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监控系统传输技术之一监控图像传输方式分析

传输是监控系统中一个至关重要的环节,选择何种介质和设备传送相关控制信号将直接关系到监控的质量和可靠性。本文将从有线传输的角度,深入分析监控系统的核心-监控图像(视频)信号在同轴电缆、双绞线及光纤三种介质上的传输特点。\r\n
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传输是监控系统中一个至关重要的环节,选择何种介质和设备传送图像和其它控制信号将直接关系到监控图像的质量和可靠性。

从传输介质来讲,传输分为有线传输和无线传输两种方式,其中有线传输又包含同轴电缆、双绞线等铜缆传输方式和光纤传输方式;无线传输则是指微波、射频等利用空气作为传输介质的传输方式。由于无线传输受环境和气候影响太大,工作不稳定,而且设备安装调整困难,在实际监控工程中使用得很少,本文不做过多介绍。\r\n目前,在监控系统中用来传输图像信号的介质主要有同轴电缆、双绞线和光纤,下文将对这三种主要传输方式的特点和使用环境进行讨论。

同轴电缆传输使用较早 适合小范围监控系统
同轴电缆是较早使用,也是使用时间最长的传输方式,它具有价格较便宜、铺设较方便的优点。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像对图像质量的损伤不大,能满足实际要求。

但是,同轴电缆对所传输的信号会产生衰减,衰减量与传输距离和信号本身的频率有关。信号频率越高,传输距离越远,衰减越大。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,而且各频率分量衰减量相差很大,特别是(高频)彩色部分衰减最大。所以,同轴电缆只适合于近距离传输图像信号,以SYV-75-5同轴电缆为例,当传输距离达到超过300米左右时,图像质量将会明显下降,特别是色彩变得暗淡,有失真感。

在实际工程中,为了延长传输距离,除了使用芯径更粗的电缆外,还可以采用其它方式:一种是使用基带视频同轴放大器来增强信号,但是,同轴放大器一般只能级联1到2个,否则无法保证视频传输质量,并且调整起来也很困难;另一种是使用射频传输方式,在发射端将基带视频信号分别调制在不同的频段上,经混合后在同轴电缆上传输,接收端再逐一解调,还原成基带视频,这种方式虽然可以在一根电缆上传输多路视频,传输距离也可以远于基带视频传输,但是这种方式设备复杂、信噪比低、图像质量相对较差。

另外,同轴电缆在监控系统中传输图像信号还存在着一些缺点:
·本身受气候变化影响大,图像质量受到一定影响;
·电缆较粗,在密集监控应用时布线不太方便;
·一般只能传输视频信号(同轴视控设备除外,如部分松下设备),如果系统中需要同时传输控制数据、音频等信号时,则需要另外布线;
·抗干扰能力有限,无法应用于强干扰环境;
·同轴放大器还存在着调整困难的缺点。

双绞线传输应用最广 适合中短距离传输

由于传统的同轴电缆监控系统存在着一些缺点,特别是传输距离受到限制、抗干扰能力差,所以寻求一种经济、传输质量高、传输距离远的解决方案十分必要。双绞线作为一种使用最为广泛的传输线缆如今已被用来担此重任。

从电话到工业控制系统中的信号传输,再到局域网络布线系统等等,都是使用双绞线对。双绞线之所以使用如此广泛,是因为它具有抗干扰能力强、传输距离相对较远、布线容易、价格低廉等许多优点。

将双绞线应用于监控系统中,还可以实现多种信号的共缆传输。比如,一根五类非屏蔽电缆可以传输四路视频信号,也可以分别传输一路视频信号,一路音频信号,一路控制信号,以及一路其它信号。

更令人惊奇的是,双绞线传输图像信号的质量很高,几乎可以和模拟光端机的传输质量媲美,而且传输距离远,无中继传输可达1.5至2公里,有效地解决了中、短距离高质量图像传输的难题。另外,几乎所有的智能大厦和智能小区中都铺设有大量的双绞线对,利用一些空余线缆就可以构建图像监控网络,既省却了重新布线的麻烦,又节约了工程成本。

所以,监控系统中用双绞线进行传输具有明显的优势:

传输距离较远、传输质量高

由于在双绞线视频传输设备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,保持了原始图像的亮度、色彩以及实时性,图像信号基本无失真。如果采用中继方式,传输距离会更远。

布线方便、线缆利用率高

一对普通电话线就可以用来传送视频信号。另外,楼宇大厦内广泛铺设的5类非屏蔽双绞线中任取一对就可以传送一路视频信号,无须另外布线;即使是重新布线,5类线缆也比同轴电缆容易。

此外,一根5类线缆内有4对双绞线,如果使用一对线传送视频信号,另外的几对线还可以用来传输音频信号、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。

