本文詳細(xì)分析比較了多種監(jiān)控圖象傳輸方式的特點和性能，可供監(jiān)控工程系統(tǒng)集成商和廣大用戶參考。
1 概述
----在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控圖像的傳輸是整個系統(tǒng)的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，選擇何種介質(zhì)和設(shè)備傳送圖像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)中用來傳輸圖像信號的介質(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。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和使用環(huán)境，以便針對實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
----一提起圖像傳輸，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zui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，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)控圖像對圖像質(zhì)量的損傷不大，能滿足實際要求。
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，圖像的色彩部分被調(diào)制在頻率，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zui大。
所以，同軸電纜只適合于近距離傳輸圖像信號，當(dāng)傳輸距離達(dá)到200米左右時，圖像質(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行不同大小的補償，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)，一般在一個點到點系統(tǒng)中同軸放大器zui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像質(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)中傳輸圖像信號還存在著一些缺點：
1）、同軸電纜本身受氣候變化影響大，圖像質(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*力有限，無法應(yīng)用于強干擾環(huán)境；
5）、同軸放大器還存在著調(diào)整困難的缺點。
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，特別是傳輸距離受到限制，所以尋求一種經(jīng)濟、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，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，使用光纖和光端機還是顯得不夠經(jīng)濟。
zui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)控圖像傳輸,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，雙絞線的使用由來已久，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*力強、傳輸距離遠(yuǎn)、布線容易、價格低廉等許多優(yōu)點。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圖一所示。
圖一 視頻信號在雙絞線上傳輸150m時的衰減曲線
因此，視頻信號在雙絞線上要實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，必須進行放大和補償，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，可以將圖像傳輸?shù)?至2km，如果采用中繼方式，還可以成倍增加傳輸距離，而且，傳輸圖像的質(zhì)量可以與光端機媲美（如武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司的雙絞線視/音頻傳輸設(shè)備加權(quán)信噪比≥60dB，微分增益≤2%，微分相位≤2°）。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*的處理技術(shù)，*地補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，保持了原始圖像的亮度和色彩以及實時性，在傳輸距離達(dá)到1km或更遠(yuǎn)時，圖像信號基本無失真。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布線帶來的麻煩，減少了工程造價。
3）抗*力強。雙絞線能有效抑制共模干擾，即使在強干擾環(huán)境下，雙絞線也能傳送*的圖像信號。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，在前端要接入發(fā)射機，在控制中心要接入接收機。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，也無太多的操作，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
----光纖和光端機應(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)控圖像傳輸問題,如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的圖像信號則需要采用光纖傳輸方式。另外，對一些*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，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。光端機可以提供一路和多路圖像接口，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zui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，它的作用主要就是實現(xiàn)電——光和光——電轉(zhuǎn)換。光端機又分為模擬光端機和數(shù)字光端機：
1） 模擬光端機
----模擬光端機采用了PFM調(diào)制技術(shù)實時傳輸圖像信號，是目前使用較多的一種。發(fā)射端將模擬視頻信號*行PFM調(diào)制后，再進行電——光轉(zhuǎn)換，光信號傳到接收端后，進行光——電轉(zhuǎn)換，然后進行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30Km左右，有些產(chǎn)品的傳輸距離可以達(dá)到60Km，甚至上百公里。并且，圖像信號經(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現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)信號的雙向傳輸，滿足監(jiān)控工程的實際需求。不過，這種模擬光端機也存在一些缺點：
a）生產(chǎn)調(diào)試較困難；
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，光端機的性能也b）單根光纖實現(xiàn)多路圖像傳輸較困難，性能會下降，目前這種模擬光端機一般只能做 到單根光纖上傳輸4路圖像；
c）會發(fā)生變化，給工程使用帶來一些不便。
2） 數(shù)字光端機
----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，光端機的數(shù)字化也是一種必然趨勢。目前，數(shù)字圖像光端機主要有兩種技術(shù)方式：一種是MPEG II圖像壓縮數(shù)字光端機，另一種是非壓縮數(shù)字圖像光端機。
圖象壓縮數(shù)字光端機一般采用MPEG II圖像壓縮技術(shù)，它能將活動圖像壓縮成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。由于采用了圖像壓縮技術(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像信號。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)控圖像，為工程應(yīng)用帶來了方便。不過，圖像壓縮數(shù)字光端機也有其固有的缺點。其致命的弱點就是不能保證圖像傳輸?shù)膶崟r性。因為圖像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像產(chǎn)生１～２Ｓ的延時。因此，這種設(shè)備只適合于用在對實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)過壓縮后圖像會產(chǎn)生一定的失真，并且這種光端機的價格也偏高。
非壓縮數(shù)字圖像光端機的原理就是將模擬視頻信號進行Ａ／Ｄ變換后和語音、音頻、數(shù)據(jù)等信號進行復(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)字圖像光端機能提供很好的圖像傳輸質(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，并且圖像傳輸是全實時的。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)字圖像光端機的優(yōu)勢體現(xiàn)在：
a）采用了數(shù)字化技術(shù)，極大提高了圖像傳輸質(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，克服了模擬光端機的弊病；
c）不會產(chǎn)生傳輸延時，保證了監(jiān)控圖像的實時性；
d）可以方便地將多路圖像和音頻、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)字圖像光端機可以做到在單方向傳輸幾十路、甚至上百路圖像（比如武漢微創(chuàng)光電技術(shù)有限公司的非壓縮數(shù)字光端機可以在單纖上傳輸64路圖像）。
數(shù)字圖像光端機的技術(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像傳輸方面，主要原因在于目前能夠提供這種光端機的廠家還不多，價格相對模擬光端機而言也稍微偏高。不過，由于數(shù)字圖象光端機特別是非壓縮數(shù)字圖象光端機的突出優(yōu)勢，再加上大量使用后會降低成本，模擬光端機必將很快被數(shù)字圖像光端機所取代。
5 結(jié)束語
----傳送圖像監(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到點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，圖像質(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*由工程的實際需要確定。
