cookieOptions = {...}; ‧ 高清監控應用中幾大傳輸技術分析 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2012年3月31日 星期六

來源:中國安防展覽網

近幾年隨著圖像感測器技術的發展,目前大量使用的高清產品都是基於網路傳輸技術的,直接傳輸方式在高清時代幾乎絕跡,但關於對網路傳輸是否適合監控圖像傳輸的爭論,從來就不絕於耳。因此尋找一種與實際應用相符,技術能滿足,成本儘量低的傳輸模式對於監控的應用尤為關鍵。

類比信號傳輸方式 
  目前標清視訊訊號絕大多數依然採用類比信號傳輸方式,頻寬為6M,應用75-5的同軸電纜傳輸100米,在犧牲一些高頻細節的情況下,可以傳輸200-300米,甚至更遠。由於這樣的性能,從監控應用伊始,這種傳輸模式就一直就沒有改變過。但是到了高清時代,由於傳輸的高清信號頻寬的擴大,1080P需要27M的頻寬,用傳統的75-5同軸電纜傳輸,幾米就衰減下去了,根本無法在監控專案中使用,而高清網路攝影機的傳輸方式和標清的相比沒啥變化,所以當高清時代來臨時,就成了網路攝影機的獨角戲,直接傳輸模式很少有應用。

數位傳輸模式 
  既然高清類比傳輸方式無法在監控實際應用中使用,唯一的方法就只有數位傳輸了。在討論數位高清傳輸技術以前,先分析高清信號的數位特性,30/1080P圖像信號的頻寬是:1920×1080×16×30=995.328M30720P圖像信號的頻寬是:1280×720×16×30=442.368M,也就是說加上一些消隱資料,30/1080P的圖像不超過1G720P的不超過500M,在資料通訊技術領域,實現這麼大資料流量的傳輸方法很多,常用的介質有同軸電纜、雙絞線和光纖。

同軸電纜傳輸技術 
  同軸電纜傳輸技術在標清時代,廣泛應用於標清類比視訊訊號的傳輸,與標清類比視訊訊號相對應的數位視訊信號標準,是SD-SDI介面(270Mb/s),這種介面由於成本和性能的原因,在監控上很少應用。高清數位信號的標準是HD-SDI(1.485Gb/s),在應用加解擾技術,發端預加重技術,收端均衡技術的前提下,可以把傳輸距離延伸到100米。

  加解擾技術是用擾碼的不歸零倒置(NRZI),來代替早期的分組編碼。在傳送前,對原始資料流程進行擾頻,並變換為NRZI碼,確保在接收端可靠地恢復原始資料。這樣在概念上可以將數位序列介面,理解為一種基帶信號調製。NRZI碼是極性敏感碼。用“1”和“0”表示電平的高和低,如果出現長時間的連續“1”或連續“0”,會影響接收端從數位信號中提取時鐘。

  因為串列數位信號介面不單獨傳送時鐘信號,接收端需從數位信號流中提取時鐘信號,所以要採用以“1”和“0”來表示有無電平變換的NRZI碼。接收NRZI碼流時,只要檢出電平變換,就可恢復資料,即使全是“1”信號,導致的信號頻率也只是原來時鐘頻率的一半,再經過加擾,連續“1”的機會減少,也就使高頻分量進一步減少了。在資料流程的接收端,由SDI解碼器從NRZI碼流恢復原資料流程。

  預加重技術就是在發端把信號放大,均衡技術可以理解為頻率補償,通常是使用濾波器來實現的,通過濾波器來補償失真的脈衝,判決器得到的解調輸出樣本,是經過等化器修正過的,或者清除了碼間干擾之後的樣本。自我調整等化器直接從傳輸的實際數位信號中根據某種演算法不斷調整增益,因而能適應通道的隨機變化,使等化器總是保持最佳的狀態,從而有更好的失真補償性能。自我調整等化器一般包含兩種工作模式,即訓練模式和跟蹤模式。

  訓練模式首先由發射機發射一個己知的定長的訓練序列,以便接收機處的等化器可以做出正確的設置。典型的訓練序列是一個二進位隨機信號或是一串預先指定的資料位元,而緊跟在訓練序列後被傳送的是使用者資料。接收機處的等化器將通過遞迴演算法來評估通道特性,並且修正濾波器係數以對通道做出補償。在

  設計訓練序列時,要求做到即使在最差的通道條件下,等化器也能通過這個訓練序列獲得正確的濾波係數。這樣就可以在收到訓練序列後,使得等化器的濾波係數已經接近於最佳值。而在接收資料時,等化器的自我調整演算法就可以跟蹤不斷變化的通道,自我調整等化器將不斷改變其濾波特性來保障資料傳輸的穩定性。

  但通過預加重和均衡技術來延長SDI的信號傳輸距離在實際應用中還是存在許多問題,線纜的特性對傳輸距離影響很大,再加上同軸電纜傳輸是一個單端傳輸系統無法抑制共模干擾。類比監控中工程現場如果線路不好就會帶來干擾,這些都會嚴重影響SDI信號的傳輸距離,則不難理解目前對於HD-SDI傳輸距離為何莫衷一是。

  理論傳輸距離和實際差異太大,而且最糾結的是如果HD-SDI信號超過它的傳輸距離,收端就無法解出任何信號來,這一點比傳統的標清類比傳輸系統的性能差遠了。所以若單僅HD-SDI傳輸技術要大面積應用於監控系統還是有很多問題和困難的。 

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