光纤视频监控传输解决方案样本.doc

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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。光纤视频监控传输解决方案一、 简介当前城市交通和高速公路监控中诸多功能的实现, 过于烦琐, 造成整体建设成本过高。使得投资者望而却步, 能省则省, 能不用的功能就尽量不用, 使得城市交通和高速公路监控遇上了新的瓶颈。其主要原因是, 单一传输系统不能提供相关的功能接口。原本一项非常简单的功能, 其端设备原来能够很轻松地在电缆传输中实现自身 的功能, 可是为了融入整个系统, 实现大范围的使用, 就不得不用光纤来传输。现有视频监控中用的光纤传输产品大多是采用模拟的传输方式。由于技术的原因, 不能提供多种借口和协议要求, 不得不对数据进行非

2、常复杂的接口协议转换, 即在中间加上一些辅助设备来达到要求。还有一些如普通电话信号、 一些对讲系统和以太网信号根本就不能实现。只能再建1个或2个传输子系统来满足这些要求。而且有的信号接口形式看似与光端 机类似, 实际却不同, 如单工RS485和半双工RS485等, 这些信号经过电缆直接连接时, 系统能正常工作, 但如果用光端机的普通功能接口连接, 系统就无 法 正常工作了, 这时经常会认为是光端机的接口工作不正常, 其实却不然。因为其现有系统中的传输子系统没有提供相关的接入方式。为了解决这一系列的问题, 近两 年以来不少厂家开发出来了新型的传输方式, 而且在除提供了一系列新的解决方案外, 还弥

3、补了现有模拟光纤传输系统的许多技术缺陷。如PETELCOM、 OTSYSTEM等品牌率先推出了以10位数字视频编码方式, 采用进位数字时分复用和CWDM光粗波分用技术相结合的全数字化传输方案。由于此类产品采用 的上全数字的解决方案, 因此有着许多模拟系统无法比拟的技术优势。光纤传输视频首先它大大提高了视频图像的传输质量, 其信噪比很轻松就达到了70db,达到广播级要求。再加上采用大规模的集成电路结构和表面贴装器件, 使产品更 加稳定可靠。在同等情况下模拟光端机的信噪比随着距离的增加, 在不断地下降而数字光端机在整个传输过程中, 基本保持不变, 这就是数字传输技术所带来的优 势。可是并不是所有的

4、数字光端机都是非常优秀的。如8bt的数字光端机在一定范围内, 还不如模拟FM调频光端机图像传输质量高。采用10位数字编码传输方 式的全数字光端机并不单单是为了一个传输质量问题, 如果只是这样的话, 似乎意义不是很大。就如一些光端机品牌, 只是在一个劲地对业界标榜自己是数字光端机 产品一样, 很大一部分还是8位数字编码传输方式的全数字光端机, 甚至于还有的是压缩式的全数字光端机。其实采用数字编码传输方式的全数字光端机的最大意义 在于它能提供灵活多样的组网方式, 丰富的易于扩展的数据接口和协议。以OT Systems光端机为例, OT Systems光端机采用10位数字时分复用和CWDM光粗波分用

5、技术相结合的全数字化传输方式。经过1芯光纤完全能够同时传输64路视频+多路监听音 频信号+多路对讲语音或电话+多路报警+多路反相控制数据100M以太网, 图像质量可达到广播级标准。系统具有抗干扰性强、 无中继传输距离可达近百公 里、 信号上接下分(分插复用)都非常方便、 优化利用光纤信到、 性价比优等特点。而且该系统均采用模块化结构, 可进行任意组合, 二、 光纤视频传输的优点随着光纤通信技术的发展, 图象传输的方式也越来越多, 光端机的视频信号传输比其它的双绞线视频传输, 有着更好的优势, 本文主要介绍模拟光端机和数字光端朵在光纤视频传输的优势与缺点。 光端机为监控系统提供了灵活的传输和组网

6、方式, 信号质量好、 稳定性高。近些年来, 由于光纤通信技术的飞速发展, 光纤和光器件的价格下降很快, 使得光纤监控系统的造价大幅降低, 因此光纤和光端机在监控系统中的应用越来越普及。光纤分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤由于色散和衰耗较大, 其最大传输距离一般不能超过5Km, 因此, 除了先前已经铺好了多模光纤的地方外, 在新建的工程中一般不再使用多模光纤, 而主要使用单模光纤。 光纤中传输监控信号要使用光端机, 它的作用主要就是实现电-光和光-电转换。光端机又分为模拟光端机和数字光端机: 1) 模拟光端机 模拟光端机中主要使用AM 和PFM 两种调制技术, AM 光端机的传输距离在30

