解決方案

光纖視頻解決方案

光纖視頻解決方案

 一、簡介
       目前城市交通和高速公路監控中諸多功能的實現,過于煩瑣,造成整體建設成本過高。使得投資者望而卻步,能省則省,能不用的功能就盡量不用,使得城市交通和高速公路監控遇上了新的瓶頸。其主要原因是,單一傳輸系統不能提供相關的功能接口。原本一項非常簡單的功能,其端設備本來可以很輕松地在電纜傳輸中實現自身 的功能,但是為了融入整個系統,實現大范圍的使用,就不得不用光纖來傳輸。現有視頻監控中用的光纖傳輸產品大多是采用模擬的傳輸方式。由于技術的原因,不能提供多種借口和協議要求,不得不對數據進行非常復雜的接口協議轉換,即在中間加上一些輔助設備來達到要求。
        還有一些如普通電話信號、一些對講系統和以太網信號根本就不能實現。只能再建1個或2個傳輸子系統來滿足這些要求。并且有的信號接口形式看似與光端 機類似,實際卻不同,如單工RS485和半雙工RS485等,這些信號通過電纜直接連接時,系統能正常工作,但如果用光端機的普通功能接口連接,系統就無 法 正常工作了,這時經常會認為是光端機的接口工作不正常,其實卻不然。因為其現有系統中的傳輸子系統沒有提供相關的接入方式。為了解決這一系列的問題,近兩 年以來不少廠家開發出來了新型的傳輸方式,并且在除提供了一系列新的解決方案外,還彌補了現有模擬光纖傳輸系統的許多技術缺陷。如PETELCOM、 OTSYSTEM等品牌率先推出了以10位數字視頻編碼方式,采用進位數字時分復用和CWDM光粗波分用技術相結合的全數字化傳輸方案。由于此類產品采用 的上全數字的解決方案,所以有著許多模擬系統無法比擬的技術優勢。
        光纖傳輸視頻首先它大大提高了視頻圖像的傳輸質量,其信噪比很輕松就達到了70db,達到廣播級要求。再加上采用大規模的集成電路結構和表面貼裝器件,使產品更 加穩定可靠。在同等情況下模擬光端機的信噪比隨著距離的增加,在不斷地下降而數字光端機在整個傳輸過程中,基本保持不變,這就是數字傳輸技術所帶來的優 勢。但是并不是所有的數字光端機都是非常優秀的。如8bt的數字光端機在一定范圍內,還不如模擬FM調頻光端機圖像傳輸質量高。采用10位數字編碼傳輸方 式的全數字光端機并不單單是為了一個傳輸質量問題,如果只是這樣的話,似乎意義不是很大。就如一些光端機品牌,只是在一個勁地對業界標榜自己是數字光端機 產品一樣,很大一部分還是8位數字編碼傳輸方式的全數字光端機,甚至于還有的是壓縮式的全數字光端機。其實采用數字編碼傳輸方式的全數字光端機的最大意義 在于它能提供靈活多樣的組網方式,豐富的易于擴展的數據接口和協議。以OT Systems光端機為例,OT Systems光端機采用10位數字時分復用和CWDM光粗波分用技術相結合的全數字化傳輸方式。通過1芯光纖完全可以同時傳輸"64路視頻+多路監聽音 頻信號+多路對講語音或電話+多路報警+多路反相控制數據100M以太網",圖像質量可達到廣播級標準。系統具有抗干擾性強、無中繼傳輸距離可達近百公 里、信號上接下分(分插復用)都非常方便、優化利用光纖信到、性價比優等特點。而且該系統均采用模塊化結構,可進行任意組合,
二、光纖視頻傳輸的優點
        隨著光纖通信技術的發展,圖象傳輸的方式也越來越多,光端機的視頻信號傳輸比其它的雙絞線視頻傳輸,有著更好的優勢,本文主要介紹模擬光端機和數字光端朵在光纖視頻傳輸的優勢與缺點。
      光端機為監控系統提供了靈活的傳輸和組網方式,信號質量好、穩定性高。近些年來,由于光纖通信技術的飛速發展,光纖和光器件的價格下降很快,使得光纖監控系統的造價大幅降低,所以光纖和光端機在監控系統中的應用越來越普及。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。
       光纖中傳輸監控信號要使用光端機,它的作用主要就是實現電-光和光-電轉換。光端機又分為模擬光端機和數字光端機:
1)模擬光端機
    模擬光端機中主要使用AM 和PFM 兩種調制技術,AM 光端機的傳輸距離在30 Km 以內,PFM 光端機的傳輸距離可以達到60 Km 以上,甚至上百公里。從工程應用來看,以前大都使用PFM 光端機,目前,AM 光端機的應用開始增多,今后的模擬光端機市場這兩種光端機將會平分秋色。由于模擬調制技術的限制,模擬光端機存在一些缺點:
    a)生產調試較困難;
    b)互換性和一致性差,給工程應用帶來極大的不便;
    c)單根光纖實現多路圖象傳輸較困難,性能和可靠性都會下降,目前這種模擬光端機一般只 能做到單根光纖上傳輸4 路圖象;
    d)由于采用的是模擬調制解調技術,其穩定性不夠高,隨著使用時間的增加或環境特性的變化,光端機的性能也會發生變化,給工程維護帶來一些不便。
2) 數字光端機
    由于數字技術與傳統的模擬技術相比在很多方面都具有明顯的優勢,所以正如數字技術在許多領域取代了模擬技術一樣,光端機的數字化也是一種必然趨勢。
    目前,數字圖象光端機主要有兩種技術方式:一種是圖象壓縮數字光端機,另一種是非壓縮數字圖象光端機。
    圖象壓縮數字光端機采用了圖象壓縮技術,它能將活動圖象壓縮成N×2Mbps 的數據流通過標準電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸,也可以通過IP 包的方式在數據網絡上傳輸。由于采用了圖象壓縮技術,它能降低圖象信號傳輸帶寬要求,可以利用公網的標準接口傳輸監控圖象,為工程應用帶來了方便。不過,圖象壓縮數字光端機也有其固有的缺點。其致命的弱點就是不能保證圖象傳輸的實時性,傳輸的圖象存在著延時。因此,這種設備只適合于用在對實時性要求不高的場所,在工程使用上受到一些限制。
另外,經過壓縮后圖象會產生一定的失真,信噪比也不高,并且這種光端機的單路圖象價格也偏高。監控網絡一般都是專用網絡,并且要求全實時,所以圖象壓縮數字光端機難以體現其優勢,反而劣勢突現。
 
