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台灣電信工程工業同業公會

2015年1月19日 星期一

 來源:百度文庫\中安網綜合整理

一個標準的影像監控系統,由五大部分組成:影像輸入系統影像傳輸系統影像管理系統影像顯示系統影像儲存系統

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影像輸入系統主要是完成對前端影像信號的獲取; 影像傳輸控制系統完成對前端影像信號的通信傳送和控制; 影像管理系統完成對影像信號的切換控制和資源配置; 影像顯示系統完成對前端影像信號的終端設備輸出; 影像儲存系統完成對前端影像信號的儲存和重播及加值應用。

在系統工程中,良好的影像傳輸設計是監控系統非常重要的一部分。如果建設一套好的系統,選用的都是高指標、高畫質的攝影機、鏡頭、監視器、錄影機,但是沒有良好的傳輸系統,最終在監視器上看到的影像將無法令人滿意。



最終的影像品質取決於整個系統中最差的一環,而這最差的一環往往就是傳輸系統。系統設計人員必須根據實際需要,選擇合適的傳輸方式、高品質的傳輸線材、專用連接頭和設備、並按專業標準進行安裝,才能達到理想的傳輸效果。常見的幾個影像傳輸方式見如下介紹。

一、 概述  
在飛速發展的今天,影像監控已經遍佈到各個領域,如下淺談一下影像傳輸的主要方法和應用。影像傳輸可分為有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸包括有同軸線傳輸、網路傳輸、雙絞線傳輸、光纖傳輸;無線傳輸包括有微波傳輸、CDMA網路傳輸、衛星傳輸、3G/4G、射頻傳輸等無線網路傳輸
 
二、 各種傳輸的特點極其應用領域範圍。  
A.有線方式傳輸介紹:
1.同軸傳輸:  
說起影像傳輸,人們首先會想到同軸線電纜,因為此方式在傳輸領域裡應用最多的,使用的時間也是最長。在一般小範圍的監控中,由於傳輸距離近,使用同軸電纜傳輸影像對影像品質損傷不大,施工方便,造價低。


所以早期同軸電纜傳輸方式,在監控行業內得到廣泛的應用。後來因為傳輸距離增加,直接使用同軸電纜長距離傳輸,導致影像品質無法保證,基本上採用增加影像訊號放大器,通過放大視訊訊號,來滿足中長距離的傳輸。

同軸傳輸優點:近距離傳輸,施工簡單,佈線方便,易於安裝調試。 同軸傳輸缺點:受環境氣候影響,不能遠距離傳輸,抗干擾能力差。
 
2.網路傳輸
網路傳輸分為:局域網傳輸和廣域網路傳輸,只要網路能達到的地方就可以使用。影像傳輸的品質與網路的頻寬緊密相連

其原理是把影像的類比信號,通過硬體或是軟體把類比影像轉換成網路信號(通過特定的壓縮編碼方式),在網路可以到達的地方,進行網路資料交換,在通過軟體或是硬體把網路資料還原為類比影像,來實現影像的傳輸。

網路傳輸優點:不受距離限制,網路能達到的地方影像就能傳輸。網路傳輸缺點:由於網路頻寬有限,影像品質差,影像會有一定延時。
    
3.雙絞線傳輸
雙絞線傳輸設備是一種比較經濟的傳輸方式,對於視訊訊號而言,影像頻寬在6MHZ,直接用雙絞線傳輸距離可達150米,要想把視訊訊號傳輸得更遠,就需要通過雙絞線傳輸設備,把影像進行放大和補償,這樣可以把視訊訊號傳輸到900-1200米。


一般一根五類線裡有為四組雙絞線,可以在一組五類線裡同時傳輸影像、音訊、控制、電源、等信號。如採用中繼距離可以成倍增加,傳輸品質雖然一般,但是相對成本較低。

雙絞線傳輸的優點: 
傳輸距離比傳統方式要遠,在有效範圍內能保證圖像的亮度,和色彩鮮豔及即時性,佈線方便,線纜使用率高,抗干擾能力強,在一組五類線內,同時傳輸多路視訊訊號。相互之間不會干擾,造價低。 雙絞線傳輸的缺點:工作穩定性不高,容易被雷擊,在干擾嚴重的情況下,圖像品質難保證,在環境複雜的時候不能使用。

4.光纖傳輸
光纖具有以下特點:傳輸頻段寬、通信容量大,信號損耗小、傳輸距離長,不受外界電磁波干擾,線徑細、重量輕,製造的原料資源十分豐富,正是由於光纖傳輸系統具有以上優點。