7、Km 以内, PFM 光端机的传输距离能够达到60 Km 以上, 甚至上百公里。从工程应用来看, 以前大都使用PFM 光端机, 当前, AM 光端机的应用开始增多, 今后的模拟光端机市场这两种光端机将会平分秋色。由于模拟调制技术的限制, 模拟光端机存在一些缺点: a) 生产调试较困难; b) 互换性和一致性差, 给工程应用带来极大的不便; c) 单根光纤实现多路图象传输较困难, 性能和可靠性都会下降, 当前这种模拟光端机一般只 能做到单根光纤上传输4 路图象; d) 由于采用的是模拟调制解调技术, 其稳定性不够高, 随着使用时间的增加或环境特性的变化, 光端机的性能也会发生变化, 给工程维护带

8、来一些不便。 2) 数字光端机 由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的优势, 因此正如数字技术在许多领域取代了模拟技术一样, 光端机的数字化也是一种必然趋势。 当前, 数字图象光端机主要有两种技术方式: 一种是图象压缩数字光端机, 另一种是非压缩数字图象光端机。 图象压缩数字光端机采用了图象压缩技术, 它能将活动图象压缩成N2Mbps 的数据流经过标准电信通信接口传输或者直接经过光纤传输, 也能够经过IP 包的方式在数据网络上传输。由于采用了图象压缩技术, 它能降低图象信号传输带宽要求, 能够利用公网的标准接口传输监控图象, 为工程应用带来了方便。不过, 图象压缩数字光端机也有

9、其固有的缺点。其致命的弱点就是不能保证图象传输的实时性, 传输的图象存在着延时。因此, 这种设备只适合于用在对实时性要求不高的场所, 在工程使用上受到一些限制。另外, 经过压缩后图象会产生一定的失真, 信噪比也不高, 而且这种光端机的单路图象价格也偏高。监控网络一般都是专用网络, 而且要求全实时, 因此图象压缩数字光端机难以体现其优势, 反而劣势突现。 光纤传输在监控系统中应用的范例很多, 在传输效果方面, 和视频服务器经过网络传输的方式有着截然不同的区别。视频光端机的传输方式, 需要每个摄象机节点到监控中心能够有一芯光纤的资源, 在资源得到满足的情况下, 视频完全透明无压缩的传输到控制中心,

10、 完全无损伤, 视频信号噪声比为70分贝以上, 微分增益和微分相位都能够保证不超过1, 也就是说, 经过光纤和光端机传输的视频图象100%的保证了摄象机拍摄到的内容能够原汁原味的传输到监控中心, 无论传输距离有多远, 也不用考虑传输过程中的电环境问题, 更不用考虑所谓的网络环境等等情况。因为使用完全和当前所使用的网络视频服务器不一样的原理。网络视频服务器在系统中应用, 首先要把摄象机采集到的视频信号数字化, 在这个数字化的过程中, 当前比较流行的几种压缩算法包括: MPEG3、 MPEG4、 MJPEG、 H.263、 H.264等等, 全部都是采用的有损压缩, 有损压缩的意思就是要牺牲掉一部

11、分信息的压缩方法, 非压缩的视频带宽一般是在6.5兆左右, 经过压缩的图象带宽一般在600K左右。损失了90%的数据量后, 其图象质量相当于损失了80%左右, 在监控行业当前的标准GB-T/75-94中明确规定, 4级以下的图象质量全部都是不合格工程, 客观点说, 视频服务器压缩过的图象质量, 连三级图象都算不上, 根本就不应该把这类产品应用到监控系统当中来! 网络视频服务器传输图象的质量之差是有目共睹的! 网络视频服务器的传输载体是网络, 当前我们所应用的网络传输构架语言是TCP/IP, IP的网络传输方式有天生的硬伤, 传输一些非实时的数据还能够, 当传输实时信息的时候, 如果遇到包破碎、

12、 包延时等网络传输所不可能避免的问题时, 根本就不可能完成用户的指令。另外着重阐述一点, 当前, 世界上的发达国家, 如美国、 英国、 意大利、 法国、 德国等等都有严格的法令禁止政府监控系统在公网上进行通信, 中国也有相关的规定。只有少数的第三世界国家采用公网来进行政府办公系统的数据通信。如果再严格点说, 当前国内很多城市的监控系统从设计之初就是违反公安部法令的, 公安部曾三令五申要求公安系统网络要与公网物理断开, 很多地区采用公网中VPN逻辑隔离的方式本身就违反了公安部的法令! 另外, 关于单独布设光缆而不租用网络通信公司的光纤, 主要是以下几个原因: 一、 一次投资终生受益, 不会产生后

