监控系统图象传输方式

'监控图象传输方式1概述在监控系统屮，监控图象的传输是整个系统的-个至关重要的环节，选择何种介质和设备传送图彖和其它控制信号将直接关系到监控系统的质量和可靠性。冃前，在监控系统屮川来传输图象信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤，对应的传输设备分别是同轴视频放人器、双绞线视频传输设备和光端机。要组建一个高质量的监控网络,就必须搞清楚这三种上要传输方式的特点和使用环境，以便针对实际工程需要采取合适的传输介质和设备。2同轴电缆和同轴视频放人器•提起图彖传输，人们首先总会想起同轴电缆，因为同轴电缆是较早使用，也是使用时间最长的传输力式。同时，同轴电缆具有价格较便宜、铺设较力便的优点，所以,一般在小范围的监控系统中，由于传输距离很近，使用同轴电缆直接传送监控图彖对图象质量的损伤不人，能满足实际要求。但是，根据对同轴电缆门身特性的分析，当信号在同轴电缆内传输时其受到的衰减与传输距离和信号本身的频率有关。…般来讲，信号频率越高，衰减越人。视频信号的带宽很人，达到6MHz,并且，图象的色彩部分被调制在频率高端，这样，视频信号在同轴电缆内传输时不仅信号整体幅度受到衰减，而且各频率分虽衰减甲湘羌很人，特别是色彩部分衰减最人。所以，同轴电缆只适合丁•近距离传输图象信号，当传输距离达到200米左右吋，图彖质量将会明显下降，特别是色彩变得暗淡，有失真感。在丄程实际中，为了延长传输距离，耍使用同轴放大器。同轴放大器对视频信号具有一定的放人，并且还能通过均衡调整对不同频率成分分别进行不同人小的补偿，以使接收端输出的视频信号失真尽量小。但是，同轴放大器并不能无限制级联，-般在•个点到点系统屮同轴放人器最多只能级联2到3个，否则无法保证视频传输质量，并且调整起来也很困难。因此，在监控系统屮使川同轴电缆时，为了保证有较好的图象质量，一般将传输距离范围限制在四、五百米左右。另外，同轴电缆在监控系统中传输图象信号还存在着一些缺点：1）、同轴电缆木身受气候变化影响人，图象质量受到一定影响；2）、同轴电缆较粗，在密集监控应用时布线不太方便；3）、同轴电缆一般只能传视频信号，如果系统屮需要同时传输控制数据、音频等信号时，则需要另外布线；4）、同轴电缆抗干扰能力有限，无法应用于强干扰环境；5）、同轴放大器还存在着调整困难的缺点。3双绞线和双绞线视频传输设备由于传统的同轴电缆监控系统存在着•些缺点，特别是传输距离受到限制，所以寻求种经济、传输质暈高、传输距离远的解决方案I•分必要。Y期，在传输距离超过五、六白米的监控系统小…般使用多模光纤和多模光端机，这虽然解决了远距离传输的问题，但是系统造价増加了很多，并一几,光纤的施工复杂，需要专业人员和专用设备。所以，对这种距离不是太远的监控系统而言,使用光纤和光端机还是显得不够经济。最近，出现了一种双绞线视频传输设备，通过使用此种设备，可以将双绞线应用丁-监控图象传输，它很好地解决了上而的难题，在今厉的监控系统中必将被大量使用。其实，双绞线的使用由來已久，电话传输使用的就是双绞线，在很多工业控制系统小和干扰较人的场所以及远距离传输中都使用了双绞线，我们今天广泛使用的局域网也是使用双绞线对。双绞线Z所以使用如此广泛，是因为它具冇抗十■扰能力强、传输距离远、布线容易、价格低廉等许多优点。由于双绞线对信号也存在着较人的衰减，所以传输距离远时，佶号的频率不能太高，而高速信 号比如以太网则只能限制在100m以内。对于视频信号而言，带宽达到6MHz,如果自接在欢绞线内传输，也会衰减很人，在传输跖离为150m左右时视频信号的衰减曲线如下图所示。凶此，视频信号在双绞线上耍实现远距离传输，必须进行•放人和补偿，双绞线视频传输设备就是完成这种功能。加上…对双绞线视频收发设备后，可以将图彖传输到1至2km,如果采用中继方式，还可以成倍坍加传输距离，mu,传输图彖的质量可以与光端机媲美。