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数字视频光端机在高速公路中的应用优势

随着现代社会信息化进程的不断深入,安防产品也逐渐向数字化靠拢。光端机便是其中一例。模拟光端机的淡出市场,不正是昭示着数字光端机时代的即将来临么?这不,数字光端机已开始“上路”了。
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安防知识网】从目前高速公路视频图像监控系统的组网方式看,较远距离的传输大多采用光缆。光缆传输方式具有损耗低,保真度高,频带宽,容量大的特点。采用光缆组网使信号的传输质量及系统的可靠性大为提高。此外光缆还具有抗电磁干扰,无电磁泄漏,温度稳定性高等优点。

  光缆传输的特点

  1、光纤传输损耗:光信号在光纤中传输的损耗是光纤一个十分重要的光学特性,它决定了发射与接收端的最大传输距离。光信号损耗包括吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。吸收损耗是由于光纤材料不纯引起的;散射损耗是由于材料分子成分的波动以及结构的不均匀或光纤制造材料的缺陷引起折射率的变化而产生的(瑞利散射);辐射损耗是由于光纤被弯曲到一定的曲率而产生的。此外,光纤接点之间、光纤与器件之间也存在着耦合损耗,因此,在光纤的装配和接续时应特别注意工艺技术,使耦合损耗最小。

  2、光纤传输带宽:光纤的信息容量通常以带宽和距离的乘积来衡量。光纤的传输带宽随着传输距离的增加而减小。限制光纤传输频带的主要因素是模式色散、材料色散和构造色散。

  3、光传输形式:光纤是由两种不同折射率的石英玻璃材料制成的,其中芯子材料的折射率比包层的折射率稍大一些。根据光的折射和反射定律,光经过两个不同介质面时就要产生折射和反射,如果两种材料的折射率满足一定的条件,光就不能穿出这两个介质面,并完全反射回来,产生全反射,反射的光束仍以同样的角度通过对面的介质面反射。所以,光束是在光纤中反复地呈“Z”字型向前传输的,一般反射率可达0.9995。

  4、光纤传输模式:光束以不同的角度射入光纤时将以不同的轨迹传输,形成不同的传输模式。依据光纤的折射特性和传输模式,可将光纤分为多模阶跃型光纤、多模渐变型光纤和单模光纤。

  光缆传输CCTV信号所用的调制方式

  为了使CCTV信号能在光纤中传输,必须把CCTV信号调制到光频。目前,光调制方式均采用直接光强度调制,而电调制方式则有副载波模拟残留边带调幅、副载波模拟调频和时分复用数字调制几种。

  调幅-光强度调制方式(AM-IM)

  按副载波残留边带调幅方式组合起来的一路或多路射频电视信号对激光管的发光强度直接进行调制即为AM—IM调制方式。这种调制方式的优点是简捷、经济和容量大。缺点是接收灵敏度较低,传输距离较短。

[nextpage]  调频-光强度调制方式(FM-IM)

  将一路或多路视频信号、音频信号分别对不同频率的副载波调频,然后混合起来再去调制光波强度,即为FM-IM调制方式。这种调制方式具有较高的灵敏度,能获得较好的载噪比,传输距离远。缺点是调频制式不能与现有的电视机(监视器)兼容,所以光接收机输出的信号需经AM-VSB调制,才能转变为调幅视频信号传输给用户。

  脉冲编码-光强度调制方式(PCM-IM)

  PCM-IM是一种差分脉冲编码调制技术。它首先对视频、音频信号进行AD数字化处理,然后用数字信号去调制光强度。目前数字光端机一般使用8/10bit AD变换,一路视频信号需要的速率为70Mbit/s,一般用一根单模光纤的一个波长传输一组8-12路的视频信号,占用700-900MHz带宽。如果采用数字压缩技术和副载波多进制数字调制,一路节目占有的带宽可压缩到8MHz以下,但是这样的话,对视频图像会造成损伤和时延。

  数字光端机的特点

  现以OTS数字光端机为例,来描述这一类光端机的优良特性。该光端机采用10位数字视频编码方式和24位数字立体声数码技术的全数字方式,在一根光纤上传输多达64路非压缩式的数字视频、128路双向音频、32路双向低速数据信号、16路双向10M/100M以太网数据和几百路报警开关量信号,并能做到70dB的信噪比达到广播级的标准,这是采用普通模拟视频传输光端机很难做到的。因为数字式光端机是对输入的基带的视频、音频、数据进行高分辨率的模拟-数字转换。数字编码信号直接控制光头发射的光信号的强、弱两种状态(对应0或1),接收光端机再将数字编码进行数字-模拟转换,恢复成原始的基带的视频、音频、数据信号。

