監控圖象傳輸方式分析比較
摘要：本文詳細分析比較了多種監控圖象傳輸方式的特點和性能，可供監控工程系統集成商和廣大用戶參考。
1 、概述
在監控系統中，監控圖象的傳輸是整個系統的一個至關重要的環節，選擇何種介質和設備傳送圖象和其它控制信號將直接關系到監控系統的質量和可靠性。目前，在監控系統中用來傳輸圖象信號的介質主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對應的傳輸設備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設備和光端機。要組建一個高質量的監控網絡，就必須搞清楚這三種主要傳輸方式的特點和使用環境，以便針對實際工程需要采取合適的傳輸介質和設備。
2 、同軸電纜和同軸視頻放大器
一提起圖象傳輸，人們首先總會想起同軸電纜，因為同軸電纜是較早使用，也是使用時間最長的傳輸方式。同時，同軸電纜具有價格較便宜、鋪設較方便的優點，所以，一般在小范圍的監控系統中，由于傳輸距離很近，使用同軸電纜直接傳送監控圖象對圖象質量的損傷不大，能滿足實際要求。
但是，根據對同軸電纜自身特性的分析，當信號在同軸電纜內傳輸時其受到的衰減與傳輸距離和信號本身的頻率有關。一般來講，信號頻率越高，衰減越大。視頻信號的帶寬很大，達到 6mhz ，并且，圖象的色彩部分被調制在頻率高端，這樣，視頻信號在同軸電纜內傳輸時不僅信號整體幅度受到衰減，而且各頻率分量衰減量相差很大，特別是色彩部分衰減最大。
所以，同軸電纜只適合于近距離傳輸圖象信號，當傳輸距離達到 200 米左右時，圖象質量將會明顯下降，特別是色彩變得暗淡，有失真感。
在工程實際中，為了延長傳輸距離，要使用同軸放大器。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，一般在一個點到點系統中同軸放大器最多只能級聯 2 到 3 個，否則無法保證視頻傳輸質量，并且調整起來也很困難。因此，在監控系統中使用同軸電纜時，為了保證有較好的圖象質量，一般將傳輸距離范圍限制在四、五百米左右。
另外，同軸電纜在監控系統中傳輸圖象信號還存在著一些缺點：
1 ）、同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖象質量受到一定影響；
2 ）、同軸電纜較粗，在密集監控應用時布線不太方便；
3 ）、同軸電纜一般只能傳視頻信號，如果系統中需要同時傳輸控制數據、音頻等信號時，則需要另外布線；
4 ）、同軸電纜抗干擾能力有限，無法應用于強干擾環境；
5 ）、同軸放大器還存在著調整困難的缺點。
3 、雙絞線和雙絞線視頻傳輸設備
由于傳統的同軸電纜監控系統存在著一些缺點，特別是傳輸距離受到限制。早期，在傳輸距離超過五、六百米的監控系統中一般使用多模光纖和多模光端機，解決了遠距離傳輸的問題，不過系統造價增加了不少。
最近，出現了一種雙絞線視頻傳輸設備，通過使用此種設備，可以將雙絞線應用于監控圖像傳輸，它很好地解決了上面的難題。但是，跟同軸電纜一樣，這種方式也面臨同樣的干擾和維護問題，且技術成熟度如何，目前還未見大量應用。
4 、光纖和光端機
光纖和光端機應用在監控領域里主要是為了解決兩個問題：一是傳輸距離，一是環境干擾。雙絞線和同軸電纜只能解決短距離、小范圍內的監控圖象傳輸問題，如果需要傳輸數公里甚至上百公里距離的圖象信號則需要采用光纖傳輸方式。另外，對一些超強干擾場所，為了不受環境干擾影響，也要采用光纖傳輸方式。因為光纖具有傳輸帶寬寬、容量大、不受電磁干擾、受外界環境影響小等諸多優點，一根光纖就可以傳送監控系統中需要的所有信號，傳輸距離可以達到上百公里。光端機可以提供一路和多路圖象接口，還可以提供雙向音頻接口、 一路和多路各種類型的雙向數據接口（包括 rs232 、 rs485 、以太網等），將它們集成到一根光纖上傳輸。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