13、续费用。 二、 自主施工能够严格控制施工工艺质量, 保证系统的正常运行。 三、 独立进行系统施工, 保证系统的保密性。四、 独立施工保证了系统具备一定的防破坏性。 五、 独立布摄、 独立维护、 系统的维护和运行不依赖第三方。最后, 简单的介绍一下光传输和其它传输方式相比较的优点: 1. 光纤的频带很宽, 理论可达30亿兆赫兹。 2. 无中继段长几十到100多公里, 铜线只有几百米。 3 不受电磁场和电磁辐射的影响。 4. 重量轻, 体积小。例如: 通2万1千话路的900对双绞线, 其直径为3英寸, 重量8吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸, 重量450P/KM。 5. 光纤通讯不

14、带电, 使用安全可用于易燃, 易暴场所。 6. 使用环境温度范围宽。 7. 化学腐蚀, 使用寿命长。 8.具有与生俱来的保密特点, 不会泄露敏感资料。 光纤即为光导纤维的简称。光纤通讯是以光波为载频, 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通讯之因此在最近短短的二十年中能得以迅猛的发展, 是由于它具有以下的突出优点而决定: 1、 传输频带宽、 通讯容量大 光载波频率为51014MHz, 光纤的带宽为几千兆赫兹甚至更高。 2、 信号损耗低 当前的实用光纤均采用纯净度很高的石英( SiO2) 材料, 在光波长为1550nm附近, 衰减可减至0.2dB/KM,已接近理论极限。因此, 它的中继距离能

15、够很远。 3、 不受电磁波干扰 因为光纤为非金属的介质材料, 因此它不受电磁波的干扰。 4、 线径细、 重量轻 由于光纤的直径很小, 只有0.1mm左右,因此制成光缆后,直径要比电缆细,而且重量也轻。因此, 便于制造多芯光缆。 5、 资源丰富 光纤通讯除了上述优点之外, 还有抗化学腐蚀等特点。当然, 光纤本身也有缺点, 如光纤质地脆、 机械强度低; 要求比较好的切断、 连接技术; 分路、 耦合比较麻烦等。6、 光纤的分类 ( 1) 按照传输模式来划分 光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁波场场型, 或者说是光场场形( HE) 。各种场形都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续的

16、离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在, 它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场, 即各种光斑。若是一个光斑, 我们称这种 光纤为单模光纤, 若为两个以上光斑, 我们称之为多模光纤。单模光纤( Single-Mode) 单模光纤只传输主模, 也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽因而适用与大容量, 长距离的光纤通迅。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550 nm。如图1单模纤光线轨迹图。多模光纤( Multi-Mode) 在一定的工作波长下( 850nm/1300nm) , 有多个模式在光纤中传输, 这种光纤称之为多模光纤。由于色散或像差

17、, 因此, 这种光纤的传输性能较差频带比较窄, 传输容量也比较小, 距离比较短。 ( 2) 按照纤芯直径来划分 50/125( m) 缓变型多模光纤; 62.5/125( m) 缓变增强型多光纤; 8.3/125( m) 缓变型单模光纤。备注: 50/62.5/8.3( m) 均为光纤光芯直径数, 125( m) 均为光纤玻璃包层的直径数。 ( 3) 按照光纤芯的折射率分布来划分 阶越型光纤( Step index fiber) ,简称SIF; 梯度型光纤( Graded index fiber) ,简称GIF; 环形光纤( ring fiber) ; W形光纤。备注: 50/62.5/8.3

18、( m) 均为光纤的光芯直径数, 125( m) 均为光纤玻璃包层的直径数。7、 光缆 点对点光纤传输系统是经过光缆进行连接。光缆可包含1根光纤( 有时称单纤) 或2根光纤( 有时称双纤) , 或者甚至更多( 48纤、 1000纤) 。8、 光纤辅助器件 光纤配线架(Housing)用于室内光纤网络配线系统。光纤适配器和衰减器( AdaptorandAttenuator) 光纤适配器用于各类光纤设备与光纤连接方式的转换。光纤衰减器用于对输入光功率的衰减, 避免了由于输入光功率超强而使光接受机产生的失真。( 对于光端机, 无需用 衰减器) ; 光纤活动连接器(Connector) 用于各类光纤设