在飛速發展的今天,在各個領域得到廣泛的應用。在影像傳輸應用中,常用的分為三種,一種是通過E1線路傳輸的壓縮影像光電轉換器,一種是類比光電轉換器,一種是數位非壓縮光電轉換器,以下對三種設備做出大概的介紹:

a.
E1數位壓縮光電轉換器,通常是把影像進行用特定的編碼方式,轉換壓縮,然後通過有限的頻寬(2M)進行傳輸,傳輸到後端,在以解碼的形式,把壓縮的編碼信號還原為類比視訊訊號。圖像品質比網路傳輸要稍微好一點,因為這個主要是在專網上應用。一般在監控傳輸裡使用很少。  


b.類比光電轉換器由於要進行調幅、調頻、調相,所以類比信號的幅度的變化,與載波信號因調製而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應的線形關係,成為類比光電轉換器品質好壞的關鍵,光信號在光纖中長距離傳輸,會引起光信號的功率衰減,傳輸頻率漂移、相位失真,光信號色散效應同樣也會引起光信號畸變;光信號到達接收端,接收光器件仍然要引起非線性失真,由光電轉換後的類比信號進入解調,解調與調製一樣會產生非線性畸變。

從輸入信號調製-電光轉換-光輸-光電轉換-解調這五個過程,都會引起非線形失真,而這些信號畸變失真是固有的,所以是不可消除的,所以類比光電轉換器傳輸影像、音訊品質、資料的效果很難達到很滿意的效果。

多路信號混合時調試很麻煩,長期工作穩定性差。 類比光電轉換器的優點:抗干擾能力強,支援遠距離傳輸,價格便宜。 類比光電轉換器的缺點:調試麻煩,長期工作穩定性差,維護麻煩。

c.數位非壓縮光電轉換器,具有傳輸信號品質高,沒有類比調頻、調相、調幅光電轉換器多路信號同傳時的交調干擾,不容易受環境影響、傳輸品質好、長期工作穩定性高,因此許多工程已普遍採用數位光電轉換器。

人們早就知道數位通信具有許多優點,它最適於長途通信。由於數位信號在傳輸過程中,可以不斷地通過整形和判決再生,因此它可以實現無雜訊累積,和無非線性失真的高品質長途傳輸。光纖所具有的極寬傳輸頻寬和極小傳輸損耗,使數位傳輸通信得到廣泛應用。

數位非壓縮光電轉換器的優點:數位化技術積體電路,工作穩定性高,圖像傳輸品質好,完全保證圖像的即時性,並可多種信號同時傳輸,可支援遠距離傳輸。
   
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B.無線方式傳輸介紹: 
1. 微波傳輸 微波傳輸是無線傳輸的主要方式,在監控圖像傳輸中分為:類比微波傳輸和數位微波傳輸,如下分別進行介紹:

a.
類比微波:工作頻段主要有三個頻段,即L波段,S波段和Ku波段,一般干擾比較小的地方,可以採用L波段和S波段,造價較低,一般干擾比較嚴重的地方,或是環境比較複雜的應採用KU波段進行傳輸。必須保證現場兩點可視,點對點進行影像和音訊的傳輸,有阻擋的情況下不能使用。

如有阻擋,必須使用超短波,雖然有一定的繞射能力,但是傳輸距離很近,其次造價很高。類比微波傳輸是採用類比調頻方式,受環境氣候的影響,如需要控制,還得加上無線指令控制系統,視頻系統和指令系統是分開的獨立的兩套系統。

監控點比較少,傳輸距離比較遠的情況下,可以考慮使用,但是必須結合現場的環境,選擇好合適的頻段,這樣才能保證圖像穩定的傳輸。一般做類比微波需要配套做好防雷、防水工作,否則系統難以穩定工作。

類比微波的優點:施工容易,安裝簡單,可長距離傳輸 類比微波的缺點:調試比較麻煩,受環境氣候影響,不能多種信號同時傳輸,容易被雷擊。  



b.
數位微波主要由:無線橋接器配合影像伺服器來實現遠距離圖像傳輸,一般是通過橋接器來實現點對點的網路,在通過編碼器把類比影像變成網路信號,然後通過無線橋接器進行網路信號的傳輸,到後端通過解碼器(硬解碼或是軟解碼)的方式,把網路信號還原為類比視訊訊號,可以同時傳輸影像、音訊、資料,傳輸的圖像路數和圖像的品質取決與網路的頻寬。

數位微波的優點:受環境影響小,支援中繼,可以遠距離傳輸。 數位微波的缺點:調試麻煩,受網路頻寬影響。  

c.
類比微波的圖像品質要好於數位微波,但是類比微波很容易受環境和氣候影響,數位微波雖然環境影響要小,但是無線傳輸頻寬有限,要想傳輸大路數圖像還是比較困難。各有各的特點,可結合工程環境考慮選用。  