模擬光端機采用了 pfm 調制技術實時傳輸圖象信號，是目前使用較多的一種。發射端將模擬視頻信號先進行 pfm 調制后，再進行電 - 光轉換，光信號傳到接收端后，進行光 - 電轉換，然后進行 pfm 解調，恢復出視頻信號。由于采用了 pfm 調制技術，其傳輸距離很容易就能達到 30 km 左右，有些產品的傳輸距離可以達到 60 km ，甚至上百公里。并且，圖象信號經過傳輸后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非線性失真。通過使用波分復用技術，還可以在一根光纖上實現圖象和數據信號的雙向傳輸，滿足監控工程的實際需求。
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 mpeg ii 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一般采用 mpeg ii 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。由于采用了圖象壓縮技術，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象信號。同時，由于采用了 n×2mbps 的標準接口，可以利用現有的電信傳輸設備的富裕通道傳輸監控圖象，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。因為圖象壓縮與解壓縮需要一定的時間，所以一般會對所傳輸的圖象產生１ ~ ２ｓ的延時。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，并且這種光端機的價格也偏高。
非壓縮數字圖象光端機的原理就是將模擬視頻信號進行ａ／ｄ變換后和語音、音頻、數據等信號進行復接，再通過光纖傳輸。它用高的數據速率來保證視頻信號的傳輸質量和實時性，由于光纖的帶寬非常大，所以這種高數據速率也并沒有對傳輸通道提出過高要求。非壓縮數字圖象光端機能提供很好的圖象傳輸質量（信噪比大于 60db ，微分相位失真小于 2° ，微分增益失真小于 2% ），達到了廣播級的傳輸質量，并且圖象傳輸是全實時的。由于采用數字化技術，在設備中可以利用已經很成熟的通信技術比如復接技術、光收發技術等，提高了設備的可靠性，也降低了成本。非壓縮數字圖象光端機的優勢體現在：
a ）采用了數字化技術，極大提高了圖象傳輸質量；
b ）數字化技術和大規模集成電路的使用，保證了設備工作的穩定性和可靠性，克服了模擬光端機的弊病；
c ）不會產生傳輸延時，保證了監控圖象的實時性；
d ）可以方便地將多路圖象和音頻、數據等多種信號集成在一起通過一根光纖傳輸，目前，這種非壓縮數字圖象 光端機可以做到在單方向傳輸幾十路、甚至上百路圖象（比如武漢微創光電技術有限公司的非壓縮數字光端機可以在單纖上傳輸 64 路圖象）。
數字圖象光端機的技術含量高，其在監控工程中的使用時間還不長，目前大都用在多路圖象傳輸方面，主要原因在于目前能夠提供這種光端機的廠家還不多，價格相對模擬光端機而言也稍微偏高。不過，由于數字圖象光端機特別是非壓縮數字圖象光端機的突出優勢，再加上大量使用后會降低成本，模擬光端機必將很快被數字圖象光端機所取代。
5 、結束語
傳送圖象監控信號除了以上介紹的三種主要方式外，也有些工程中采用了點到點無線傳輸方式以及有線電視上采用的多路副載波復用射頻傳輸方式。無線傳輸受環境和氣候影響太大，工作不穩定，而且設備安裝調整困難；多路副載波復用射頻傳輸方式需要的設備多，穩定性不高，圖象質量較差，設備安裝調整也很困難。所以，這兩種設備使用得很少，也不推薦用戶使用。對于同軸電纜、雙絞線和光纖三種傳輸方式，用戶可以根據工程實際情況選用。一般來說，距離在二、三百米以內，并且無環境干擾、布線空間大的場所，可以考慮使用電纜；當傳輸距離在兩公里以內，或者環境干擾大、布線要求緊湊的場所，建議使用雙絞線；距離達到幾公里或更遠時，光纖就是必然選擇了。當然，工程實際中，不少用戶不管距離遠近，在同一個工程中統統使用光纖，或者在距離較近的工程中統統使用雙絞線，這完全由工程的實際需要確定 。 |
