1 概述

    在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控圖象的傳輸是整個系統(tǒng)的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖象和其它控制信號將直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。目前，在監(jiān)控系統(tǒng)中用來傳輸圖象信號的介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線和光纖，對應(yīng)的傳輸設(shè)備分別是同軸視頻放大器、雙絞線視頻傳輸設(shè)備和光端機(jī)。要組建一個高質(zhì)量的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，就必須搞清楚這三種主要傳輸方式的特點(diǎn)和使用環(huán)境，以便針對實(shí)際工程需要采取合適的傳輸介質(zhì)和設(shè)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(shè)較方便的優(yōu)點(diǎn)，所以，一般在小范圍的監(jiān)控系統(tǒng)中，由于傳輸距離很近，使用同軸電纜直接傳送監(jiān)控圖象對圖象質(zhì)量的損傷不大，能滿足實(shí)際要求。

但是，根據(jù)對同軸電纜自身特性的分析，當(dāng)信號在同軸電纜內(nèi)傳輸時其受到的衰減與傳輸距離和信號本身的頻率有關(guān)。一般來講，信號頻率越高，衰減越大。視頻信號的帶寬很大，達(dá)到 6MHz ，并且，圖象的色彩部分被調(diào)制在頻率高端，這樣，視頻信號在同軸電纜內(nèi)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(dāng)傳輸距離達(dá)到 200 米左右時，圖象質(zhì)量將會明顯下降，特別是色彩變得暗淡，有失真感。

在工程實(shí)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(diào)整對不同頻率成分分別進(jìn)行不同大小的補(bǔ)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(lián)，一般在一個點(diǎn)到點(diǎn)系統(tǒng)中同軸放大器最多只能級聯(lián) 2 到 3 個，否則無法保證視頻傳輸質(zhì)量，并且調(diào)整起來也很困難。因此，在監(jiān)控系統(tǒng)中使用同軸電纜時，為了保證有較好的圖象質(zhì)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(jiān)控系統(tǒng)中傳輸圖象信號還存在著一些缺點(diǎn)：

1 ）、同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖象質(zhì)量受到一定影響；

2 ）、同軸電纜較粗，在密集監(jiān)控應(yīng)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(tǒng)中需要同時傳輸控制數(shù)據(jù)、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(yīng)用于強(qiáng)干擾環(huán)境；

5 ）、同軸放大器還存在著調(diào)整困難的缺點(diǎn)。

3 雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備

    由于傳統(tǒng)的同軸電纜監(jiān)控系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)，特別是傳輸距離受到限制，所以尋求一種經(jīng)濟(jì)、傳輸質(zhì)量高、傳輸距離遠(yuǎn)的解決方案十分必要。早期，在傳輸距離超過五、六百米的監(jiān)控系統(tǒng)中一般使用多模光纖和多模光端機(jī)，這雖然解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，但是系統(tǒng)造價增加了很多，并且，光纖的施工復(fù)雜，需要專業(yè)人員和專用設(shè)備。所以，對這種距離不是太遠(yuǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)而言，使用光纖和光端機(jī)還是顯得不夠經(jīng)濟(jì)。

最近，出現(xiàn)了一種雙絞線視頻傳輸設(shè)備，通過使用此種設(shè)備，可以將雙絞線應(yīng)用于監(jiān)控圖象傳輸，它很好地解決了上面的難題，在今后的監(jiān)控系統(tǒng)中必將被大量使用。

其實(shí)，雙絞線的使用由來已久，電話傳輸使用的就是雙絞線，在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中和干擾較大的場所以及遠(yuǎn)距離傳輸中都使用了雙絞線，我們今天廣泛使用的局域網(wǎng)也是使用雙絞線對。雙絞線之所以使用如此廣泛，是因為它具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、價格低廉等許多優(yōu)點(diǎn)。由于雙絞線對信號也存在著較大的衰減，所以傳輸距離遠(yuǎn)時，信號的頻率不能太高，而高速信號比如以太網(wǎng)則只能限制在100m以內(nèi)。對于視頻信號而言，帶寬達(dá)到6MHz，如果直接在雙絞線內(nèi)傳輸，也會衰減很大，在傳輸距離為150m左右時視頻信號的衰減曲線如下圖所示。