19、备( 如光端机等) 与光纤之 间的连接。( ST-FC-SC) ; 光分路器(Coupler) 适用于将一根光纤信号分解为多路光信号输 出( 如: 计算机网络、 CATV系统) ; 光波分复用器( WDM) 用于光路中不同波长的光的分离或混合。 三、 光纤收发器视频传输方案光纤收发器视频传输方案示意图集中式( 或节点式) 光纤收发器视频传输接入方案说明光纤收发器传输组网: 光纤收发器产品应用, 利用丰富业务接口。为客户提供介于IP网络上的视频监控信号的传输解决方案或网络解决方案。1) 光纤收发器除提供网口外, 可额外提供1路RS485接口, 直接连接键盘, 避免让保安人员在复杂的电脑上进行操作

20、; 2) 在此类方案中所有视频均经过网络( IP网或ETHERNET以太网) 传输, 都需要使用网络视频服务器或网络视频编码器/解码器, 或网络摄像机, 以接入视频, 音频或控制数据业务; 3) 当光纤组成环网或链网时适用本方案, 充分节省光纤资源; 4) 本设备具有自愈功能, 当某一节点出现故障, 不影响其它节点的视频传输; 5) 节点式光纤收发器的总带宽为1G,1台中心设备约可带10个节点。四、 光纤视频传输的技术与原理光纤视频传输作为数字视频监控的传输方式之一, 当前在安防行业视频监控中应用较为广泛。光纤通信技术一出现, 马上在电视系统中得到了应用。这是因为, 比之传统的电缆传输具有无法

21、比拟的优势。使视频监控系统无论在图像质量上, 还是在系统功能上都上升到一个新的高度。极大地推动了电视技术的发展, 拓宽了视频监控的应用领域和范围, 光纤传输是现代网络系统的基础, 也是未来数字视频系统所依托的基础平台。光纤通信的主要特点有: 损耗小, 信号传输距离长。当前, 单模光纤在波长 131 m或 155 m低损耗窗口, 损耗达02dBkm04dBkm, 可实现多路模拟视频信号几十公里的无中继传输。这个距离基本上满足了超大型、 远距离视频监控系统的应用。 频带宽。最先进的光纤多路传输系统的频率范围已达到40MHZ862MHZ( 有线电视) , 一根光纤可同时传输几十路以上的电视信号。当前

22、, 光端机设备也能够实现一根单模光纤传送几十路电视信号。 图像质量高, 系统噪声小、 非线性失真小。另外, 光纤系统的抗干扰性能强, 基本上不受外界温度变化的影响, 能够保证很高的图像质量。 保密性好。由于光路中传送的是光信号, 不易窃取, 非常适用于安全监控系统等高保密要求的应用。同时, 光纤传输不受电磁干扰, 能够在强电磁干扰的环境中工作。 施工、 敷设方便。光缆具有细而轻、 拐弯半径小、 抗腐蚀、 不怕潮、 温度系数小、 不怕雷击等优点, 因此光缆的敷设施工是很方便的。 光纤通信系统还存在的主要问题: 光缆和光端机的成本还较高; 光路中的一些关键器件, 如光合波器、 光分波器、 电子式光

23、开关、 光衰减器及光隔离器之间的连接处理还有待改进; 全新的光纤通信系统还有待完善。 本节将介绍光纤通信基本原理、 关键元器件及视频信号传输系统的主要模式。 ( 一) 光纤维的结构与光传输原理 光纤, 光波传输的介质, 是介质材料构成的圆柱体, 光波沿其中传播, 这是技术文献中讨论光纤原理时的光纤。在实际应用中, 光纤是由预制棒拉制出来的纤丝( 玻璃丝) , 经过简单被复后成为纤芯, 纤芯再经过被复林强和防护成为工程中应用的光缆。因此说: 光纤是光通信技术中的一个技术名词, 而光缆是实际应用的光通信器材。 1光纤传光的机理, 熟悉光线在介质界面的反射和折射现象对理解光纤传光的机理是十分必要的。

24、如图337所示, 当一束光线投射到两个具有不同折射率( n1、 n2) 介质交界面上时, 会发生折射和反射。假定n1n2, 折射光就会向交界面方向偏转。当光线人射角1增大至临界角c(c=arcsinn2/n1)时, 就没有光线进入第2种介质了, 形成全反射。对于多层介质形成的一系列界面, 若n1n2n3nm, 光线到达每一个界面的人射角会逐渐增大, 直至形成全反射。把这个分析应用于光纤, 能够清楚地理解光纤传光的基本原理( 见图338) 。 光纤由芯子、 包层( 两者为同心园结构) 和套层组成。芯子和包层的折射率不同, 其折射率的分布有两种形式: 折射率连续分布型( 又称梯度分布型) 和折射率