双绞线和双绞线视频传输设备价格都很便⑺不但没右•增加系统造价，反而在距离增加时其造价与同轴电缆相比卜•降了许多。所以，监控系统中用双绞线进行传输具冇明显的优势：1）传输距离远、传输质量高。山于在双绞线收发器中采用了先进的处理技术，极好地补偿了双绞线对视频信号幅度的衰减以及不同频率间的衰减差，保持了原始图象的亮度和色彩以及实时性，在传输距离达到lkm或更远时，图象信号基本无失真。如果采用中继方式，传输距离会更远。2）布线方便.线缆利川率高。一対普通电话线就可以川来传送视频信号。另外，楼宇大丿夏内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任収•对就可以传送•路视频信号，无须另外布线，即使是垂新布线，5类缆也比同轴缆容易。此外，•根5类缆内有4对双绞线，如果使用•对线传送视频信号，另外的儿对线还可以用來传输音频信号、控制信号、供电电源或其它信号，提高了线缆利用率，同时避免了各种信号单独布线带来的麻烦，减少了工程造价。使用一根缆内的几对双绞线分别传送不同的信号，相MZ间不会发生十扰。使用方便。利用双绞线传输视频信号，在前端要接入匕用发射机，在控制屮心要接这种双绞线传输设备价格便宜，使用起來也很简单，无需专业知识，也无太多的*长期稳定工作。取材方便。由于使用的是I【前广泛使用的普通5类非屏蔽电缆或普通电话线，购买3）抗十扰能力强。双绞线能冇效抑制共模十扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图彖信号。而且，4）可靠性高、入专用接收机。作，一次安装，5）价格便宜，容易，而且价格也很便宜，给工程应用带来极大的方便。4光纤和光端机光纤和光端机应川在监控领域里主耍是为了解决两个问题：一是传输距离，一是环境干扰。双绞线和同轴电缆只能解决短距离、小范围内的监控图象传输问题，如果需要传输数公里找至上帀公里距离的图象信号则需要采川光纤传输方式。另外，对-些超强F•扰场所，为了不受环境丁扰影响,也要采川光纤传输方式。因为光纤具有传输带宽宽、容量大.不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，一根光纤就可以传送监控系统中需耍的所有信•号.传输距离M以达到上白公里。光端机可以捉供…路和多路图彖接口，还可以捉供双向音频接口、…路和多路乞种类型的双向数据接口（包括RS232、RS485、以太网等），将它们集成到•根光纤上传输。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。近些年來，山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屮的应川越來越普及。分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤山于色散和衰耗较大，其最大传输距离一般不能超过5K（n,所以，除了先前已经铺好了多模光纤的地方外，在新建的匸程中一般不再使用多模光纤,而主要便用单模光纤。光纤中传输监控信号耍使用光端札它的作用主耍就是实现电光和光电转换。光端机乂分为模拟光端机和数字光端机：1）模拟光端机模拟光端机采用了PFM调制技术实时传输图彖信号，是FI前使用较多的一种。发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后，再进行电-光转换，光信号传到接收端后,进行光-电转换,然后进行PFM解调,恢复出视频信号。由于釆用了PFM调制技术,其传输距离很容易就能达到30Km左右,有些产品的传输距离可以达到60Km,甚至上百公里。并且，图象信号经过传输后失真很小，具有很高的倍噪比和很小的非线性失真。通过使用波分复用技术，还可以在•根光纤上实现图象和数据信号的双向传输，满足监控工程的实际需求。