  在信噪比上可以参看图1,可以看出在AM模拟调制方式下的信噪比与传输距离是成线性方式下降的;在FM模拟调制方式虽然比AM模拟调制方式要好一点,但是随着距离的增加其信噪比下降也很快,大约在20公里左右就很难以达到要求了。而10bit的数字视频编码方式的信噪比基本没有多大变化。

  数字光端机在工程实例中的应用

  现假设一条高速公路要采用一根光纤传输产。沿线大约5个站点的40路视频图像到监控中心的简单传输系统。选用OTS光端和普通FM多路数模拟光端机两种传输系统分别完成这一工程。可以看出在同样的环境条件下,无论是从系统的复杂程度,还是设备的种类数量上来比较,数字视频光端机都要比模拟视频光端机优越。

  从系统工程的观点来分析:

  一个系统要可行,首先它的各个组成子系统要可行,除能完成本子系统所要达到的功能外,各个子系统还要能互相配合以完成整个系统最终所要达到的功能。所以在同等条件下,系统的组成越简单越可靠,性价比也相对提高,这就是我们通常所讲的最佳解决方案。

[nextpage]  从视频的传输技术上来分析:

  模拟视频光端机采用的是调制、再混合、然后通过宽带视频光端机发射出去,到了不同的站点还原成电信号再与本站信号混合再转换成光信号往下转。这样每增加一个站点就增加了一个噪声侵入点,最后全线噪声汇聚到中心。而且传输的视频图像越多,各频段之间的间隔频带就越窄,就容易产生频率窜扰。随着传输距离的增加,高低频率的衰减不一致会导致交调、互调等干扰。除此之外还有温度因素的影响,随着温度的增加一些线性电子元器件会产生非线性失真,导致频率的漂移或图像不同步等现象。数字视频光端机采用的是光复用技术,即把不同的视频图像组用不同的光波来传送,不同波长的光波同时复用在同一根光纤上。在整个传输过程中,所有视频组都只完成一次光/电和电/光的转换过程,与端到端传输是等同的。这样做就大大减少了噪声的入侵点,同时各个接入视频组本身所带的噪声不会累加,也不会相互影响。而数字视频光端机采用的是对离散的数字基带信号进行时分复用后再传输的,所以不会像模拟视频光端机那样,因线性元器件特性所限带来的不利影响。而且数字视频光纤传输系统采用的是全光纤网络的传输方式,这是当今时代网络发展的方向,它直接就把我们引入了光纤接入网和光纤交换网的新时代。

  性价比来分析:

  模拟视频光端机采用的是FM的射频调制方式,每一路视频信号必须要用一套不同频率的FM射频调制器,随着频率的增加FM射频调制器的价格也随之增加。每传一个站点都得增加一个多路射频混合器和一套宽带射频光端机,通常射频光端机的发射功率都很高,所以其制造成本比普通光端机都要高,而且宽带射频光端机的接收通常都要求+1dB接收,目前所用的光发射模块的最大功率一般都是24dB,那么在不加中继的情况下其传输距离最大只能达到40-50公里(1310nm波长),而在同等条件下数字视频光端机的传输距离是它的1.3倍。

  数字视频光端机采用的是光的复用技术,所用的功能模块很少,系统的组建也非常简单,它在每一个站点无需重复调制,只是进行简单的光的波分复用就可以了。由于其系统的构成非常简单,维护起来也非常方便,所花的人工和设备维修费用也比较低。所以在工程的总价和运营成本上,采用数字视频光端机相对于模拟视频光端机来讲都要较低。

  目前市场情况和实际应用来看,模拟光端机已逐步淡出市场,而数字光端机如雨后春笋般开始在市场上普及,数字代替模拟,这也是光纤通信技术显示出的历史发展趋势。事实上,由于数字光端机具有传输信号质量高,没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时交调干扰严重、容易受环境干扰影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点,因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。

  (本文作者现任职于深圳诺龙实业有限公司)

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