光端機在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的傳輸方式分析

文/金承鈺

近年來，隨著平安城市等大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、高清化、集成化發(fā)展，傳輸系統(tǒng)也在市場需求的推動下開始了技術(shù)升級，作為其中的一個重要組成部分，光端機的應(yīng)用及發(fā)展也一直為業(yè)內(nèi)所關(guān)注。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控圖像的傳輸是整個系統(tǒng)的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖像和其它控制信號將直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，傳輸部分是整個監(jiān)控系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和選擇決定了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可擴展性。視頻監(jiān)控技術(shù)在我國的上世紀 80 年代開始逐漸興起，基于傳輸介質(zhì)的不同先后出現(xiàn)了在同軸電纜傳輸介質(zhì)下的短距離傳輸方式，光纖介質(zhì)下的模擬視頻遠距離模擬方式傳輸、模擬視頻遠距離數(shù)字方式傳輸和光平臺傳輸方式。

模擬視頻的同軸電纜方式傳輸——模擬視頻的短距離傳輸

安防行業(yè)在我國初步興起時，視頻監(jiān)控技術(shù)比較簡單，傳輸信息為直接出自攝像頭的模擬信息，直接就采用同軸電纜將模擬視頻圖像從前端監(jiān)控點以“點對點”的方式傳回監(jiān)控中心或管理中心，并逐一顯示在監(jiān)視器上。同軸電纜只適合于近距離傳輸圖像信號，當傳輸距離達到 200 米左右時，圖像質(zhì)量將會明顯下降，尤其是色彩變得暗淡，出現(xiàn)失真感。

為了延長傳輸距離，主要引入使用同軸放大器，同軸放大器對視頻信號具有一定的放大，并且還能通過均衡調(diào)整對不同頻率成分分別進行不同大小的補償，以使接收端輸出的視頻信號失真盡量小，但是同軸放大器并不能無限制級聯(lián)，一般在一個點到點系統(tǒng)中同軸放大器最多只能級聯(lián)2 到 3 個，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，為了保證有較好的圖像質(zhì)量，一般將傳輸距離范圍限制在四、五百米左右。同軸電纜方式傳輸無法做到大路數(shù)遠距離的視頻傳輸，也無法做到多中心多級聯(lián)網(wǎng)，視頻傳輸距離和容量以及矩陣聯(lián)網(wǎng)的瓶頸限制了監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模，也進一步催生了基于光纖介質(zhì)的模擬視頻遠距離傳輸模式。

模擬視頻遠距離模擬方式傳輸

隨著安防市場對系統(tǒng)要求的提高以及系統(tǒng)在諸多行業(yè)領(lǐng)域的日益普及發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，不僅需要遠距離的傳輸、實現(xiàn)視頻的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，還要實現(xiàn)視頻高質(zhì)量的傳輸問題等。光端機的出現(xiàn)和光纖的發(fā)展解決了模擬視頻的同軸方式傳輸存在的問題，光端機能在一芯光纖上承載大量的業(yè)務(wù)，且一根光纜內(nèi)可以有幾十芯到幾百芯光纖，不僅實現(xiàn)了遠距離傳輸，而且為大規(guī)模組網(wǎng)創(chuàng)造了可能。

最早應(yīng)用光纖傳輸視頻的是模擬視頻光端機，模擬視頻光端機主要是采用模擬調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的方式將基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)等傳輸信號調(diào)制到某一載波，通過另一端的接收光端機進行解調(diào)，恢復(fù)成相應(yīng)的基帶視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號。模擬視頻光端機具備了傳輸距離遠、不受電磁干擾、保密性強等特點，但模擬視頻光端機由于采取載波調(diào)制方式，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響，出現(xiàn)傳輸質(zhì)量隨環(huán)境變化而變化的缺點，因此對一些大型、重要工程來說，模擬視頻光端機的多業(yè)務(wù)接口性、互換、維護、穩(wěn)定性仍不能滿足要求，并最終被數(shù)字視頻光端機所替代。

模擬視頻遠距離數(shù)字方式傳輸

2000 年以后，隨著寬帶數(shù)字光傳輸器件技術(shù)以及數(shù)字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字視頻光端機開始走向市場，數(shù)字視頻光端機將模擬信號先進行數(shù)字化處理后再進行傳輸是光端機技術(shù)發(fā)展史上質(zhì)的飛躍。在市場以及應(yīng)用領(lǐng)域上，數(shù)字視頻光端機較模擬光端機功能更為齊全，并同時具有傳輸容量大、業(yè)務(wù)種類多、信號質(zhì)量好、傳輸距離遠、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)簡單等諸多特點，因此數(shù)字視頻光端機憑借其技術(shù)上的優(yōu)勢，在短時間內(nèi)占據(jù)了模擬視頻光端機的市場，使得模擬光端機逐漸退出。