2. CDMA網路傳輸 CDMA網路速度比較慢,目前只能達到 2.5G,要想通過現在國內的CDMA網路傳輸即時連續的圖像是很困難的,基本只是利用網路來傳輸圖片。如果要想傳輸即時的視頻圖像,必須把視頻調整的很小,或是增加網路頻寬。將來利用網路傳輸肯定是一種趨勢,因為他畢竟覆蓋面很廣,不受距離的限制。  



3. 衛星傳輸 衛星傳輸主要是衛星定位系統,又名GPRS系統,主要也是受頻寬影響。現在已經有很多利用衛星定位系統,來瞭解跟蹤的目標的具體地理位置。如運鈔車、手機定位等。將來如果頻寬能提高,在上面即時回饋現場的圖像就是很容易的事情了,也會有廣泛的應用。 


4. 3G/4G等無線網路傳輸
3G/4G技術的行動性、高頻寬等特性,使得傳統的影像傳輸方式有了根本的變化,不需要任何的佈線,既可實現傳輸功能,特別是在一些特殊的行業應用表現了其優越性。其優點有:
.標準的通信協定、相容性好;
.3G監控部署靈活、應用範圍廣、監控便捷,主要可以應用在以下領域。

特定行業行動性無線影像監控
主要包括警用車載、金融押運、公車、客運巴士、渡、地鐵、油罐車、特殊物品運輸等,交通運輸工具內部監控應用,單兵監控、員警巡查、消防火場監控應用等。



臨時性監控
這種監控需求時間緊,使用時間短,採用無線監控部署,可大大節省部署時間,和部署成本。如自然災害搶救災險、突發性災難等。

特殊應用環境/場合監控
這類場合通常無法部署固定監控,或者部署成本太高,如森林防火、水利監控等,3G無線監控覆蓋範圍廣,無需複雜佈線,可輕鬆滿足這類應用需求。其缺點有:
.頻寬不夠;
.資費相對較高;
.3G網路覆蓋範圍還不是特別廣,存在盲區,信號傳輸受天氣、環境影響較大。

5射頻傳輸
在監控行業裡的射頻傳輸,基本就是和有線電視傳輸的原理是完全一樣的,通過把多路視訊訊號,通過混合器混合,然後通過射頻光發射機,把需要傳輸信號傳輸到指定地點,然後通過射頻接收機,接收發射機送回來的信號,在通過還原器把多路圖像還原。


一般在影像監控裡應用很少。 射頻傳輸優點:適合多路圖像點對點的傳傳輸。 射頻傳輸缺點:一般在影像點分散,除視訊音訊外的其他信號同時傳輸的情況下,儘量少使用射頻傳輸。調試麻煩。穩定性差。

三、  總結
只有瞭解各種傳輸的特點,根據工程的實際情況來選擇合適的傳輸方式,才能使自己的工程做出好的效果。

監控影像傳輸方法的選擇
每種傳輸方式都有自己的適應性和優異之處,又有不足之處。傳輸方式是否得體不是看其方式本身如何,而是看其是否適用於應用場所。

對於傳輸三、四百米內的監控環境,採用影像基帶傳輸方式比較好,其頻率損失、圖像失真、圖像衰減的幅度都比較小,能很好地完成傳送視訊訊號的任務。如果傳輸中存在高壓設備、交流變頻器、變電站等干擾源,則應選擇寬頻共纜、雙絞線傳輸方式,以保證影像傳輸品質。


對於傳輸距離較遠的監控環境,建議採用光纖傳輸,光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗電子電磁干擾強、重量輕、保密性好等眾多優點,已成為長距離視音訊及控制信號傳輸的首選方式。

有的監控環境比較複雜,且佈線難度比較大,可選用微波方式或者3G/4G無線網路的方式傳輸監控信號,既不用佈線,又可以解決信號遠傳問題,但在南方降雨較多的區域應該慎用,防止下雨天氣監控信號受雨衰影響。

對於跨城區、超遠距離或已有內部局域網的監控環境來講,監控信號傳輸可選用數位網路傳輸方式,通過把影像或控制信號,轉換成數位信號,在網路上傳輸,用網路監控軟體對監控信號,進行多方監看和控制。


對於點位較多、點位分散、傳輸距離幾百米,至幾十公里的監控環境(如高速公路),或是煤礦、電廠、船廠、核電等存在嚴重影像干擾源的監控環境,用光端機組成光纖網路的傳輸方式,具有非常大的優勢。

利用前端的“遠端設備”(ONU)設備把監控圖像、控制信號等,組成光纖環網傳輸到“本地接入設備”(OLT),構建一個安全、快速的光纖傳輸網路,既可以避免干擾、延遲,又可以解決長距離監控的問題,使整個監控系統的性能大大提高

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