不过，这种模拟光端机也存在一些缺点：a）生产调试较困难；b）单根光纤实现多路图象传输较困艰性能会下降，忖前这种模拟光端机•般只能做到单根光纤上传输4路图彖；c）山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I••程使用带來一些不便。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,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。H前，数字图象光端机主要有两种技术方式：一种是MPEGH图彖压缩数字光端机，另一种是卄•压缩数字图彖光端机。图彖压缩数字光端机…般采用MPEGH图象爪缩技术，它能将活动图彖压缩成NX2Mbps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。由丁•采用了图象压缩技术，它能人人降低信号传输带宽，以利于占 用较少的资源就能传送图彖信号。同时，由于采用了NX2Mbps的标准接口，可以利用现冇的电信传输设备的富裕通道传输监控图彖，为丄程应用带來了方便。不过，图象爪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。因为图象压缩与解压缩需要一定的时间，所以一般会对所传输的图彖产生1~2S的延时。闪此，这种设备只适合川在对实时性要求不高的场所，在工程使用上受到哋限制。另外，经过压缩后图象会产生一定的失真，并且这种光端机的价格也偏高。非压缩数字图象光端机的原理就是将模拟视频信号进行A/D变换后和语咅、音频、数据等信号进行复接，再通过光纤传输。它用高的数据速率来保证视频信号的传输质暈和实时性，山于光纤的带宽非常人，所以这种崗•数据速率也并没有对传输通道提出过岛耍求。非压缩数字图象光端机能捉供很好的图彖传输质量（如武汉微创光电技术冇限公创的非斥缩数字光端机信噪比人于60（113,微分相位失冀小于2。,微分增益失冀小于2%）,达到了广播级的传输质暈，并II图象传输是全实时的。山于采用数字化技术，在设备屮町以利用己经很成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等,提高了设备的叮靠性，也降低了成木。非压缩数字图彖光端机的优势体现在：a）采用了数字化技术，极大提高了图象传输质量；b）数字化技术和大规模集成电路的使川，保证了设备工作的稳定件和可靠件，克服了模拟光端机的弊病；c）不会产生传输延时，保证了监控图象的实时性；d）可以方便地将多路图彖和音频、数据等多种信号集成在-•起通过-根光纤传输，目前，这种非压缩数字图彖光端机可以做到在单方向传输儿I•路、英至上百路图彖数字图象光端机的技术含量高，其在监控工程中的使川时间还不长，11前大都川在多路图象传输方而，丄耍原因在丁・li前能够提供这种光端机的厂家还不多，价格相对模拟光端机而言也稍微偏高。不过，由丁•数字图彖光端机特别是卄•压缩数字图彖光端机的突出优势，再加上人量使用后会降低成木，模拟光端机必将很快被数字图彖光端机所取代。5结束语1专送翡象监控信号除了以上介绍的三种主要方式外，也有些工程屮采用了点到点无线传输方式以及有线电视上采用的多路副载波复用射频传输方式。无线传输受环境和气候影响太大，工作不稳定，而且设备女装调整困难；多路副载波复川射频传输方式需要的设备多，稳定件不高，图象质量较差，设备安装调整也很困难。所以，这两种设备使用得很少，也不推荐用八使用。对于同轴电缆、双绞线和光纤三种传输方式，用户可以根据工程实际情况选用。一•般來说，距离在二、三百米以内，并且无环境干扰、布线空间大的场所，可以考虑使用电缆；当传输距离在两公里以内，或者环境干扰人、布线要求紧凑的场所，建议使用双绞线；距离达到几公里或更远时，光纤就是必然选择了。当然，工程实际中,不少用户不管距离远近,在同一个工程中统统使用光纤,或者在距离较近的匸程中统统使川双绞线，这完全由工程的实际需耍确泄。