    因此，視頻信號在雙絞線上要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，必須進(jìn)行放大和補(bǔ)償，雙絞線視頻傳輸設(shè)備就是完成這種功能。加上一對雙絞線視頻收發(fā)設(shè)備后，可以將圖象傳輸?shù)?至2km，如果采用中繼方式，還可以成倍增加傳輸距離，而且，傳輸圖象的質(zhì)量可以與光端機(jī)媲美。雙絞線和雙絞線視頻傳輸設(shè)備價格都很便宜，不但沒有增加系統(tǒng)造價，反而在距離增加時其造價與同軸電纜相比下降了許多。所以，監(jiān)控系統(tǒng)中用雙絞線進(jìn)行傳輸具有明顯的優(yōu)勢：

1） 傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量高。由于在雙絞線收發(fā)器中采用了先進(jìn)的處理技術(shù)，極好地補(bǔ)償了雙絞線對視頻信號幅度的衰減以及不同頻率間的衰減差，保持了原始圖象的亮度和色彩以及實(shí)時性，在傳輸距離達(dá)到1km或更遠(yuǎn)時，圖象信號基本無失真。如果采用中繼方式，傳輸距離會更遠(yuǎn)。

2） 布線方便、線纜利用率高。一對普通電話線就可以用來傳送視頻信號。另外，樓宇大廈內(nèi)廣泛鋪設(shè)的5類非屏蔽雙絞線中任取一對就可以傳送一路視頻信號，無須另外布線，即使是重新布線，5類纜也比同軸纜容易。此外，一根5類纜內(nèi)有4對雙絞線，如果使用一對線傳送視頻信號，另外的幾對線還可以用來傳輸音頻信號、控制信號、供電電源或其它信號，提高了線纜利用率，同時避免了各種信號單獨(dú)布線帶來的麻煩，減少了工程造價。

3） 抗干擾能力強(qiáng)。雙絞線能有效抑制共模干擾，即使在強(qiáng)干擾環(huán)境下，雙絞線也能傳送極好的圖象信號。而且，使用一根纜內(nèi)的幾對雙絞線分別傳送不同的信號，相互之間不會發(fā)生干擾。

4） 可靠性高、使用方便。利用雙絞線傳輸視頻信號，在前端要接入專用發(fā)射機(jī)，在控制中心要接入專用接收機(jī)。這種雙絞線傳輸設(shè)備價格便宜，使用起來也很簡單，無需專業(yè)知識，也無太多的*作，一次安裝，長期穩(wěn)定工作。

5） 價格便宜，取材方便。由于使用的是目前廣泛使用的普通5類非屏蔽電纜或普通電話線，購買容易，而且價格也很便宜，給工程應(yīng)用帶來極大的方便。

4 光纖和光端機(jī)

    光纖和光端機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個問題：一是傳輸距離，一是環(huán)境干擾。雙絞線和同軸電纜只能解決短距離、小范圍內(nèi)的監(jiān)控圖象傳輸問題，如果需要傳輸數(shù)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(qiáng)干擾場所，為了不受環(huán)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(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，一根光纖就可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號，傳輸距離可以達(dá)到上百公里。光端機(jī)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(shù)據(jù)接口（包括RS232、RS485、以太網(wǎng)等），將它們集成到一根光纖上傳輸。光端機(jī)為監(jiān)控系統(tǒng)提供了靈活的傳輸和組網(wǎng)方式，信號質(zhì)量好、穩(wěn)定性高。近些年來，由于光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖和光器件的價格下降很快，使得光纖監(jiān)控系統(tǒng)的造價大幅降低，所以光纖和光端機(jī)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)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(jīng)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(jiān)控信號要使用光端機(jī)，它的作用主要就是實(shí)現(xiàn)電-光和光-電轉(zhuǎn)換。光端機(jī)又分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)：

