監(jiān)控圖象傳輸方式分析比較
摘要：本文詳細(xì)分析比較了多種監(jiān)控圖象傳輸方式的特點(diǎn)和性能，可供監(jiān)控工程系統(tǒng)集成商和廣大用戶參考。
1 、概述
在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控圖象的傳輸是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖象和其它控制信號(hào)將直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來傳輸圖象信號(hào)的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對(duì)應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。要組建一個(gè)高質(zhì)量的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，就必須搞清楚這三種主要傳輸方式的特點(diǎn)和使用環(huán)境，以便針對(duì)實(shí)際工程需要采取合適的傳輸介質(zhì)和設(shè)備。
2 、同軸電纜和同軸視頻放大器
一提起圖象傳輸，人們首先總會(huì)想起同軸電纜，因?yàn)橥S電纜是較早使用，也是使用時(shí)間最長(zhǎng)的傳輸方式。同時(shí)，同軸電纜具有價(jià)格較便宜、鋪設(shè)較方便的優(yōu)點(diǎn)，所以，一般在小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于傳輸距離很近，使用同軸電纜直接傳送監(jiān)控圖象對(duì)圖象質(zhì)量的損傷不大，能滿足實(shí)際要求。
但是，根據(jù)對(duì)同軸電纜自身特性的分析，當(dāng)信號(hào)在同軸電纜內(nèi)傳輸時(shí)其受到的衰減與傳輸距離和信號(hào)本身的頻率有關(guān)。一般來講，信號(hào)頻率越高，衰減越大。視頻信號(hào)的帶寬很大，達(dá)到 6mhz ，并且，圖象的色彩部分被調(diào)制在頻率高端，這樣，視頻信號(hào)在同軸電纜內(nèi)傳輸時(shí)不僅信號(hào)整體幅度受到衰減，而且各頻率分量衰減量相差很大，特別是色彩部分衰減最大。
所以，同軸電纜只適合于近距離傳輸圖象信號(hào)，當(dāng)傳輸距離達(dá)到 200 米左右時(shí)，圖象質(zhì)量將會(huì)明顯下降，特別是色彩變得暗淡，有失真感。
在工程實(shí)際中，為了延長(zhǎng)傳輸距離，要使用同軸放大器。同軸放大器對(duì)視頻信號(hào)具有一定的放大，并且還能通過均衡調(diào)整對(duì)不同頻率成分分別進(jìn)行不同大小的補(bǔ)償，以使接收端輸出的視頻信號(hào)失真盡量小。但是，同軸放大器并不能無限制級(jí)聯(lián)，一般在一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)中同軸放大器最多只能級(jí)聯(lián) 2 到 3 個(gè)，否則無法保證視頻傳輸質(zhì)量，并且調(diào)整起來也很困難。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)中使用同軸電纜時(shí)，為了保證有較好的圖象質(zhì)量，一般將傳輸距離范圍限制在四、五百米左右。
另外，同軸電纜在監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸圖象信號(hào)還存在著一些缺點(diǎn)：
1 ）、同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖象質(zhì)量受到一定影響；
2 ）、同軸電纜較粗，在密集監(jiān)控應(yīng)用時(shí)布線不太方便；
3 ）、同軸電纜一般只能傳視頻信號(hào)，如果系統(tǒng)中需要同時(shí)傳輸控制數(shù)據(jù)、音頻等信號(hào)時(shí)，則需要另外布線；
4 ）、同軸電纜抗干擾能力有限，無法應(yīng)用于強(qiáng)干擾環(huán)境；
5 ）、同軸放大器還存在著調(diào)整困難的缺點(diǎn)。
3 、雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備
由于傳統(tǒng)的同軸電纜監(jiān)控系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)，特別是傳輸距離受到限制。早期，在傳輸距離超過五、六百米的監(jiān)控系統(tǒng)中一般使用多模光纖和多模光端機(jī)，解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，不過系統(tǒng)造價(jià)增加了不少。
最近，出現(xiàn)了一種雙絞線視頻傳輸設(shè)備，通過使用此種設(shè)備，可以將雙絞線應(yīng)用于監(jiān)控圖像傳輸，它很好地解決了上面的難題。但是，跟同軸電纜一樣，這種方式也面臨同樣的干擾和維護(hù)問題，且技術(shù)成熟度如何，目前還未見大量應(yīng)用。
