【ＩＴＳ的关键技术研究】多媒体研究的关键技术

　　摘要：ITS，全称为Intelligent transportation System，即智能交通系统，是新近发展起来的一门热点综合学科。本文介绍了ITS基于嵌入式系统和网络技术的多媒体数据远程传输设计。
　　关键词：ITS；多媒体数据传输；嵌入式系统；网络技术
　　中图分类号：TN929.11 文献标识码：A
　　
　　1 ITS概述
　　
　　ITS，全称为Intelligent transportation System，即智能交通系统，是新近发展起来的一门热点综合学科。
　　目前，有关ITS的研究主要划分为以下四个方面：
　　1.先进的汽车控制系统（AVC）
　　2.先进交通管理系统（ATMS）
　　3.先进的驾驶员信息系统（APTS）
　　4.先进公共运输系统（APTS）
　　
　　2 多媒体数据远程传输在ITS中的关键性
　　
　　ITS是一项大型的系统工程，包含有很多子系统，其结构较为复杂；但是从基本的特点来说，ITS的各个系统构成是一种分布式的分层结构。如图1所示：
　　
　　图1ITS系统构成
　　最底层是大量的数据终端，而某一区域内一定数量的数据终端由一个工作站进行管理和控制；处于最上层的是一个子系统管理中心，对整个系统进行宏观的管理。
　　
　　3 多媒体数据的远程传送流程设计
　　
　　参照ITS的系统层次结构，可以将多媒体数据的传送划分为以下几个环节：多媒体数据的获取；多媒体数据的处理；数据终端和工作站之间的数据传输；工作站和管理中心之间的数据传输。
　　
　　4 多媒体数据压缩处理方案设计
　　
　　1.压缩处理算法
　　由于多媒体数据一般具有很大的数据量，从而不适于不加处理直接传输；同时，多媒体数据具有很大的自相关性 ，在允许一定限度失真的前提下有很大的压缩潜力。如果利用信号具有的空间、时间、结构、知识、信息熵和视觉等冗余度，设计适当的压缩算法，可以大大的降低多媒体数据的数据量。
　　2.压缩处理的嵌入式实现
　　采用嵌入式DSP实现多媒体信息的压缩处理，如JPEG算法，有其特定的优势。首先它能够较好地融入整个嵌入式系统的设计中去；DSP的设计能够保证高速、可靠的完成压缩处理算法；如果采取主控的嵌入式控制器软件完成压缩处理的方式，则不仅会降低处理速度，同时会大幅度增加控制器的负载，从而降低整个系统的响应、控制灵敏度；DSP的丰富的接口方式可以使数据能够很方便地在DSP和主控嵌入式控制器之间进行传递。
　　
　　5 多媒体数据的本地网传输设计
　　
　　ITS的分层结构使得多媒体数据在ITS系统中的传输具有分级的特点。根据不同环节的特点，多媒体数据的传输具有不同的设计以适应系统要求。
　　从大体上讲，ITS系统的具有一定的分布不均匀的特点。数据终端大量分布， 在交通路口、收费站、路段监控点等工作站的附近位置。
　　因此，数据终端和工作站之间的实时连接和数据传输，可以考虑直接利用本地网实现。
　　常见的本地网有以下一些类型：
　　1.工业串行网RS422/485
　　2.基带型总线局域网（以太网）
　　以太网的总线型结构使得这种网络形式具有两个突出的优点：
　　（1）网络上各个接入设备之间相互独立。
　　（2）几乎不修改网络结构，可以方便地增加或者减少接入设备。
　　但是以太网的共享介质的物理结构和与之相应的载波监听冲突检测多路访问（CSMA/CD）协议，造成以太网具有相当的不足之处。以太网中，不同接入设备之间的传输时间可能差别相当大；相同的两个接入设备之间的传输时间，也可能随着时间的变化而变化。这种缺点对于对实时性和可靠性要求很高的ITS系统来说是很严重的。因此以太网的结构也不能满足ITS系统的设计要求。
　　3.令牌环形局域网
　　 令牌环网的工作原理和轮询方式很相近，各个接入设备顺次进行传输，每个设备传输完之后，把令牌交给环中下一个设备，如此反复。
　　由于令牌环网的这种工作方式，使得LAN中每个接入设备的传输延时基本相同，而且可以估计；同时，LAN的传输过程对系统负载不敏感，在重载的情况下，令牌环网仍能够高效率的工作。
　　但是令牌环网的环形结构也造成了它的缺点。环形结构使得各个接入设备之间是互相关联的；如果一个接入设备损坏时，会造成整个LAN的全局性失效，从而使整个系统瘫痪。而ITS系统中，对LAN的工作可靠性有相当的要求，这个缺点使得令牌环网也不适应ITS系统的要求。
　　4.令牌总线局域网
　　IEEE802.4标准提出的令牌总线型局域网，综合了总线型网络和令牌环网络的优点，是一类适合于实时性高的系统的网络形式。其网络拓扑结构如下：
