解决方案

光纤视频解决方案

光纤视频解决方案

 一、简介
       目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,其端设备本来可以很轻松地在电缆传输中实现自身 的功能,但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。并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,这些信号通过电缆直接连接时,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,并且在除提供了一系列新的解决方案外,还弥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,所以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。但是并不是所有的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光粗波分用技术相结合的全数字化传输方式。通过1芯光纤完全可以同时传输"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,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,所以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,所以,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 Km 以内,PFM 光端机的传输距离可以达到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,目前,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,目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,给工程维护带来一些不便。
2) 
    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,所以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。
    目前,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N×2Mbps 的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输,也可以通过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,可以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,并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,并且要求全实时,所以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,和视频服务器通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,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可以保证不超过1,也就是说,通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。因为使用完全和目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,目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分信息的压缩方法,非压缩的视频带宽通常是在6.5兆左右,经过压缩的图象带宽通常在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,在监控行业目前的标准《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,目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可以,当传输实时信息的时候,如果遇到包破碎、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,目前,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,我国也有相关的规定。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,目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,不会产生后续费用。
    二、自主施工可以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他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。光纤通讯之所以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5×1014MHz,光纤的带宽为几千兆赫兹甚至更高。 
2、信号损耗低 
  目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,它的中继距离可以很远。 
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) 
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,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(μm)缓变型多模光纤;
62.5/125(μm)缓变增强型多光纤;    
8.3/125(μm)缓变型单模光纤。
  备注:50/62.5/8.3(μm)均为光纤光芯直径数,125(μm)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(μm)均为光纤的光芯直径数,125(μm)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通过光缆进行连接。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