4 、光纖和光端機(jī)
光纖和光端機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個(gè)問題：一是傳輸距離，一是環(huán)境干擾。雙絞線和同軸電纜只能解決短距離、小范圍內(nèi)的監(jiān)控圖象傳輸問題，如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的圖象信號(hào)則需要采用光纖傳輸方式。另外，對(duì)一些超強(qiáng)干擾場(chǎng)所，為了不受環(huán)境干擾影響，也要采用光纖傳輸方式。因?yàn)楣饫w具有傳輸帶寬寬、容量大、不受電磁干擾、受外界環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，一根光纖就可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號(hào)，傳輸距離可以達(dá)到上百公里。光端機(jī)可以提供一路和多路圖象接口，還可以提供雙向音頻接口、 一路和多路各種類型的雙向數(shù)據(jù)接口（包括 rs232 、 rs485 、以太網(wǎng)等），將它們集成到一根光纖上傳輸。光端機(jī)為監(jiān)控系統(tǒng)提供了靈活的傳輸和組網(wǎng)方式，信號(hào)質(zhì)量好、穩(wěn)定性高。近些年來，由于光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖和光器件的價(jià)格下降很快，使得光纖監(jiān)控系統(tǒng)的造價(jià)大幅降低，所以光纖和光端機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普及。
光纖分為多模光纖和單模光纖兩種。多模光纖由于色散和衰耗較大，其最大傳輸距離一般不能超過 5km ，所以，除了先前已經(jīng)鋪好了多模光纖的地方外，在新建的工程中一般不再使用多模光纖，而主要使用單模光纖。
光纖中傳輸監(jiān)控信號(hào)要使用光端機(jī)，它的作用主要就是實(shí)現(xiàn)電 - 光和光 - 電轉(zhuǎn)換。光端機(jī)又分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)：
1 ） 模擬光端機(jī)
模擬光端機(jī)采用了 pfm 調(diào)制技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸圖象信號(hào)，是目前使用較多的一種。發(fā)射端將模擬視頻信號(hào)先進(jìn)行 pfm 調(diào)制后，再進(jìn)行電 - 光轉(zhuǎn)換，光信號(hào)傳到接收端后，進(jìn)行光 - 電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行 pfm 解調(diào)，恢復(fù)出視頻信號(hào)。由于采用了 pfm 調(diào)制技術(shù)，其傳輸距離很容易就能達(dá)到 30 km 左右，有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達(dá)到 60 km ，甚至上百公里。并且，圖象信號(hào)經(jīng)過傳輸后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非線性失真。通過使用波分復(fù)用技術(shù)，還可以在一根光纖上實(shí)現(xiàn)圖象和數(shù)據(jù)信號(hào)的雙向傳輸，滿足監(jiān)控工程的實(shí)際需求。
2 ） 數(shù)字光端機(jī)
由于數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以正如數(shù)字技術(shù)在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣，光端機(jī)的數(shù)字化也是一種必然趨勢(shì)。目前，數(shù)字圖象光端機(jī)主要有兩種技術(shù)方式：一種是 mpeg ii 圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)，另一種是非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)。
圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用 mpeg ii 圖象壓縮技術(shù)，它能將活動(dòng)圖象壓縮成 n×2mbps 的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸。由于采用了圖象壓縮技術(shù)，它能大大降低信號(hào)傳輸帶寬，以利于占用較少的資源就能傳送圖象信號(hào)。同時(shí)，由于采用了 n×2mbps 的標(biāo)準(zhǔn)接口，可以利用現(xiàn)有的電信傳輸設(shè)備的富裕通道傳輸監(jiān)控圖象，為工程應(yīng)用帶來了方便。不過，圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)也有其固有的缺點(diǎn)。其致命的弱點(diǎn)就是不能保證圖象傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。因?yàn)閳D象壓縮與解壓縮需要一定的時(shí)間，所以一般會(huì)對(duì)所傳輸?shù)膱D象產(chǎn)生１ ~ ２ｓ的延時(shí)。因此，這種設(shè)備只適合于用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)所，在工程使用上受到一些限制。另外，經(jīng)過壓縮后圖象會(huì)產(chǎn)生一定的失真，并且這種光端機(jī)的價(jià)格也偏高。
非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的原理就是將模擬視頻信號(hào)進(jìn)行ａ／ｄ變換后和語(yǔ)音、音頻、數(shù)據(jù)等信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，再通過光纖傳輸。它用高的數(shù)據(jù)速率來保證視頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，由于光纖的帶寬非常大，所以這種高數(shù)據(jù)速率也并沒有對(duì)傳輸通道提出過高要求。非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)能提供很好的圖象傳輸質(zhì)量（信噪比大于 60db ，微分相位失真小于 2° ，微分增益失真小于 2% ），達(dá)到了廣播級(jí)的傳輸質(zhì)量，并且圖象傳輸是全實(shí)時(shí)的。由于采用數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)備中可以利用已經(jīng)很成熟的通信技術(shù)比如復(fù)接技術(shù)、光收發(fā)技術(shù)等，提高了設(shè)備的可靠性，也降低了成本。非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
a ）采用了數(shù)字化技術(shù)，極大提高了圖象傳輸質(zhì)量；
b ）數(shù)字化技術(shù)和大規(guī)模集成電路的使用，保證了設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性，克服了模擬光端機(jī)的弊病；
c ）不會(huì)產(chǎn)生傳輸延時(shí)，保證了監(jiān)控圖象的實(shí)時(shí)性；
d ）可以方便地將多路圖象和音頻、數(shù)據(jù)等多種信號(hào)集成在一起通過一根光纖傳輸，目前，這種非壓縮數(shù)字圖象 光端機(jī)可以做到在單方向傳輸幾十路、甚至上百路圖象（比如武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司的非壓縮數(shù)字光端機(jī)可以在單纖上傳輸 64 路圖象）。
數(shù)字圖象光端機(jī)的技術(shù)含量高，其在監(jiān)控工程中的使用時(shí)間還不長(zhǎng)，目前大都用在多路圖象傳輸方面，主要原因在于目前能夠提供這種光端機(jī)的廠家還不多，價(jià)格相對(duì)模擬光端機(jī)而言也稍微偏高。不過，由于數(shù)字圖象光端機(jī)特別是非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的突出優(yōu)勢(shì)，再加上大量使用后會(huì)降低成本，模擬光端機(jī)必將很快被數(shù)字圖象光端機(jī)所取代。
5 、結(jié)束語(yǔ)
傳送圖象監(jiān)控信號(hào)除了以上介紹的三種主要方式外，也有些工程中采用了點(diǎn)到點(diǎn)無線傳輸方式以及有線電視上采用的多路副載波復(fù)用射頻傳輸方式。無線傳輸受環(huán)境和氣候影響太大，工作不穩(wěn)定，而且設(shè)備安裝調(diào)整困難；多路副載波復(fù)用射頻傳輸方式需要的設(shè)備多，穩(wěn)定性不高，圖象質(zhì)量較差，設(shè)備安裝調(diào)整也很困難。所以，這兩種設(shè)備使用得很少，也不推薦用戶使用。對(duì)于同軸電纜、雙絞線和光纖三種傳輸方式，用戶可以根據(jù)工程實(shí)際情況選用。一般來說，距離在二、三百米以內(nèi)，并且無環(huán)境干擾、布線空間大的場(chǎng)所，可以考慮使用電纜；當(dāng)傳輸距離在兩公里以內(nèi)，或者環(huán)境干擾大、布線要求緊湊的場(chǎng)所，建議使用雙絞線；距離達(dá)到幾公里或更遠(yuǎn)時(shí)，光纖就是必然選擇了。當(dāng)然，工程實(shí)際中，不少用戶不管距離遠(yuǎn)近，在同一個(gè)工程中統(tǒng)統(tǒng)使用光纖，或者在距離較近的工程中統(tǒng)統(tǒng)使用雙絞線，這完全由工程的實(shí)際需要確定 。 |
