【ＩＴＳ的關(guān)鍵技術(shù)研究】多媒體研究的關(guān)鍵技術(shù)

　　摘要：ITS，全稱(chēng)為Intelligent transportation System，即智能交通系統(tǒng)，是新近發(fā)展起來(lái)的一門(mén)熱點(diǎn)綜合學(xué)科。本文介紹了ITS基于嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多媒體數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸設(shè)計(jì)。
　　關(guān)鍵詞：ITS；多媒體數(shù)據(jù)傳輸；嵌入式系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　
　　1 ITS概述
　　
　　ITS，全稱(chēng)為Intelligent transportation System，即智能交通系統(tǒng)，是新近發(fā)展起來(lái)的一門(mén)熱點(diǎn)綜合學(xué)科。
　　目前，有關(guān)ITS的研究主要?jiǎng)澐譃橐韵滤膫�(gè)方面：
　　1.先進(jìn)的汽車(chē)控制系統(tǒng)（AVC）
　　2.先進(jìn)交通管理系統(tǒng)（ATMS）
　　3.先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)（APTS）
　　4.先進(jìn)公共運(yùn)輸系統(tǒng)（APTS）
　　
　　2 多媒體數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸在ITS中的關(guān)鍵性
　　
　　ITS是一項(xiàng)大型的系統(tǒng)工程，包含有很多子系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；但是從基本的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，ITS的各個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成是一種分布式的分層結(jié)構(gòu)。如圖1所示：
　　
　　圖1ITS系統(tǒng)構(gòu)成
　　最底層是大量的數(shù)據(jù)終端，而某一區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量的數(shù)據(jù)終端由一個(gè)工作站進(jìn)行管理和控制；處于最上層的是一個(gè)子系統(tǒng)管理中心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行宏觀的管理。
　　
　　3 多媒體數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送流程設(shè)計(jì)
　　
　　參照ITS的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，可以將多媒體數(shù)據(jù)的傳送劃分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：多媒體數(shù)據(jù)的獲��；多媒體數(shù)據(jù)的處理；數(shù)據(jù)終端和工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸；工作站和管理中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　4 多媒體數(shù)據(jù)壓縮處理方案設(shè)計(jì)
　　
　　1.壓縮處理算法
　　由于多媒體數(shù)據(jù)一般具有很大的數(shù)據(jù)量，從而不適于不加處理直接傳輸；同時(shí)，多媒體數(shù)據(jù)具有很大的自相關(guān)性 ，在允許一定限度失真的前提下有很大的壓縮潛力。如果利用信號(hào)具有的空間、時(shí)間、結(jié)構(gòu)、知識(shí)、信息熵和視覺(jué)等冗余度，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膲嚎s算法，可以大大的降低多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量。
　　2.壓縮處理的嵌入式實(shí)現(xiàn)
　　采用嵌入式DSP實(shí)現(xiàn)多媒體信息的壓縮處理，如JPEG算法，有其特定的優(yōu)勢(shì)。首先它能夠較好地融入整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中去；DSP的設(shè)計(jì)能夠保證高速、可靠的完成壓縮處理算法；如果采取主控的嵌入式控制器軟件完成壓縮處理的方式，則不僅會(huì)降低處理速度，同時(shí)會(huì)大幅度增加控制器的負(fù)載，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)、控制靈敏度；DSP的豐富的接口方式可以使數(shù)據(jù)能夠很方便地在DSP和主控嵌入式控制器之間進(jìn)行傳遞。
　　
　　5 多媒體數(shù)據(jù)的本地網(wǎng)傳輸設(shè)計(jì)
　　
　　ITS的分層結(jié)構(gòu)使得多媒體數(shù)據(jù)在ITS系統(tǒng)中的傳輸具有分級(jí)的特點(diǎn)。根據(jù)不同環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，多媒體數(shù)據(jù)的傳輸具有不同的設(shè)計(jì)以適應(yīng)系統(tǒng)要求。
　　從大體上講，ITS系統(tǒng)的具有一定的分布不均勻的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)終端大量分布， 在交通路口、收費(fèi)站、路段監(jiān)控點(diǎn)等工作站的附近位置。
　　因此，數(shù)據(jù)終端和工作站之間的實(shí)時(shí)連接和數(shù)據(jù)傳輸，可以考慮直接利用本地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。
　　常見(jiàn)的本地網(wǎng)有以下一些類(lèi)型：
　　1.工業(yè)串行網(wǎng)RS422/485
