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几种常用安防监控设备视频信号的传输方式

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文章出处:编辑:方智力创 人气:6024发表时间:2013-07-10


     随着社会经济的发展,人们对日常生活环境的舒适性和安全性的要求越来越高,视频安防监控工程系统应用也越来越广(如银行、证券等金融系统;商业、办公场所;学校、医院等公共场所;住宅小区;及社会治安视频安防监控系统等); 单个视频安防监控系统工程的规模也越来越大,(上百个、几百个甚至上千个摄像机规模的视频安防监控工程系统也不罕见)。大型的视频安防监控系统具有前端摄像机数量多、分布点广、信号传输距离远的特点,视频信号是弱小信号(峰-峰值只有1VP-P)远距离传输信号衰减量大且易受干扰,如何解决好大规模的视频监控系统的远距离视频信号传输问题,使得既能保证系统信号的质量,又能有效降低传输成本,方便施工,降低工程造价,是视频安防监控系统工程系统设计的十分重要也是很关键的环节。
   1、视频信号传输的常用方式:
视频安防监控系统中由于图像信号的信息量大,带宽宽,监视时直观性强,因此视频安防监控系统信号传输的重点就是视频图像信号的传输。视频图像信号的传输按有无线分可分为:有线传输方式和无线传输方式;按信号类型分可分为:模拟传输方式和数字传输方式等。
     视频信号传输方式的选择取决于系统规模、系统功能、现场环境和管理工作的要求等因素,一般采用有线传输为主、无线传输为辅的传输方式。当前视频安防监控系统工程中常用的视频信号传输方式有:
(1)、同轴电缆视频基带传输;
(2)、同轴电缆射频调制模式传输;
(3)、平衡双绞线传输;
(4)、光纤传输;
(5)、TCP/IP数字网络传输;
(6)、无线微波传输;
   1.1 同轴电缆视频基带传输
视频基带是指视频信号本身的频带宽度(约0至6MHz)。视频基带传输方式是视频安防监控工程系统中最常用的视频信号传输方式,最常用的传输介质是视频同轴电缆(SYV——实心聚乙烯绝缘,PVC护套)。
优点:近距离传输时,具有频率损失、图像失真、图像衰减的幅度都比较小、造价低廉、系统稳定的特点,能很好的完成传送视频信号的任务,常用型号为SYV75系列的同轴电缆, 特性阻抗——75欧姆。
缺点:同轴电缆视频基带传输的一个缺点就是长距离传输信号衰减严重,同轴电缆越细越长,损耗越大,信号频率越高,损耗越大。如SYV75-5,当传输距离到到200米以上,尤其是三、四百米以上时,信号衰减尤其是高频信号的衰减严重,图像质量进一步下降,必须采用更高等级的同轴电缆,造成传输成本大幅上升。传输距离在600-1500米之间的监控点,就算不计成本地采用高编、粗芯的线缆,加装各种同轴放大器,亦难以得到良好的效果。由于同轴线较粗较硬,监控点比较多距离较长的工程项目,穿管布线施工困难,监控中心成了电线堆场,影响美观。
同轴电缆视频基带传输的另一个缺点就是抗干扰能力差,同轴电缆的屏蔽层对频率越低的电磁波的屏蔽作用越差,因此易受到广播干扰和低频电磁波的干扰。同轴电缆在架空设置时,电缆线本身就成了一根很长的天线,在受到广播电磁波感应时,感应出电位差,这个电位差产生在电缆线屏蔽层两端(芯线也存在感生电位差,但很小),那么,屏蔽层、信号源内阻、芯线及芯线、75欧姆负载、屏蔽层形成了回路,这个电位差通过回路形成干扰电流,并在负载电阻75欧姆上形成干扰压降叠加到视频信号上。这种干扰一般在几百KHz到几MHz,对图像产生较为稳定的网纹干扰,干扰频率越高,网纹越细越密,大于10MHz的干扰基本上不影响观看效果。另外同轴电缆也容易受到附近低频电磁波的干扰,如与大功率动力电缆靠近敷设时易受工频信号的干扰,造成同步信号不稳定等。