电话线方式：在PSTN网上,利用用户现有的电话线进行多媒体（尤其是视频信号）传输可以采用几种不同的方式：第一是采JIJMODEM接入，采用低数据速率的H.263会议电视视频压缩标准，将几十K的数据流通过28.8Kbps的V.34MODEM接入PSTN网，传输CIF、QCIF每秒5〜15帧的图像。冃前33.5Kbps至56Kbps的Modem已很普及，这种传输方式有利丁低速率的视频传输,帧冷.也可以进一步提高：笫二是采用XSDL接入，主要包括ASDL（下行速率1.5〜9Mbps,上行速率16〜640Kbps,传输距离5.5KM）,主要用于视频点播和视频广播；HSDL使用一对两对双绞线，双向速率为1.5〜2Mbps,传输距离约为5KM,可作电视会议或双向视频控制。DDN方式：DDN是利用数字通道提供半永久性连接电路，以传输数据信号为主的数字传输网络。它主要捉供中、髙速率，高质量点到点和点到多点的数字专用链路，以便向用八提供租用电路业务。其线路的通信速率为2.4〜19.2Kbps,Nx64Kbps(N=l〜32)。它也可提供VPN业务。我国邮电部门已在全国范围内建成并开放了DDN业务，通信带宽为64K〜2.048M(El),如果用户没 有自备的远程数据通信网，可以向当地邮电部门申请DDN业务。采用该方式时，用户可以根据自己的要求屮请带宽，视频终端可采用G703或V.35口将多媒体业务接入DDN网。ISDN方式：ISDN的信道类型分为信息信道与控制信道，信息信道乂包括B信道与H信道，控制信道为D信道。B信道带宽为64Kbps用于传送各种话音、数据或位流图像；H信道带宽为384Kbps或1536Kbps或1920Kbps,用于传输高速率数据或高位流图像；D信道带宽为16Kbps,用于传递控制信号以控制B信道(H信道)的呼叫，冇时D信道也可川于传输低速数据。ISDN川户/网络接口有两种结构：基本速率接口(BRI)和基群速率接口(PRI),基本速率接口是将现冇电话网中的普通用户线作为ISDN的用户线而规定的接口，它由2个B和一个D信道组成，成为2B+DU,传输速率为144Kbps；PRI接口则是由30个B信道和一个D信道组成成为30B+D口，传输速率为2Mbps相当于一个El口。在ISDN的BR1中传输声像信号时，有三种方案可供选择：一•是将图像与声音集屮在一•条B信道(64Kbps)【|i传输，如图像用48Kbps,声音用16Kbps；二是使用两个B信道，一条传输图像(64Kbps),另一条传输声音(64Kbps)；三是将两条B信道混合起來作为一条128Kbps的线路使用，图像用112Kbps,声咅川16KbpsoISDN的接口可以通过专川的ISDN通信卡将视频多媒体监控终端接入。光纤信道：光纤信道传输质量高，信道稳定是人所共知的优点。光通信端机包括PCM基群复接设备、二次群、三次群、四次群等跳群复接设备。其中PCM基群复接设备向用八提供符合G.703标准的64Kbps接口，可以将低速率的视频数据肓接送入PCM终端进行传输。而复接设备直接向用八捉供符合G.703标准的E1接口，其速率为2.048Mbps的传输信道带宽，经G.703/V.35E1通信卡将视频监控终端接入光纤线路。无线传输：无线传输主要是指数传电台和无线扩频传输，在目前大多数企业单位都冇自己的无线专网，无线专网可以支持多点远端接入，它们一般可以提供64K〜42Mbps的信道带宽。同时,这些无线专网在建设规划时，大都已预留出用作传输视频图像的带宽，只要将视频终端以IP方式接入并与原來的数据、话音业务作无缝连接，即可实现多媒体通信。VSAT卫星线路：卫星传输系统覆盖地域广，施工量少，是其它传输系统无法替代的，特别是对移动的VSAT站，具有机动性，是军队国防部门通信的重要手段，卫星其小口径地面站也是偏远地区的主要通信手段，一般用户可以向卫星运营公司和用卫星线路，如将64Kbps串行数据转换为V.35接口建立视频连接。'