25、间断分布型( 又称阶跃分布型) 。实用光纤还有其它的分类方式, 如表37所示。表3-7光线的分类按折射率分布分类梯度、 阶跃按传播模数分类单模、 多模按材料分类高纯度石英玻璃、 多组份玻璃、 卤化物、 混全材料按制备方法分类CVD( 化学汽相沉积法) 、 MCVD( 改进CVD) 光纤的套层只是保护作用, 对光传输无意义。梯度光芯子直径为50m, 包层直径125m, 阶跃光纤芯子直径为10m, 包层直径100m。按波动理论, 光纤允许有限的离散数量的光( 模) 传播, 实验证明了这一点。传播模数是芯子的横截面积与( n1n2) 的函数, 成正比关系。多模光纤可有几百个模。当芯子的直径减小到一定

26、值, 光纤就只能传播一个模了, 即是单模光纤。单模光纤不存在色散, 具有很大的信息载送容量。 ( 二) 光纤的主要技术指标 反映光纤传输性能的主要技术指标有: 1数值孔径NA, 表示光纤芯子与包层折射率的差, 反映光纤集光的能力。能在光纤中传播的光最大射角max满足下关系: 因nn1=n2, 定义=(n1n2)/ n, 则有: NAnsinmax=n 显然, 折射率差大, NA大, 光纤能够传播的光越多。 2传输损耗, 以dbkm表示, 引起光纤损耗的原因有: 材料吸收( 热损耗) 、 散射损耗( 传播模转移为非传播模) 、 结构缺陷等。材料吸收是指光在光纤中传播时, 其功率以热的形式消耗的过

27、程, 材料不纯是产生材料吸收的主要原因。散射损耗是由光纤的几何参数或折射率的不均匀性造成的, 因为它会引起一个传播模的光功率转移到另一个模上去, 这就是散射。如果转移模为非传播模, 就产生了散射损耗。光纤结构的缺陷是产生损耗的个原因, 如芯子包层界面不光滑、 气泡、 应力, 直径的变化和轴线的弯曲等, 都会引起损耗。 3传输带宽, 它表示光纤的传输速率, 主要是受到色散的影响( 导致脉冲展宽) 。主要有材料色散、 波导色散和模色散。理论上在 13 m处可制造出零色散单模光纤; 还可把零色散点移到损耗最小的 155m处, 即色散位移( DS) 光纤; 在较宽的波长范围内色散均很低的光纤为色散平坦

28、光纤, 是大容量、 高速率通信光纤。 一般见带宽距离口( Fkm) 表示光纤的传输能力五、 光纤视频传输技术在监控中的应用分析1、 序言为了保持和促进国民经济持续高速增长, 国家连年实施积极的财政政策, 在监控系统建设上进行了大量投资, 在监控网络建设规模不断扩大的同时, 如何更有效地提高监控系统的远距离传输能力以更好地促进经济发展已经成为交通、 公安等行业管理部门关注的焦点, 其中一个主要的解决方案就是不断利用当代先进的通信信息技术提升监控系统的智能化管理水平。作为智能化系统中的一项重要技术构成, 各种新的监控远程视频传输技术在近年已经得到越来越广泛的应用。本文从应用的角度出发, 简要分析了

29、当前几种主要比较新颖的远程视频传输技术在监控中的适应性。 2、 监控系统远程视频传输的一般性技术要求一套完整的远程视频监控系统至少包括视频采集、 传输、 存储、 控制等基本功能, 其中传输部分对于远程系统而言特别显得重要。监控系统应用中的远程视频传输虽然具有非常鲜明的行业特征, 但由于每一个具体的交通监控项目在周边环境、 系统功能、 前瞻性、 资源投入等方面存在显著的差异, 因此, 只有具体项目具体分析才有可能做出正确的技术选择。根据我们的理解, 监控系统远程视频传输的技术要求主要体现在以下几个方面: 传输距离传输质量传输容量辅助业务网络拓扑结构与组网网络管理和网络升级下面我们结合监控系统远程

30、视频传输技术的现状对上述要求做更进一步的阐述: 2.1、 传输距离远程视频监控系统覆盖的地理范围一般都比较大, 相应的视频信号传输距离往往从几公里一直到数百上千公里都有需求, 而且视频信号的传输一般都属于宽带通信的范畴。从通信的角度, 满足这样的传输距离的方式一般包括光纤通信、 地面微波通信和卫星通信等3种主要的长途通信手段。从技术的发展来看, 地面微波通信由于其传输带宽的局限以及对环境的抗干扰能力有限已经逐渐退居二线, 成为光纤通信的备份或者仅仅用于线缆架设非常困难的特定环境中。卫星通信的资源非常稀缺, 成本很高而且传输时延过大, 这使之几乎没有在远程视频监控中得到过推广应用。因此, 光纤通