目前，數(shù)字視頻光端機主要有兩種技術(shù)方式：一種是壓縮數(shù)字視頻光端機，另一種是非壓縮數(shù)字視頻光端機。

壓縮數(shù)字視頻光端機將活動圖像壓縮后再通過標準電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸。由于采用了圖像壓縮技術(shù)，它能大大降低信號傳輸帶寬，以利于占用較少的資源就能傳送圖像信號。但是，壓縮數(shù)字視頻光端機也有其固有的缺點，即不能保證圖像傳輸?shù)膶崟r性。圖像壓縮與解壓縮需要一定的時間，所以壓縮數(shù)字視頻光端機一般會對所傳輸?shù)膱D像產(chǎn)生幾百到上千毫秒的延時。因此，該類設(shè)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。此外，經(jīng)過壓縮后圖像會產(chǎn)生一定的失真。

非壓縮數(shù)字視頻光端機的原理是將模擬視頻信號進行 A/d 變換后與語音、音頻、數(shù)據(jù)等信號進行復(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的傳輸質(zhì)量和實時性，由于光纖的帶寬非常大，所以該類高數(shù)據(jù)速率也并沒有對傳輸通道提出過高要求。非壓縮數(shù)字視頻光端機能提供很好的圖像傳輸質(zhì)量，并且圖像傳輸是全實時的。由于采用數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)備中可以利用成熟的復(fù)接技術(shù)、光收發(fā)技術(shù)等，既提高了設(shè)備的可靠性，也降低了成本。

光平臺傳輸方式

經(jīng)過多年的發(fā)展，以光端機+模擬矩陣為核心的傳輸模式憑借其穩(wěn)定的表現(xiàn)和簡易的操作維護占據(jù)了市場的主流，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，該類傳統(tǒng)模式的缺陷也越來越明顯。模擬視頻遠距離傳輸方式，無論是模擬方式傳輸還是數(shù)字方式傳輸，其組網(wǎng)特點主要為：視頻傳輸與交換系統(tǒng)是完全獨立的兩個子系統(tǒng)，即視頻傳輸采用光端機而視頻切換采用模擬矩陣。該模式在系統(tǒng)規(guī)模不是很大、聯(lián)網(wǎng)功能不是很復(fù)雜時非常有效，但聯(lián)網(wǎng)規(guī)模一旦擴大，發(fā)展瓶頸也逐漸顯現(xiàn)。

一方面，一個以光端機+模擬矩陣為核心的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要大量的中間接入設(shè)備，如光端機、矩陣、視頻分配器等，而這些設(shè)備有不同的品牌，不同的型號以及不同的品質(zhì)，這樣就導(dǎo)致了整個系統(tǒng)過于復(fù)雜，無法做到統(tǒng)一、方便和有效的管理。同時，這些設(shè)備間的連接完全靠模擬視頻互連，多次連接過程對視頻信號的損傷嚴重；另一方面，目前幾乎所有的光端機都已采用數(shù)字非壓縮技術(shù)，如果沒有模擬矩陣，光端機之間已完全可以采用數(shù)字級聯(lián)的方式進行多級聯(lián)網(wǎng)，但是為了與模擬矩陣連接，在整個聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的視頻傳輸過程中視/音頻信號不得不經(jīng)過多次的 A/d、d/A 轉(zhuǎn)換，使系統(tǒng)圖像質(zhì)量無法得到保證，而且模擬的視頻信號本身每經(jīng)過一次傳統(tǒng)模擬矩陣也都會產(chǎn)生一定的損耗。

因此，在日益龐大的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，傳統(tǒng)模式已越來越不適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展需求。多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要一套能融合各種功能，傳輸交換各種業(yè)務(wù)，能方便地進行多級聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一的全數(shù)字的系統(tǒng)平臺，即光平臺系統(tǒng)。

自2005年中威電子率先在業(yè)內(nèi)推出第一代光平臺以來，光平臺已經(jīng)逐步由光傳輸平臺發(fā)展成為集光傳輸交換平臺功能、數(shù)字矩陣功能、高清編解碼功能、大屏拼接控制功能、視頻管理平臺軟件等多種功能的軟硬件一體的系統(tǒng)平臺，可以實現(xiàn)iPC的環(huán)網(wǎng)接入、點對點接入，以及hd-sdi高清視頻、模擬視頻的實時無損接入、切換、控制、上墻等功能，同時支持視頻、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、E1信號、開關(guān)量等各種信號的接入，解決了同一平臺上多業(yè)務(wù)同時接入的問題。