　　2.基帶型總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）
　　以太網(wǎng)的總線型結(jié)構(gòu)使得這種網(wǎng)絡(luò)形式具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：
　　（1）網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)接入設(shè)備之間相互獨(dú)立。
　�。�2）幾乎不修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以方便地增加或者減少接入設(shè)備。
　　但是以太網(wǎng)的共享介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)和與之相應(yīng)的載波監(jiān)聽(tīng)沖突檢測(cè)多路訪問(wèn)（CSMA/CD）協(xié)議，造成以太網(wǎng)具有相當(dāng)?shù)牟蛔阒�處。以太網(wǎng)中，不同接入設(shè)備之間的傳輸時(shí)間可能差別相當(dāng)大；相同的兩個(gè)接入設(shè)備之間的傳輸時(shí)間，也可能隨著時(shí)間的變化而變化。這種缺點(diǎn)對(duì)于對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求很高的ITS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很?chē)?yán)重的。因此以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也不能滿(mǎn)足ITS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
　　3.令牌環(huán)形局域網(wǎng)
　　 令牌環(huán)網(wǎng)的工作原理和輪詢(xún)方式很相近，各個(gè)接入設(shè)備順次進(jìn)行傳輸，每個(gè)設(shè)備傳輸完之后，把令牌交給環(huán)中下一個(gè)設(shè)備，如此反復(fù)。
　　由于令牌環(huán)網(wǎng)的這種工作方式，使得LAN中每個(gè)接入設(shè)備的傳輸延時(shí)基本相同，而且可以估計(jì)；同時(shí)，LAN的傳輸過(guò)程對(duì)系統(tǒng)負(fù)載不敏感，在重載的情況下，令牌環(huán)網(wǎng)仍能夠高效率的工作。
　　但是令牌環(huán)網(wǎng)的環(huán)形結(jié)構(gòu)也造成了它的缺點(diǎn)。環(huán)形結(jié)構(gòu)使得各個(gè)接入設(shè)備之間是互相關(guān)聯(lián)的；如果一個(gè)接入設(shè)備損壞時(shí)，會(huì)造成整個(gè)LAN的全局性失效，從而使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。而ITS系統(tǒng)中，對(duì)LAN的工作可靠性有相當(dāng)?shù)囊�求，這個(gè)缺點(diǎn)使得令牌環(huán)網(wǎng)也不適應(yīng)ITS系統(tǒng)的要求。
　　4.令牌總線局域網(wǎng)
　　IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)提出的令牌總線型局域網(wǎng)，綜合了總線型網(wǎng)絡(luò)和令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，是一類(lèi)適合于實(shí)時(shí)性高的系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：
　　 令牌總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在物理構(gòu)成上是總線網(wǎng)，其接入設(shè)備均連接到一條總線上；但是其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使得它在邏輯上成為一個(gè)令牌網(wǎng)，按照令牌網(wǎng)的工作流程進(jìn)行工作。令牌總線網(wǎng)具有總線型網(wǎng)絡(luò)在物理結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)和令牌環(huán)型網(wǎng)在邏輯結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)；即同時(shí)具有“接入方便”、“系統(tǒng)可靠性較高”和“無(wú)沖突”、“傳輸延時(shí)確定”、“網(wǎng)絡(luò)效率對(duì)負(fù)載不敏感”的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合上面關(guān)于ITS系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的討論，可以看出令牌總線網(wǎng)是一種適應(yīng)實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到ITS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
　　
　　6 多媒體數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸設(shè)計(jì)
　　
　　在多媒數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)終端和工作站的傳輸環(huán)節(jié)，由于數(shù)據(jù)終端和工作站具有空間上的臨近關(guān)系，采用了LAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)。然而ITS系統(tǒng)中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)十分龐大的，造成工作站與管理中心之間的空間距離相當(dāng)遠(yuǎn)；這時(shí)再采用LAN結(jié)構(gòu)是無(wú)法解決的。因此，要求通過(guò)廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作站和管理中心之間的實(shí)時(shí)連接。