31、信基本成为监控远程视频传输中的当然选择。本文后续的论述中也将主要围绕与光纤通信技术有关的技术进行讨论。光纤通信技术本身的内涵非常广泛, 大致上能够首先划分为模拟光纤通信技术和数字光纤通信技术。站在与视频传输相关的角度看, 模拟光纤通信技术主要包括调幅(AM)光纤通信技术、 调频(FM)光纤通信技术和脉冲频率调制(PFM)光纤通信技术3类; 数字光纤通信技术一般能够划分为以PDH/SDH为代表的常规电信光纤通信技术、 以视频信号数字化传输为核心的专用数字光纤通信技术以及以IP包传输为核心的数据光纤通信技术。从传输距离的角度看, 只有数字光纤通信技术能够经过数字再生中继手段几乎无损伤地长距离传输监

32、控视频信号。2.2、 传输质量视频信号传输质量的界定并不简单。远程监控视频传输的信号源往往是监控摄像机, 对传输质量的直观要求就是要将摄像机的视频输出信号( 一般是复合模拟视频信号) 尽可能完美地、 连续地、 实时地传送到远方。从应用的角度, 我们至少应该关心2项技术性能: 保真度和实时性。模拟光纤通信技术都是将视频信号直接对发光器件进行各种形式的调制后传输, 传输的实时性和连续性都很好, 频谱效率也比较高; 而保真度则与产品设计、 应用方式等多种因素息息相关, 其核心原因源自模拟通信技术固有的抗干扰能力弱、 难以无损中继传输( 只能在模拟视频接口上背靠背接力传输) 以及传输系统本身的非线性。

33、一般而言, 1路视频短距离点到点传输时, 模拟光纤通信技术是一个非常不错的选择; 而长距离、 有中继或者要求同时传输多路视频信号时, 则需要仔细权衡。数字光纤通信技术的视频信号传输质量单纯从传输信道角度来看, 任何设计良好的数字光纤通信设备都能够做到几乎无损的长距离传输, 而且端到端时延能够做到忽略不计。这似乎说明所有数字光纤通信技术在传输质量上都非常适合于监控视频信号的传输, 但实际上我们需要进一步看看视频信号具体的传输方式才能下结论。采用数字光纤通信技术的视频信号传输质量从本质上取决于分配给视频信号的传输带宽, 而具体的传输带宽需求与视频信号的编码方式相关。对于视频传输专用数字光纤通信系统

34、, 它一般是将摄像机输出的复合视频信号直接抽样量化后形成连续的数字比特流, 然后进行数字复接, 再直接调制发光器件, 以数字光脉冲的形式将视频信号发送出去。这种技术方案的实时性、 连续性、 保真度都非常好, 传输多路视频信号时均采用时分复用(TDM)方式, 每路视频信号拥有独享的带宽资源。这种系统的视频信号传输质量往往能够满足要求最高的演播级视频信号的传输要求, 能够说是传输质量最好的监控视频信号远程传输技术。在单位带宽成本不断迅速降低的今天, 这种技术在经济上的可行性已经达到了能够被普遍接受的水平。这类技术方案中有时为了进一步扩大系统传输容量, 还能够采用无损或损伤很小的浅压缩技术。对于常见

35、的PDH/SDH数字光纤通信设备, 它更是经典的TDM系统, 其最初的设计目的是为了进行大容量话路的远距离传输。由于其广泛的存在, 它已经成为现代公用通信网的核心基础。随着公用通信网上综合业务需求的增加, 它也能够支撑包括视频信号在内的各种非话音业务的传输。由于历史的原因, 这类系统都有特定的适合于话音传输的群路复用等级和相应的传输接口, 在使用这类系统传输视频信号时必须先经过比较复杂的技术处理将数字化视频信号适配到相应的接口; 另外由于这类系统更多地考虑了电信营运部门的各种技术要求, 其一次性投入和单位带宽的建设成本往往较高, 为了节约带宽, 往往需要对视频信号进行深度压缩编码, 这又带来另

36、一方面的成本增加和实时性降低; 而且这类系统并没有专门针对非对称的视频传输应用进行优化, 在传输视频信号时往往反向传输能力被闲置。因此, 这类系统从技术上完全能够满足高质量的视频信号传输, 可是在经济性上不一定能够保证适合视频监控应用。基于IP包传输的数字光纤通信设备, 其最大的好处在于视频信号的多路复用、 交换、 路由选择非常方便, 适合异构网间的传输, 并可方便地利用已经大量建设的IP网络平台, 从而具备较好的经济性。随着宽带IP网络建设规模的迅速扩大, 这种技术从理论上应更加适合视频信号的传输。可是, 由于IP网络源自对数据通信可靠性( 网络生存性) 的关注, 它对所承载的业务内容的传输

