)橋斷開，隨后借助軟件恢復(fù)連接狀態(tài)即可，且考慮到方案頻點(diǎn)為2.4GHz，因此，避雷器為3GHz避雷器。此外，案例中全方位攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的具體功能見表3，它們主要根據(jù)實(shí)際監(jiān)控要求來布置，與對(duì)應(yīng)天線、無線網(wǎng)橋連接即可。

結(jié)語

綜上所述，本文對(duì)“視頻圖像無線傳輸中運(yùn)用微波技術(shù)的思考”課題進(jìn)行了研究，分析了微波技術(shù)的原理與特點(diǎn)，并結(jié)合理論闡述了微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用情況，通過分析可知，微波技術(shù)在視頻圖像無線傳輸中的應(yīng)用需要注意的三個(gè)重點(diǎn)。最后通過案例解析了微波技術(shù)的應(yīng)用方法，以供相關(guān)領(lǐng)域人員參考。

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作者簡(jiǎn)介：龐剛（1979-），男，遼寧海城人，碩士，高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向：媒體視頻技術(shù)-互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。