因此同轴电缆视频基带传输方式一般适用于传输距离较近的场合(一般在200米以内),多适合于中小系统。
   1.2 同轴电缆射频调制模式传输
射频调制模式是采用调幅调制、伴音调频搭载、FSK数据信号调制等技术,将数十路监控图像、伴音、控制及报警信号集成到“一根”同轴电缆中双向传输。它可以较好地抑制基带传输方式中常有的各种干扰,并可实现一根电缆传送多路视频信号,这种同轴电缆射频调制模式传输方式在有线电视系统中应用最普遍,常用的传输介质为射频同轴电缆(SYWV——聚乙烯物理发泡绝缘,PVC护套)传输,如SYWV75-5(特性阻抗——75欧姆),信号衰减量较视频基带传输方式小,传输距离远达1~2公里以上。
但是在实际的视频安防监控系统中,由于摄像机布置地点比较分散,并不能发挥频分复用的优势,而且增加调制、解调设备还会增加系统成本,因此在传输距离不远的情况下,仍然以基带传输为主。  
    1.3 平衡双绞线(平衡传输)传输
双绞线传输(平衡传输):也是视频基带传输的一种,将75Ω的非平衡模式转换为平衡模式来传输。双绞线传输利用差分传输原理,在发射端将视频信号变换成幅度相等、极性相反的视频信号,通过双绞线传输后,在接收端将二个极性相反的视频信号相减变成通常的视频信号,故能有效抑制共模干扰,即使在强干扰环境下,其抗干扰能力远比同轴电缆好,而且通过对视频信号的处理,其传输的图象信号也比同轴电缆清晰,同一根网线相互之间不会发生干扰。双绞线传输方式对于不同传输距离,有不同的选择,一般不超过150米,可以选用无源收发器;距离在650米内可以选用前端无源发射、后端有源接收的设备;650米至1500米可以选用有源发射、有源接收的设备;如超过1500米,可以考虑增加中继器。双绞线传输(平衡传输)主要解决监控图像1Km内传输,电磁环境复杂的场合。
双绞线传输方式优点:
 相对于同轴电缆视频基带传输,双绞线传输具有布线方便、设备安装简单、可靠性高、抗干扰能力强、传输效果好、系统成本低廉等许多优点。
双绞线传输方式缺点:
只能解决1Km以内监控图像传输,而且一根双绞线只能传输一路图像。双绞线质地脆弱,抗老化能力差,不适于野外传输。双绞线传输高频分量衰减较大,图像颜色会受到较大损失。
 1 .4 光纤传输
     光纤传输即是以光波为载频,以光导纤维为传输介质的一种通信方式,常见的通过模拟光端机或者数字光端机将视音频信号转换成光信号在光纤中传输,因其拥有传输频带宽、信号损耗低、抗干扰能力强、重量轻等优点。光传输系统由三部分组成:光源(光发送机),传输介质、检测器(光接收机)。
光纤传输的分类按传输介质来划分:单模光纤(Single-mode) 和 多模光纤(Multi-mode)。 单模光纤只传输主模,由于完全避免了模式色散,使得单模光纤的传输频带很宽,因而适用于大容量、长距离的传输系统。多模光纤有多个模式在光纤中传输,由于色散和相差,其传输性能较差、频带较窄、容量小、距离也较短。
光纤传输系统按传输信号划分,可分为数字传输系统和模拟传输系统。  在模拟传输系统中,是把输入信号变为传输信号的振幅(频率或相位)的连续变化。光纤的模拟传输系统是把光强进行模拟调制,其光源的调制功率随调制信号的幅度变化而变化。但由于光源的非线性较严重,因此其信噪比、传输距离和传输频率都十分有限。 数字传输系统是把输入的信号变换成“1”,“0”表示的脉冲信号,并以它作为传输信号。在接受端再把它还原成原来的信息。这样光源的非线性对数字码流影响很小,再加上数字通信可以采用一些编码纠错的方法,且易于实现多路复用,因此数字传输系统占有很大的优势,并在很多地方得到了广泛的应用。
光纤传输系统具有以下显著优点:容量大、传输距离远,光纤理论带宽可达20000GHz,无中继传输距离可达50-80公里;由玻璃制成,抗电磁干扰、传输质量好,可用于电力网和变电所内等强电磁环境中;光纤重量轻,可以弯曲,易于铺设。可节约贵重金属,且抗腐蚀能力很强;制作光纤的原料丰富,随着工艺的进步、规模的扩大,其成本进一步下降,整个传输系统的成本也低。
