【安防知識(shí)網(wǎng)】從目前高速公路視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式看，較遠(yuǎn)距離的傳輸大多采用光纜。光纜傳輸方式具有損耗低，保真度高，頻帶寬，容量大的特點(diǎn)。采用光纜組網(wǎng)使信號(hào)的傳輸質(zhì)量及系統(tǒng)的可靠性大為提高。此外光纜還具有抗電磁干擾，無(wú)電磁泄漏，溫度穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

　　光纜傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

　　1、光纖傳輸損耗：光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)膿p耗是光纖一個(gè)十分重要的光學(xué)特性，它決定了發(fā)射與接收端的最大傳輸距離。光信號(hào)損耗包括吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。吸收損耗是由于光纖材料不純引起的;散射損耗是由于材料分子成分的波動(dòng)以及結(jié)構(gòu)的不均勻或光纖制造材料的缺陷引起折射率的變化而產(chǎn)生的(瑞利散射);輻射損耗是由于光纖被彎曲到一定的曲率而產(chǎn)生的。此外，光纖接點(diǎn)之間、光纖與器件之間也存在著耦合損耗，因此，在光纖的裝配和接續(xù)時(shí)應(yīng)特別注意工藝技術(shù)，使耦合損耗最小。

　　2、光纖傳輸帶寬：光纖的信息容量通常以帶寬和距離的乘積來(lái)衡量。光纖的傳輸帶寬隨著傳輸距離的增加而減小。限制光纖傳輸頻帶的主要因素是模式色散、材料色散和構(gòu)造色散。

　　3、光傳輸形式：光纖是由兩種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層的折射率稍大一些。根據(jù)光的折射和反射定律，光經(jīng)過(guò)兩個(gè)不同介質(zhì)面時(shí)就要產(chǎn)生折射和反射，如果兩種材料的折射率滿足一定的條件，光就不能穿出這兩個(gè)介質(zhì)面，并完全反射回來(lái)，產(chǎn)生全反射，反射的光束仍以同樣的角度通過(guò)對(duì)面的介質(zhì)面反射。所以，光束是在光纖中反復(fù)地呈“Z”字型向前傳輸?shù)?，一般反射率可達(dá)0.9995。

　　4、光纖傳輸模式：光束以不同的角度射入光纖時(shí)將以不同的軌跡傳輸，形成不同的傳輸模式。依據(jù)光纖的折射特性和傳輸模式，可將光纖分為多模階躍型光纖、多模漸變型光纖和單模光纖。

　　光纜傳輸CCTV信號(hào)所用的調(diào)制方式

　　為了使CCTV信號(hào)能在光纖中傳輸，必須把CCTV信號(hào)調(diào)制到光頻。目前，光調(diào)制方式均采用直接光強(qiáng)度調(diào)制，而電調(diào)制方式則有副載波模擬殘留邊帶調(diào)幅、副載波模擬調(diào)頻和時(shí)分復(fù)用數(shù)字調(diào)制幾種。

　　調(diào)幅-光強(qiáng)度調(diào)制方式(AM-IM)

　　按副載波殘留邊帶調(diào)幅方式組合起來(lái)的一路或多路射頻電視信號(hào)對(duì)激光管的發(fā)光強(qiáng)度直接進(jìn)行調(diào)制即為AM—IM調(diào)制方式。這種調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)捷、經(jīng)濟(jì)和容量大。缺點(diǎn)是接收靈敏度較低，傳輸距離較短。

[nextpage]　　調(diào)頻-光強(qiáng)度調(diào)制方式(FM-IM)

　　將一路或多路視頻信號(hào)、音頻信號(hào)分別對(duì)不同頻率的副載波調(diào)頻，然后混合起來(lái)再去調(diào)制光波強(qiáng)度，即為FM-IM調(diào)制方式。這種調(diào)制方式具有較高的靈敏度，能獲得較好的載噪比，傳輸距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)是調(diào)頻制式不能與現(xiàn)有的電視機(jī)(監(jiān)視器)兼容，所以光接收機(jī)輸出的信號(hào)需經(jīng)AM-VSB調(diào)制，才能轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)幅視頻信號(hào)傳輸給用戶。