1） 模擬光端機(jī)

模擬光端機(jī)采用了PFM調(diào)制技術(shù)實(shí)時傳輸圖象信號，是目前使用較多的一種。發(fā)射端將模擬視頻信號先進(jìn)行PFM調(diào)制后，再進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換，光信號傳到接收端后，進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行PFM解調(diào)，恢復(fù)出視頻信號。由于采用了PFM調(diào)制技術(shù)，其傳輸距離很容易就能達(dá)到30 Km左右，有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達(dá)到60 Km，甚至上百公里。并且，圖象信號經(jīng)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(fù)用技術(shù)，還可以在一根光纖上實(shí)現(xiàn)圖象和數(shù)據(jù)信號的雙向傳輸，滿足監(jiān)控工程的實(shí)際需求。不過，這種模擬光端機(jī)也存在一些缺點(diǎn)：

a）生產(chǎn)調(diào)試較困難；

b）單根光纖實(shí)現(xiàn)多路圖象傳輸較困難，性能會下降，目前這種模擬光端機(jī)一般只能做到單根光纖上傳輸4路圖象；

c）由于采用的是模擬調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其穩(wěn)定性不夠高，隨著使用時間的增加或環(huán)境特

性的變化，光端機(jī)的性能也會發(fā)生變化，給工程使用帶來一些不便。

2） 數(shù)字光端機(jī)

由于數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比在很多方面都具有明顯的優(yōu)勢，所以正如數(shù)字技術(shù)在許多領(lǐng)域取代了模擬技術(shù)一樣，光端機(jī)的數(shù)字化也是一種必然趨勢。目前，數(shù)字圖象光端機(jī)主要有兩種技術(shù)方式：一種是MPEG II圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)，另一種是非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)。

圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用MPEG II圖象壓縮技術(shù)，它能將活動圖象壓縮成N×2Mbps的數(shù)據(jù)流通過標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，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(biāo)準(zhǔn)接口，可以利用現(xiàn)有的電信傳輸設(shè)備的富裕通道傳輸監(jiān)控圖象，為工程應(yīng)用帶來了方便。不過，圖象壓縮數(shù)字光端機(jī)也有其固有的缺點(diǎn)。其致命的弱點(diǎn)就是不能保證圖象傳輸?shù)膶?shí)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?shù)膱D象產(chǎn)生１~２Ｓ的延時。因此，這種設(shè)備只適合于用在對實(shí)時性要求不高的場所，在工程使用上受到一些限制。另外，經(jīng)過壓縮后圖象會產(chǎn)生一定的失真，并且這種光端機(jī)的價格也偏高。

非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的原理就是將模擬視頻信號進(jìn)行Ａ／Ｄ變換后和語音、音頻、數(shù)據(jù)等信號進(jìn)行復(fù)接，再通過光纖傳輸。它用高的數(shù)據(jù)速率來保證視頻信號的傳輸質(zhì)量和實(shí)時性，由于光纖的帶寬非常大，所以這種高數(shù)據(jù)速率也并沒有對傳輸通道提出過高要求。非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)能提供很好的圖象傳輸質(zhì)量（如武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司的非壓縮數(shù)字光端機(jī)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(dá)到了廣播級的傳輸質(zhì)量，并且圖象傳輸是全實(shí)時的。由于采用數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)備中可以利用已經(jīng)很成熟的通信技術(shù)比如復(fù)接技術(shù)、光收發(fā)技術(shù)等，提高了設(shè)備的可靠性，也降低了成本。非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

a）采用了數(shù)字化技術(shù)，極大提高了圖象傳輸質(zhì)量；

b）數(shù)字化技術(shù)和大規(guī)模集成電路的使用，保證了設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性，克服了模擬光端機(jī)的弊?。?/p>

c）不會產(chǎn)生傳輸延時，保證了監(jiān)控圖象的實(shí)時性；

d）可以方便地將多路圖象和音頻、數(shù)據(jù)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(shù)字圖象光端機(jī)可以做到在單方向傳輸幾十路、甚至上百路圖象