　　現(xiàn)有的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)的種類(lèi)十分豐富：
　　1.Cable Modem技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)
　　Cable Modem是近年來(lái)興起的一種高速網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)技術(shù)，他以寬帶同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，能夠達(dá)到上兆bps的傳輸速度。但是如果將這些技術(shù)應(yīng)用于ITS系統(tǒng)，則需要重新進(jìn)行線路鋪設(shè)；線路鋪設(shè)的工作量和成本是非常大的。
　　2.MODEM技術(shù)
　　MODEM是一類(lèi)很成熟的通信技術(shù)，大量使用在網(wǎng)絡(luò)接入場(chǎng)合。但是MODEM技術(shù)在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，傳輸信息為模擬信號(hào)，容易受環(huán)境干擾，線路噪音大，誤碼率較高。
　　3.ISDN技術(shù)
　　ISDN是Integrated Service Digital Network的縮寫(xiě)，即綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，它是以電話綜合數(shù)字網(wǎng) （Integrated Digital Network， IDN）為基礎(chǔ)發(fā)展成的通信網(wǎng)，能提供端到端的數(shù)字連接。
　　普通的N-ISDN技術(shù)分為基本速率接口BRI（2B+D）和一次群速度接口PRI（30B+D）。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)腂信道的帶寬為64kbps，因此BRI接口的傳輸速度可以達(dá)到128kbps，可以滿(mǎn)足一般的多媒體數(shù)據(jù)傳輸要求；更加高的性能要求可以通過(guò)PRI接口實(shí)現(xiàn)。因此，在ITS中使用N-ISDN技術(shù)解決多媒體數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸是較為現(xiàn)實(shí)的。
　　4.xDSL技術(shù)
　　xDSL（x Digital Subscriber Line）是一類(lèi)更新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總稱(chēng)。它也是利用電話網(wǎng)的銅質(zhì)雙絞線作為傳輸媒質(zhì)，采用的是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)進(jìn)行傳送的傳輸方式。xDSL技術(shù)對(duì)傳輸距離的限制比較嚴(yán)格，一般為一千米左右的范圍，同時(shí)與ISDN技術(shù)相比，價(jià)格相當(dāng)昂貴。
　　因此，N-ISDN技術(shù)作為一種比較成熟的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可以在ITS的遠(yuǎn)程傳輸環(huán)節(jié)采用。雖然N-ISDN不具有絕對(duì)的性能優(yōu)勢(shì)，但是在性能可以滿(mǎn)足ITS系統(tǒng)要求的前提下，N-ISDN技術(shù)具有較強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此成為設(shè)計(jì)的首選。
　　
　　7 多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧綄?shí)現(xiàn)
　　
　　1.嵌入式系統(tǒng)的核心――嵌入式通信處理器MPC860
　　MPC860是基于PowerPC內(nèi)核的下一代MC68360 Quad 集成通信控制器，英文簡(jiǎn)寫(xiě)為MPC860 PowerQUICCTM。該芯片具有功能強(qiáng)大的外圍接口，在通信、網(wǎng)絡(luò)以及控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　2.實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)――RTOS
　　RTOS，即實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。和一般的操作系統(tǒng)相比，RTOS對(duì)實(shí)時(shí)性的支持更佳；同時(shí)對(duì)處理器和內(nèi)存的要求很低，十分適合于嵌入式系統(tǒng)使用。
　　3.基于MPC860的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)終端、工作站的具體功能，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)。MPC860的強(qiáng)大功能使得它適合做為這些嵌入式系統(tǒng)的核心處理器。
　　上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要的設(shè)計(jì)思想是利用嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)通信功能。MPC860中的通信控制器CPM具有強(qiáng)大的通信處理功能，很適應(yīng)ITS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
　　數(shù)據(jù)終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示：
　　
　　圖2 數(shù)據(jù)終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖
　　工作站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示：
　　
　　圖3 工作站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
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