　　脈沖編碼-光強(qiáng)度調(diào)制方式(PCM-IM)

　　PCM-IM是一種差分脈沖編碼調(diào)制技術(shù)。它首先對(duì)視頻、音頻信號(hào)進(jìn)行AD數(shù)字化處理，然后用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制光強(qiáng)度。目前數(shù)字光端機(jī)一般使用8/10bit AD變換，一路視頻信號(hào)需要的速率為70Mbit/s，一般用一根單模光纖的一個(gè)波長(zhǎng)傳輸一組8-12路的視頻信號(hào)，占用700-900MHz帶寬。如果采用數(shù)字壓縮技術(shù)和副載波多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，一路節(jié)目占有的帶寬可壓縮到8MHz以下，但是這樣的話，對(duì)視頻圖像會(huì)造成損傷和時(shí)延。

　　數(shù)字光端機(jī)的特點(diǎn)

　　現(xiàn)以O(shè)TS數(shù)字光端機(jī)為例，來(lái)描述這一類光端機(jī)的優(yōu)良特性。該光端機(jī)采用10位數(shù)字視頻編碼方式和24位數(shù)字立體聲數(shù)碼技術(shù)的全數(shù)字方式，在一根光纖上傳輸多達(dá)64路非壓縮式的數(shù)字視頻、128路雙向音頻、32路雙向低速數(shù)據(jù)信號(hào)、16路雙向10M/100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和幾百路報(bào)警開關(guān)量信號(hào)，并能做到70dB的信噪比達(dá)到廣播級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，這是采用普通模擬視頻傳輸光端機(jī)很難做到的。因?yàn)閿?shù)字式光端機(jī)是對(duì)輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進(jìn)行高分辨率的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。數(shù)字編碼信號(hào)直接控制光頭發(fā)射的光信號(hào)的強(qiáng)、弱兩種狀態(tài)(對(duì)應(yīng)0或1)，接收光端機(jī)再將數(shù)字編碼進(jìn)行數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原始的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)。

　　在信噪比上可以參看圖1，可以看出在AM模擬調(diào)制方式下的信噪比與傳輸距離是成線性方式下降的;在FM模擬調(diào)制方式雖然比AM模擬調(diào)制方式要好一點(diǎn)，但是隨著距離的增加其信噪比下降也很快，大約在20公里左右就很難以達(dá)到要求了。而10bit的數(shù)字視頻編碼方式的信噪比基本沒(méi)有多大變化。

　　數(shù)字光端機(jī)在工程實(shí)例中的應(yīng)用

　　現(xiàn)假設(shè)一條高速公路要采用一根光纖傳輸產(chǎn)。沿線大約5個(gè)站點(diǎn)的40路視頻圖像到監(jiān)控中心的簡(jiǎn)單傳輸系統(tǒng)。選用OTS光端和普通FM多路數(shù)模擬光端機(jī)兩種傳輸系統(tǒng)分別完成這一工程。可以看出在同樣的環(huán)境條件下，無(wú)論是從系統(tǒng)的復(fù)雜程度，還是設(shè)備的種類數(shù)量上來(lái)比較，數(shù)字視頻光端機(jī)都要比模擬視頻光端機(jī)優(yōu)越。

　　從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來(lái)分析：

　　一個(gè)系統(tǒng)要可行，首先它的各個(gè)組成子系統(tǒng)要可行，除能完成本子系統(tǒng)所要達(dá)到的功能外，各個(gè)子系統(tǒng)還要能互相配合以完成整個(gè)系統(tǒng)最終所要達(dá)到的功能。所以在同等條件下，系統(tǒng)的組成越簡(jiǎn)單越可靠，性價(jià)比也相對(duì)提高，這就是我們通常所講的最佳解決方案。