數(shù)字圖象光端機(jī)的技術(shù)含量高，其在監(jiān)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(jī)的廠家還不多，價格相對模擬光端機(jī)而言也稍微偏高。不過，由于數(shù)字圖象光端機(jī)特別是非壓縮數(shù)字圖象光端機(jī)的突出優(yōu)勢，再加上大量使用后會降低成本，模擬光端機(jī)必將很快被數(shù)字圖象光端機(jī)所取代。

5 結(jié)束語

    傳送圖象監(jiān)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(diǎn)到點(diǎn)無線傳輸方式以及有線電視上采用的多路副載波復(fù)用射頻傳輸方式。無線傳輸受環(huán)境和氣候影響太大，工作不穩(wěn)定，而且設(shè)備安裝調(diào)整困難；多路副載波復(fù)用射頻傳輸方式需要的設(shè)備多，穩(wěn)定性不高，圖象質(zhì)量較差，設(shè)備安裝調(diào)整也很困難。所以，這兩種設(shè)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(jù)工程實(shí)際情況選用。一般來說，距離在二、三百米以內(nèi)，并且無環(huán)境干擾、布線空間大的場所，可以考慮使用電纜；當(dāng)傳輸距離在兩公里以內(nèi)，或者環(huán)境干擾大、布線要求緊湊的場所，建議使用雙絞線；距離達(dá)到幾公里或更遠(yuǎn)時，光纖就是必然選擇了。當(dāng)然，工程實(shí)際中，不少用戶不管距離遠(yuǎn)近，在同一個工程中統(tǒng)統(tǒng)使用光纖，或者在距離較近的工程中統(tǒng)統(tǒng)使用雙絞線，這完全由工程的實(shí)際需要確定。

電話線方式：

在 PSTN 網(wǎng)上 , 利用用戶現(xiàn)有的電話線進(jìn)行多媒體 ( 尤其是視頻信號 ) 傳輸可以采用幾種不同的方式：

第一是采用 MODEM 接入，采用低數(shù)據(jù)速率的 H.263 會議電視視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，將幾十 K 的數(shù)據(jù)流通過 28.8Kbps 的 V.34 MODEM 接入 PSTN 網(wǎng)，傳輸 CIF 、 QCIF 每秒 5 ～ 15 幀的圖像。目前 33.5Kbps 至 56Kbps 的 Modem 已很普及，這種傳輸方式有利于低速率的視頻傳輸，幀率也可以進(jìn)一步提高；

第二是采用 XSDL 接入，主要包括 ASDL( 下行速率 1.5 ～ 9Mbps ，上行速率 16 ～ 640Kbps ，傳輸距離 5.5KM) ，主要用于視頻點(diǎn)播和視頻廣播； HSDL 使用一對兩對雙絞線，雙向速率為 1.5 ～ 2Mbps ，傳輸距離約為 5KM ，可作電視會議或雙向視頻控制。

DDN 方式：

DDN 是利用數(shù)字通道提供半永久性連接電路，以傳輸數(shù)據(jù)信號為主的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)。它主要提供中、高速率，高質(zhì)量點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)字專用鏈路，以便向用戶提供租用電路業(yè)務(wù)。其線路的通信速率為 2.4 ～ 19.2Kbps ， N×64Kbps(N=1 ～ 32) 。它也可提供 VPN 業(yè)務(wù)。我國郵電部門已在全國范圍內(nèi)建成并開放了 DDN 業(yè)務(wù)，通信帶寬為 64K ～ 2.048M(E1) ，如果用戶沒有自備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，可以向當(dāng)?shù)剜]電部門申請 DDN 業(yè)務(wù)。采用該方式時，用戶可以根據(jù)自己的要求申請帶寬，視頻終端可采用 G.703 或 V.35 口將多媒體業(yè)務(wù)接入 DDN 網(wǎng)。