37、质量并不能提供可靠的保障, 主要表现在它的带宽保证和端到端延时都具有较强的不确定性, 这就使得监控视频信号的传输质量很难得到始终一致的保证。另外, 为了降低对传输网络的压力并控制成本, 这种传输技术一般也要与视频数字压缩编解码技术一起使用。采用这种技术的设计良好的系统, 能够适合大多数视频监控应用, 但如果将其作为远程视频交通监控的唯一传输手段, 则还存在一些难以逾越的技术障碍。2.3、 传输容量远程视频监控系统中监控摄像机的数量众多, 需要同时进行远程传输的视频信号路数往往也比较多, 而且往往需要在传输网络的中间节点上进行视频信号的插入与分拆( 视频信号上下路, ADM) , 这就对传输系统

38、提出了较高的技术要求。视频信号的传输容量, 一方面取决于每路视频信号对传输带宽的要求, 另一方面取决于传输系统具备的带宽。PAL-D制模拟视频信号的有效带宽为5.75MHz。AM模拟光纤通信系统一般具有550MHz1000MHz的传输带宽, 能够以8MHz的副载波间隔同时传输60路以上的视频信号, 当然除了AM光纤传输系统本身要具备很好的线性外, 还需要配置高性能的邻频调制解调设备才能充分发挥出这种技术的优势。这种技术是HFC有线电视分配网中最常见的传输手段, 特别适合最终分配到户的网络。对于远程视频交通监控系统, 除非是短距离点到点的特定传输而且传输后的视频信号不需要进行进一步的处理或传输,

39、 否则这种技术在传输质量上很难满足普遍的要求。FM模拟光纤通信系统的视频信号传输质量、 抗干扰性能比AM系统要好不少, 每路视频信号往往占用30MHz以上的带宽, 一般单个FM光传输系统最多能够支持816路视频信号的传输, 而且由于技术和经济性的限制一般不使用多波长的光波复用。PFM模拟光纤通信系统中每路视频信号占用的带宽更大, 相应地视频信号传输路数也更少一些。视频传输专用数字光纤通信系统中传输的视频信号往往是非压缩的数字视频信号, 每路视频信号的带宽大约在100200Mbps之间, 光电复用以后系统一般能够支持64128路视频信号的传输。PDH/SDH数字光纤通信设备上的视频信号传输, 一

40、般采用支持NE1传输接口的MPEG-2编解码器对, 一般为了获得较好的视频保真度, 多选用4个E1通道传输1路视频。基于IP包传输的数字光纤通信设备也往往采用类似的编解码速率。这样看来, 似乎各种模拟和数字光纤传输技术在传输容量上都能够满足远程视频交通监控系统的要求, 但如果传输网络不但仅是点到点的星形网络, 特别在无中继传输距离不够或者中间节点需要上下视频时, 就只有各种数字光纤传输技术能够很好地胜任了。2.4、 辅助业务远程视频监控系统中视频信号的传输是核心, 但往往同时要求传输系统能够为音频、 低速异步控制数据、 话音、 开关量等辅助信号提供传输通道, 这样才能较好地构建一个完整的监控系

41、统。各种光纤传输系统都能够在不同程度上满足这些辅助业务的传输要求, 但同样各有优劣。模拟光纤通信系统在提供较少的辅助业务时有一定的成本优势, 但辅助业务较多时如果技术处理不当会引起对视频基本业务的干扰, 另外也同样因为受限于点到点传输应用而难以广有作为。视频传输专用数字光纤通信系统和PDH/SDH数字光纤通信系统都能够以TDM方式将各种辅助伴随业务数字化后在同一个传输平台上传输, 在系统表现形式上只是多了若干种传输接口, 而本质上还能够实现灵活的辅助业务网络构建。除了上述常见的低速辅助业务, 一些高速辅助业务通道( 如: Ethernet、 E1等) 也能够方便地提供, 因此这两种技术在支持各