　　 令牌总线型网络结构在物理构成上是总线网，其接入设备均连接到一条总线上；但是其网络协议使得它在逻辑上成为一个令牌网，按照令牌网的工作流程进行工作。令牌总线网具有总线型网络在物理结构上的优势和令牌环型网在逻辑结构上的优势；即同时具有“接入方便”、“系统可靠性较高”和“无冲突”、“传输延时确定”、“网络效率对负载不敏感”的优点。结合上面关于ITS系统和网络结构的讨论，可以看出令牌总线网是一种适应实时性现场要求的网络结构，能够达到ITS系统的设计要求。
　　
　　6 多媒体数据的远程传输设计
　　
　　在多媒数据在数据终端和工作站的传输环节，由于数据终端和工作站具有空间上的临近关系，采用了LAN技术实现。然而ITS系统中，整个网络结构十分庞大的，造成工作站与管理中心之间的空间距离相当远；这时再采用LAN结构是无法解决的。因此，要求通过广域网（WAN）技术来实现工作站和管理中心之间的实时连接。
　　现有的数据远程传输技术的种类十分丰富：
　　1.Cable Modem技术和光纤传输技术
　　Cable Modem是近年来兴起的一种高速网络访问技术，他以宽带同轴电缆作为传输介质，能够达到上兆bps的传输速度。但是如果将这些技术应用于ITS系统，则需要重新进行线路铺设；线路铺设的工作量和成本是非常大的。
　　2.MODEM技术
　　MODEM是一类很成熟的通信技术，大量使用在网络接入场合。但是MODEM技术在信号传输的过程中，传输信息为模拟信号，容易受环境干扰，线路噪音大，误码率较高。
　　3.ISDN技术
　　ISDN是Integrated Service Digital Network的缩写，即综合业务数字网，它是以电话综合数字网 （Integrated Digital Network， IDN）为基础发展成的通信网，能提供端到端的数字连接。
　　普通的N-ISDN技术分为基本速率接口BRI（2B+D）和一次群速度接口PRI（30B+D）。用于数据传输的B信道的带宽为64kbps，因此BRI接口的传输速度可以达到128kbps，可以满足一般的多媒体数据传输要求；更加高的性能要求可以通过PRI接口实现。因此，在ITS中使用N-ISDN技术解决多媒体数据的远程传输是较为现实的。
　　4.xDSL技术
　　xDSL（x Digital Subscriber Line）是一类更新的网络技术的总称。它也是利用电话网的铜质双绞线作为传输媒质，采用的是将数字信号调制成模拟信号进行传送的传输方式。xDSL技术对传输距离的限制比较严格，一般为一千米左右的范围，同时与ISDN技术相比，价格相当昂贵。
　　因此，N-ISDN技术作为一种比较成熟的网络传输技术，可以在ITS的远程传输环节采用。虽然N-ISDN不具有绝对的性能优势，但是在性能可以满足ITS系统要求的前提下，N-ISDN技术具有较强的价格优势，因此成为设计的首选。
　　
　　7 多媒体数据传输的嵌入式实现
　　
　　1.嵌入式系统的核心――嵌入式通信处理器MPC860
　　MPC860是基于PowerPC内核的下一代MC68360 Quad 集成通信控制器，英文简写为MPC860 PowerQUICCTM。该芯片具有功能强大的外围接口，在通信、网络以及控制中具有广泛的应用前景。
　　2.实时性嵌入式系统的运行平台――RTOS
　　RTOS，即实时操作系统。和一般的操作系统相比，RTOS对实时性的支持更佳；同时对处理器和内存的要求很低，十分适合于嵌入式系统使用。
　　3.基于MPC860的系统设计
　　为了实现各个数据终端、工作站的具体功能，需要设计相应的嵌入式系统。MPC860的强大功能使得它适合做为这些嵌入式系统的核心处理器。
　　上述系统设计中，主要的设计思想是利用嵌入式系统来实现不同的网络通信功能。MPC860中的通信控制器CPM具有强大的通信处理功能，很适应ITS系统的设计要求。
　　数据终端的系统设计如图2所示：
　　
　　图2 数据终端的系统设计框图
　　工作站的系统设计如图3所示：
　　
　　图3 工作站的系统设计
　　
　　参考文献
　　 [1]谢希仁. 计算机网络（第四版）[M]. 大连：大连理工大学出版社，2003.
　　[2]陈岗等. 多媒体网络技术与远程教育的实现[J]. 南京师大学报，Vo.l22 ， No.4.
　　[3]文燕等.ISDN通信终端接入因特网[J]. 光通信技术，Vo.l23， No.4.
　　[4]胡大伟等. 智能运输系统（ITS）的发展与对策[J]. 西安公路交通大学学报， 2000， （1）.

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