缺点:对于距离较近监控信号传输不够经济;光熔接及维护需专业技术人员及设备操作处理,维护技术要求高,不易升级扩容。
   1.5  TCP/IP数字网络传输
网络传输:网络传输是20世纪末开始出现的电视监控电视系统中的一种新的传输方式。传输媒质依旧是铜线、光纤或者微波,但传输的内容不再是过去的模拟信号,而是数字信号。解决城域甚至广域远距离、点位极其分散的监控传输方式,基于IP包,采用MPEG4/H.264等先进音视频压缩格式传输监控信号。优点:可以利用已建好的IP网资源,采用数字编码技术,传输过程中无差错,损失小,并且易于存储。缺点:受网络带宽和速度的影响较大。
   1.6 无线微波传输
微波传输:采用调频或调幅的办法,将图像搭载到高频载波上,转换为高频电磁波在空中传输。是几公里甚至几十公里不易布线场所监控传输的解决方式之一。监控距离在10Km 范围内时,可采用高频开路传输;监控距离较远且监视点在某一区域较集中时,应采用微波传输方式。需要传输距离更远或中间有阻挡物时,可考虑加微波中继;
优点:省去布线及线缆维护费用,可动态实时传输广播级图像。
缺点:由于采用微波传输,传输环境是开放空间,容易受外界电磁干扰;微波信号为直线传输,中间不能有山体、建筑物遮挡。
    2、视频信号传输方式在工程中应用
在一般的视频安防监控系统工程造价的组成中,管线工程的造价往往会达到工程总造价的1/4~1/3;而视频信号传输又是视频安防监控系统管线工程的造价的主要组成部分,且视频信号传输的质量又是系统工程质量的关键环节。因此,视频信号传输问题是视频安防监控系统工程系统设计的十分重要的环节。
根据前面所述的视频传输方式,不同的视频信号传输方式各有特点,适合不同的应用环境。在实际的工程应用中要根据视频安防监控系统工程的规模大小、覆盖面积、传输信号的种类、信号传输距离、信息容量、对系统的功能及不同质量指标等要求,采用不同的传输方式,以达到既能保证系统信号的传输质量,又能有效节约资源,方便施工,降低工程综合造价的目的。
下面结合笔者的实际工程经验对一般工程项目中各种视频信号传输方式的选择做简要介绍。
(1) 对摄像机分布比较分散,传输距离不超过150m的摄像点采用SYV-75-5的同轴电缆作为视频基带传输线。(由于有色金属铜材料的不断涨价,现在的好多工程应用中200m~300m的信号也采用SYV-75-5同轴电缆基带传输方式,其实并不是很经济合理,特别是对图像质量要求不是特别高的场所,采用双绞线(平衡)传输方式会更经济实用。)
(2) 对传输距离超过150m而不超过1000m的摄像点宜采用双绞线(平衡)传输方式或采用光纤传输方式。特别是区域摄像机比较集中的情况,可将就近区域的摄像机视频信号初步集中后,采用多路视频光端机进行编码传输则更加经济实用,当然具体要结合实际工程情况,合理组合。
(3) 对传输距离超过1000米的摄像点的图像传输,一般情况考虑采用光纤传输方式,根据区域摄像点分布情况,可分区域将距离相对较近的信号集中后采用光纤传输方式,以解决远距离视频传输的信号衰减及信号干扰问题。
(4) 监控距离较远(十几公里到二三十公里),敷设线缆比较困难,中间无遮挡、且监视点在某一区域较集中时,应采用微波传输方式。
(5) 对于采用全数字视频监控系统或综合楼宇内已建好的IP网资源,且带宽资源允许的情况下,采用TCP/IP数字网络传输方式。
   在实际工程设计过程中,上述的视频信号传输方式的一般选择方法要结合实际工程项目的具体情况,通过科学的分析比较后才能做出最佳方案选择。特别是随着光纤传输新技术的不断发展,光纤及光端机设备的价格不断下降;而有色金属原材料价格会不断上升,使得光纤传输方式在视频信号传输方面的应用前景越来越广阔。

此文关键字:安防监控设备

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