42、种辅助业务方面是非常灵活、 方便的。六、 城市地铁视频监控联网技术系统案例分析当前城市地铁站视频监控一般分为两级监控; 在地铁站端要求监视所有本站图像, 另外在监控中心要求能够监视下属各地铁站的情况。考虑到资金投入的问题, 在中心端, 一般不要求同时看到所有地铁站的所有图像; 而是采取两种方式监视: 一种是同时监视各地铁站的某几路图像, 另外一种是要求可同时看到某一个地铁站的所有图像或大部分图像。这就需要考虑从各地铁站到监控中心的视频传输问题。 从各地铁站到监控中心的视频传输一般有两种方案。 第一种是使用数字视频编解码器, 经过SDH提供的E1信道完成视频传输; 第二种是采用光纤方式, 独立组

43、成城铁视频监控联网系统完成传输。若采用第一种方式, 需要占用大量SDH资源, 增大了通信系统的压力。在第二种方式中, 如过采用传统点对点方式, 则要占用很多的光纤资源。随着现代光纤通信技术和数字视频技术的飞速发展, 在监控领域内, 实时数字视频的光纤传输也已经被越来越多的人所接收。城铁系统光纤拓扑结构一般呈链状或环网结构, 建议采用, 系统远端设备对模拟图像进行压缩编码、 数字化并经过复用器复接到高速信道, 经过电/光转换将信号发送到光纤通道, 组成链网或环网; 在局端进行反向复用、 解码, 输出模拟图像, 图像质量可达到DVD效果。我们以下面的案例为例, 详细介绍如何采用VOX-基于光纤的数

44、字视频传输平台解决城铁视频监控联网传输问题。 现状及用户要求 某城市地铁站联网监控项目, 共具有16个地铁站, 每个地铁站上传6路图像, 共96路图像。 全网共设1个监控中心, 在监控中心需要设置6台监视器, 同时观看16个站96图像中的任意6路。同时另设3个独立的操作席, 各配1台监视器观看任意1路图像。 设计原则及解决方案 本设计方案着眼于整个系统的先进性、 可靠性、 灵活性和符合需方远期规划的原则设计, 综合考虑系统的可扩展性, 业务拓展功能及系统升级功能。 根据现有状况及要求, 提出采用北京蛙视通信有限公司的光纤数字音视频传输平台-VOX系统。VOX系统远端设备对模拟图像进行压缩编码、

45、 数字化并经过复用器复接到高速信道, 经过电/光转换将信号发送到光纤通道, 可组成链网或环网; 在局端进行反向复用、 解码, 输出模拟图像, 图像质量可达到DVD效果。 VOX系统介绍 VOX系统采用光纤作为传输介质, 内置光传输模块, VOX系统摒弃了传统视频光端机点对点的传输模式, 采用了电信级的光纤通信系统中数字中继的技术, 信号逐级再生, 与本地信号进行交叉复用, 信号可在任何一点上下, 非常灵活。经过时隙配置能够实现图像的全网交叉, 使用极为方便。 VOX采用模块化的结构-包含机箱、 光传输板、 业务板(视频压缩板、 视频解压缩板、 数据板、 E1版、 以太网网桥、 以太网接口板)等

46、模块。每个监控点可根据需要及数量选择相关的模块, 一般在监控点配置一台VOX设备, 需要机箱一个、 光传输板一块、 业务板若干。在监控中心需VOX机箱一个、 光传输板一块、 业务板若干。 VOX系统能够实现音视频双向传输和多点信息共享的功能。比如在监控中心插入一块视频压缩板, 分中心或地铁站插入一块解压缩板, 经过时隙配置即可实现音视频的反向传输, 即简单的会议电视功能。 VOX系统能够经过以太网与上级监控联网。VOX系统支持在中心端VOX设备上插入一块10/100M以太网接口板, 用于上传视频信号, 而且与本地信号互不干扰。上级监控中心能够经过计算机上的解压软件观看图像。 VOX系统可实现网

47、管功能, 可在监控中心监测网络设备状态并配置网络中硬件结构。 根据传输容量的不同, VOX分为VOX-155和VOX-622两种系统。VOX-155系统的传输带宽为155Mbit/s,可同时传输30路高质量视频信号、 15路音频信号、 2路共享型异步数据。VOX-622系统传输带宽为622Mbit/s, 可同时传输126路高质量视频信号、 126路音频信号、 2路共享型异步数据。 在系统传输过程中, VOX-622系统平滑兼容VOX-155, 使VOX-155成为VOX-622系统光分支, 经过光分支直接把图像传输到监控中心, 而且与各分中心同时观看图像, 互不干扰。 VOX系统特点: 大容量传输特性-一根光纤上最多可传输多达120路视音频信号; 高品质的图像质量-高清晰度, 无马赛克现象; 传输距离长-单系统最远可达1800公里; 多种组网方式-即可形成强大的环网保护, 又能够形成多节点链网; 方便的扩容能力-插卡式结构, 配置灵活; 系统可