[nextpage]　　從視頻的傳輸技術(shù)上來(lái)分析：

　　模擬視頻光端機(jī)采用的是調(diào)制、再混合、然后通過(guò)寬帶視頻光端機(jī)發(fā)射出去，到了不同的站點(diǎn)還原成電信號(hào)再與本站信號(hào)混合再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)往下轉(zhuǎn)。這樣每增加一個(gè)站點(diǎn)就增加了一個(gè)噪聲侵入點(diǎn)，最后全線噪聲匯聚到中心。而且傳輸?shù)囊曨l圖像越多，各頻段之間的間隔頻帶就越窄，就容易產(chǎn)生頻率竄擾。隨著傳輸距離的增加，高低頻率的衰減不一致會(huì)導(dǎo)致交調(diào)、互調(diào)等干擾。除此之外還有溫度因素的影響，隨著溫度的增加一些線性電子元器件會(huì)產(chǎn)生非線性失真，導(dǎo)致頻率的漂移或圖像不同步等現(xiàn)象。數(shù)字視頻光端機(jī)采用的是光復(fù)用技術(shù)，即把不同的視頻圖像組用不同的光波來(lái)傳送，不同波長(zhǎng)的光波同時(shí)復(fù)用在同一根光纖上。在整個(gè)傳輸過(guò)程中，所有視頻組都只完成一次光/電和電/光的轉(zhuǎn)換過(guò)程，與端到端傳輸是等同的。這樣做就大大減少了噪聲的入侵點(diǎn)，同時(shí)各個(gè)接入視頻組本身所帶的噪聲不會(huì)累加，也不會(huì)相互影響。而數(shù)字視頻光端機(jī)采用的是對(duì)離散的數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用后再傳輸?shù)?，所以不?huì)像模擬視頻光端機(jī)那樣，因線性元器件特性所限帶來(lái)的不利影響。而且數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)采用的是全光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式，這是當(dāng)今時(shí)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，它直接就把我們引入了光纖接入網(wǎng)和光纖交換網(wǎng)的新時(shí)代。

　　性價(jià)比來(lái)分析：

　　模擬視頻光端機(jī)采用的是FM的射頻調(diào)制方式，每一路視頻信號(hào)必須要用一套不同頻率的FM射頻調(diào)制器，隨著頻率的增加FM射頻調(diào)制器的價(jià)格也隨之增加。每傳一個(gè)站點(diǎn)都得增加一個(gè)多路射頻混合器和一套寬帶射頻光端機(jī)，通常射頻光端機(jī)的發(fā)射功率都很高，所以其制造成本比普通光端機(jī)都要高，而且寬帶射頻光端機(jī)的接收通常都要求+1dB接收，目前所用的光發(fā)射模塊的最大功率一般都是24dB，那么在不加中繼的情況下其傳輸距離最大只能達(dá)到40-50公里(1310nm波長(zhǎng))，而在同等條件下數(shù)字視頻光端機(jī)的傳輸距離是它的1.3倍。

　　數(shù)字視頻光端機(jī)采用的是光的復(fù)用技術(shù)，所用的功能模塊很少，系統(tǒng)的組建也非常簡(jiǎn)單，它在每一個(gè)站點(diǎn)無(wú)需重復(fù)調(diào)制，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的光的波分復(fù)用就可以了。由于其系統(tǒng)的構(gòu)成非常簡(jiǎn)單，維護(hù)起來(lái)也非常方便，所花的人工和設(shè)備維修費(fèi)用也比較低。所以在工程的總價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本上，采用數(shù)字視頻光端機(jī)相對(duì)于模擬視頻光端機(jī)來(lái)講都要較低。

　　目前市場(chǎng)情況和實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，模擬光端機(jī)已逐步淡出市場(chǎng)，而數(shù)字光端機(jī)如雨后春筍般開始在市場(chǎng)上普及，數(shù)字代替模擬，這也是光纖通信技術(shù)顯示出的歷史發(fā)展趨勢(shì)。事實(shí)上，由于數(shù)字光端機(jī)具有傳輸信號(hào)質(zhì)量高，沒(méi)有模擬調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅光端機(jī)多路信號(hào)同傳時(shí)交調(diào)干擾嚴(yán)重、容易受環(huán)境干擾影響、傳輸質(zhì)量低劣、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因此許多大型重點(diǎn)工程已普遍采用數(shù)字光端機(jī)。

　　(本文作者現(xiàn)任職于深圳諾龍實(shí)業(yè)有限公司)