抗干扰能力强

双绞线能有效抑制共模干扰,即使在工业现场、电梯间等强干扰环境下,双绞线也能传送极好的图像信号。而且,使用一根缆内的几对双绞线分别传送不同的信号,相互之间不会发生干扰。

可靠性高、使用方便

双绞线传输设备价格相对较便宜,使用起来也很简单,无需专业知识,也无太多的操作,一次安装,长期稳定工作。

价格便宜,取材方便

由于使用的是目前广泛使用的普通5类非屏蔽电缆或普通电话线,购买容易,而且价格也比同轴电缆便宜很多,给工程应用带来极大的方便。不过,在室外使用双绞线缆时要做好防水处理。另外,使用双绞线对摄象机进行远程供电时,要综合考虑摄象机的工作电流、电压以及双绞线的电阻,通过计算来确定最远供电距离。一般而言,使用一对双绞线远供24V交流电压时 ,传输距离不要超过200m。


光纤传输有效解决距离与干扰问题

光纤和光端机应用在监控领域里主要是为了解决两个问题:一是传输距离,一是环境干扰。同轴电缆和双绞线只能解决短距离、小范围内的监控图像传输问题,如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图像信号则需要采用光纤传输方式。

另外,对一些超强干扰场所,为了不受环境干扰影响,也要采用光纤传输方式。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要的所有信号,传输距离可以达到上百公里。

光端机可以提供一路和多路图像接口,还可以提供双向音频接口、一路和多路各种类型的双向数据接口(包括RS232、RS485、以太网等),将它们集成到一根光纤上传输。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。

近些年来,由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中的应用越来越普及。

光纤分为多模光纤和单模光纤两种,多模光纤由于色散和衰耗较大,其最大传输距离一般不能超过5公里,所以除了先前已经铺好了多模光纤的地方外,在新建的工程中一般不再使用多模光纤,而主要使用单模光纤。

光纤中传输监控信号要使用光端机,它的作用主要就是实现电-光和光-电转换。光端机又分为模拟光端机和数字光端机。

模拟光端机
PFM、AM将平分秋色

模拟光端机中主要使用AM和PFM两种调制技术,AM光端机的传输距离在30公里以内,PFM光端机的传输距离可以达到60公里以上,甚至上百公里。从工程应用来看,以前大都使用PFM光端机,目前AM光端机的应用开始增多,今后在模拟光端机市场上,这两种光端机将会平分秋色。由于模拟调制技术的限制,模拟光端机存在一些缺点:
·生产调试较困难;
·互换性和一致性差,给工程应用带来极大的不便;
·单根光纤实现多路图像传输较困难,性能和可靠性都会下降,目前这种模拟光端机一般只能做到单根光纤上传输4路图像;
·由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,给工程维护带来一些不便。

数字光端机
以非压缩式产品较具优势

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。
目前,数字光端机主要有两种技术方式:一种是压缩数字光端机,另一种是非压缩数字光端机。

一、压缩数字光端机
压缩数字光端机采用了压缩技术,它能将活动图像压缩成N×2Mbps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,也可以通过IP包的方式在数据网络上传输。由于采用了压缩技术,它能降低图像信号传输带宽要求,可以利用公网的标准接口传输监控图像,为工程应用带来了方便。
不过,压缩数字光端机也有其缺点——不能保证传输的实时性,传输的图像存在着延迟现象。因此,这种设备只适合于用在对实时性要求不高的场所,在工程使用上受到一些限制。另外,经过压缩后的图像会产生一定的失真,信噪比也不高,并且这种光端机的单路价格也偏高。

二、非压缩数字光端机
非压缩数字光端机是将模拟视频信号进行A/D变换后和语音、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量和实时性,由于光纤的带宽非常大,所以这种高数据速率并没有对传输通道提出过高要求。
非压缩数字光端机能提供很好的图像传输质量,达到了广播级的传输质量,并且图像传输是全实时的。由于采用数字化技术,在设备中可以利用已经很成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等,提高了设备的可靠性和性价比。
现在,这种非压缩数字光端机已经能在单纤单波长上实现20路视频以及以太网、音频、数据等的综合传输。其优势体现在:
·采用了数字化技术,极大提高了图像传输质量;
·数字化技术和大规模集成电路的使用,保证了设备工作的稳定性和可靠性;
·不会产生传输延迟,保证了监控图像的实时性;
·可以方便地将多路图像和音频、数据等多种信号集成在一起通过一根光纤传输。采用波分复用技术后在单纤上传输几十路、甚至上百路图像。

结语
以上针对目前监控图像传输的几种主要方式及其优缺点作了大致介绍,在后续的其它文章中将分别就光纤传输技术、双绞线传输技术等以及它们在工程上的应用进行详细介绍,希望提供安防工程商们更多的参考。

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