·     光纖傳輸在監控系統中應用的范例很多,在傳輸效果方面,和視頻服務器通過網絡傳輸的方式有著截然不同的區別。
       視頻光端機的傳輸方式,需要每個攝象機節點到監控中心能夠有一芯光纖的資源,在資源得到滿足的情況下,視頻完全透明無壓縮的傳輸到控制中心,完全無損傷,視頻信號噪聲比為70分貝以上,微分增益和微分相位都可以保證不超過1,也就是說,通過光纖和光端機傳輸的視頻圖象100%的保證了攝象機拍攝到的內容能夠原汁原味的傳輸到監控中心,無論傳輸距離有多遠,也不用考慮傳輸過程中的電環境問題,更不用考慮所謂的網絡環境等等情況。因為使用完全和目前所使用的網絡視頻服務器不一樣的原理。
         網絡視頻服務器在系統中應用,首先要把攝象機采集到的視頻信號數字化,在這個數字化的過程中,目前比較流行的幾種壓縮算法包括:MPEG3、MPEG4、MJPEG、H.263、H.264等等,全部都是采用的有損壓縮,有損壓縮的意思就是要犧牲掉一部分信息的壓縮方法,非壓縮的視頻帶寬通常是在6.5兆左右,經過壓縮的圖象帶寬通常在600K左右。損失了90%的數據量后,其圖象質量相當于損失了80%左右,在監控行業目前的標準《GB-T/75-94》中明確規定,4級以下的圖象質量全部都是不合格工程,客觀點說,視頻服務器壓縮過的圖象質量,連三級圖象都算不上,根本就不應該把這類產品應用到監控系統當中來!
         網絡視頻服務器傳輸圖象的質量之差是有目共睹的!網絡視頻服務器的傳輸載體是網絡,目前我們所應用的網絡傳輸構架語言是TCP/IP,IP的網絡傳輸方式有天生的硬傷,傳輸一些非實時的數據還可以,當傳輸實時信息的時候,如果遇到包破碎、包延時等網絡傳輸所不可能避免的問題時,根本就不可能完成用戶的指令。
         另外著重闡述一點,目前,世界上的發達國家,如美國、英國、意大利、法國、德國等等都有嚴格的法令禁止政府監控系統在公網上進行通信,我國也有相關的規定。只有少數的第三世界國家采用公網來進行政府辦公系統的數據通信。如果再嚴格點說,目前國內很多城市的監控系統從設計之初就是違反公安部法令的,公安部曾三令五申要求公安系統網絡要與公網物理斷開,很多地區采用公網中VPN邏輯隔離的方式本身就違反了公安部的法令!