ISDN 方式：

ISDN 的信道類型分為信息信道與控制信道，信息信道又包括 B 信道與 H 信道，控制信道為 D 信道。 B 信道帶寬為 64Kbps 用于傳送各種話音、數(shù)據(jù)或位流圖像； H 信道帶寬為 384Kbps 或 1536Kbps 或 1920Kbps ，用于傳輸高速率數(shù)據(jù)或高位流圖像； D 信道帶寬為 16Kbps ，用于傳遞控制信號以控制 B 信道 (H 信道 ) 的呼叫，有時 D 信道也可用于傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)。 ISDN 用戶 / 網(wǎng)絡(luò)接口有兩種結(jié)構(gòu)：基本速率接口 (BRI) 和基群速率接口 (PRI) ，基本速率接口是將現(xiàn)有電話網(wǎng)中的普通用戶線作為 ISDN 的用戶線而規(guī)定的接口，它由 2 個 B 和一個 D 信道組成，成為 2B+D 口，傳輸速率為 144Kbps ； PRI 接口則是由 30 個 B 信道和一個 D 信道組成成為 30B+D 口，傳輸速率為 2Mbps 相當(dāng)于一個 E1 口。在 ISDN 的 BRI 中傳輸聲像信號時，有三種方案可供選擇：一是將圖像與聲音集中在一條 B 信道 (64Kbps) 中傳輸，如圖像用 48Kbps ，聲音用 16Kbps ；二是使用兩個 B 信道，一條傳輸圖像 (64Kbps) ，另一條傳輸聲音 (64Kbps) ；三是將兩條 B 信道混合起來作為一條 128Kbps 的線路使用，圖像用 112Kbps ，聲音用 16Kbps 。 ISDN 的接口可以通過專用的 ISDN 通信卡將視頻多媒體監(jiān)控終端接入。

光纖信道：

光纖信道傳輸質(zhì)量高，信道穩(wěn)定是人所共知的優(yōu)點(diǎn)。光通信端機(jī)包括 PCM 基群復(fù)接設(shè)備、二次群、三次群、四次群等跳群復(fù)接設(shè)備。其中 PCM 基群復(fù)接設(shè)備向用戶提供符合 G.703 標(biāo)準(zhǔn)的 64Kbps 接口，可以將低速率的視頻數(shù)據(jù)直接送入 PCM 終端進(jìn)行傳輸。而復(fù)接設(shè)備直接向用戶提供符合 G.703 標(biāo)準(zhǔn)的 E1 接口，其速率為 2.048Mbps 的傳輸信道帶寬，經(jīng) G.703/V.35 E1 通信卡將視頻監(jiān)控終端接入光纖線路。

無線傳輸：

無線傳輸主要是指數(shù)傳電臺和無線擴(kuò)頻傳輸，在目前大多數(shù)企業(yè)單位都有自己的無線專網(wǎng)，無線專網(wǎng)可以支持多點(diǎn)遠(yuǎn)端接入，它們一般可以提供 64K ～ 42Mbps 的信道帶寬。同時，這些無線專網(wǎng)在建設(shè)規(guī)劃時，大都已預(yù)留出用作傳輸視頻圖像的帶寬，只要將視頻終端以 IP 方式接入并與原來的數(shù)據(jù)、話音業(yè)務(wù)作無縫連接，即可實(shí)現(xiàn)多媒體通信。

VSAT 衛(wèi)星線路：

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)覆蓋地域廣，施工量少，是其它傳輸系統(tǒng)無法替代的，特別是對移動的 VSAT 站，具有機(jī)動性，是軍隊國防部門通信的重要手段，衛(wèi)星甚小口徑地面站也是偏遠(yuǎn)地區(qū)的主要通信手段，一般用戶可以向衛(wèi)星運(yùn)營公司租用衛(wèi)星線路，如將 64Kbps 串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 V.35 接口建立視頻連接。