另外,關于單獨布設光纜而不租用網絡通信公司的光纖,主要是以下幾個原因:
    一、一次投資終生受益,不會產生后續費用。
    二、自主施工可以嚴格控制施工工藝質量,保證系統的正常運行。
    三、獨立進行系統施工,保證系統的保密性。
    四、獨立施工保證了系統具備一定的防破壞性。
    五、獨立布攝、獨立維護、系統的維護和運行不依賴第三方。

最后,簡單的介紹一下光傳輸和其他傳輸方式相比較的優點:
     1. 光纖的頻帶很寬,理論可達30億兆赫茲。 
     2. 無中繼段長幾十到100多公里,銅線只有幾百米。 
     3 不受電磁場和電磁輻射的影響。 
     4. 重量輕,體積小。例如:通2萬1千話路的900對雙絞線,其直徑為3英寸,重量8噸/KM。而通訊量為其十倍的光纜直徑為0.5英寸,重量450P/KM。
     5. 光纖通訊不帶電,使用安全可用于易燃,易暴場所。
     6. 使用環境溫度范圍寬。 
     7. 化學腐蝕,使用壽命長。
     8.具有與生俱來的保密特點,不會泄露敏感資料。

 光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通訊是以光波為載頻,以光導纖維為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通訊之所以在最近短短的二十年中能得以迅猛的發展,是由于它具有以下的突出優點而決定:
1、傳輸頻帶寬、通訊容量大
  光載波頻率為5×1014MHz,光纖的帶寬為幾千兆赫茲甚至更高。 
2、信號損耗低 
  目前的實用光纖均采用純凈度很高的石英(SiO2)材料,在光波長為1550nm附近,衰減可減至0.2dB/KM,已接近理論極限。因此,它的中繼距離可以很遠。 
3、不受電磁波干擾 
  因為光纖為非金屬的介質材料,因此它不受電磁波的干擾。 
4、線徑細、重量輕 
  由于光纖的直徑很小,只有0.1mm左右,因此制成光纜后,直徑要比電纜細,而且重量也輕。因此,便于制造多芯光纜。 
5、資源豐富 
  光纖通訊除了上述優點之外,還有抗化學腐蝕等特點。當然,光纖本身也有缺點,如光纖質地脆、機械強度低;要求比較好的切斷、連接技術;分路、耦合比較麻煩等。
6、光纖的分類 
(1)按照傳輸模式來劃分 
  光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁波場場型,或者說是光場場形(HE)。各種場形都是光波導中經過多次的反射和干涉的結果。各種模式是不連續的離散的。由于駐波才能在光纖中穩定的存在,它的存在反映在光纖橫截面上就是各種形狀的光場,即各種光斑。若是一個光斑,我們稱這種 光纖為單模光纖, 若為兩個以上光斑,我們稱之為多模光纖。
  單模光纖(Single-Mode) 
單模光纖只傳輸主模,也就是說光線只沿光纖的內芯進行傳輸。由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬因而適用與大容量,長距離的光纖通迅。單模光纖使用的光波長為1310nm或1550 nm。如圖1單模纖光線軌跡圖。
  多模光纖(Multi-Mode) 
一定的工作波長下(850nm/1300nm),有多個模式在光纖中傳輸,這種光纖稱之為多模光纖。由于色
散或像差,因此,這種光纖的傳輸性能較差頻帶比較窄,傳輸容量也比較小,距離比較短。 
(2)按照纖芯直徑來劃分 
50/125(μm)緩變型多模光纖;
62.5/125(μm)緩變增強型多光纖;    
8.3/125(μm)緩變型單模光纖。
  備注:50/62.5/8.3(μm)均為光纖光芯直徑數,125(μm)均為光纖玻璃包層的直徑數。 
(3)按照光纖芯的折射率分布來劃分 
階越型光纖(Step index fiber),簡稱SIF;梯度型光纖(Graded index fiber),簡稱GIF; 環形光纖(ring fiber); W形光纖。
  備注:50/62.5/8.3(μm)均為光纖的光芯直徑數,125(μm)均為光纖玻璃包層的直徑數。
7、光纜 
  點對點光纖傳輸系統是通過光纜進行連接。光纜可包含1根光纖(有時稱單纖)或2根光纖(有時稱雙纖),或者甚至更多(48纖、1000纖)。
8、光纖輔助器件 
  光纖配線架(Housing)用于室內光纖網絡配線系統。
光纖適配器和衰減器(AdaptorandAttenuator) 
光纖適配器用于各類光纖設備與光纖連接方式的轉換。光纖衰減器用于對輸入光功率的衰減,避免了由于輸入光功率超強而使光接
受機產生的失真。(對于光端機,無需用 衰減器); 光纖活動連接器(Connector) 用于各類光纖設備(如光端機等)與光纖之 間的連接。(ST-FC-SC); 光分路器(Coupler) 適用于將一根光纖信號分解為多路光信號輸 出(如:計算機網絡、CATV系統); 光波分復用器(WDM) 用于光路中不同波長的光的分離或混合。 
 
三、光纖收發器視頻傳輸方案
 
◆光纖收發器視頻傳輸方案示意圖


◆集中式(或節點式)光纖收發器視頻傳輸接入


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