視頻監控有線傳輸技術的比較

    從理論上講，有線傳輸的性價比遠遠高于無線傳輸，寬帶傳輸也同樣如此。因此在視頻監控領域，有線傳輸成為主流。同軸電纜、雙絞線和光纜是目前監控系統中使用最廣的三種傳輸介質，我們先對這幾種技術作一些分析和比較。

    在視頻監控系統中，模擬攝像機的輸出阻抗為75Ω不平衡方式，而控制臺（包括DVR 的模擬輸入口）及監視器的輸入阻抗也為75Ω不平衡方式，為了整個系統的阻抗匹配，其傳輸線往往采用75Ω的特性阻抗。視頻監控系統一般多是中短距離的中小型系統，同軸電纜是目前監控系統中應用最廣泛的視頻傳輸線。

    同軸視頻傳輸又可以分成基帶傳輸和調制傳輸。視頻基帶是指視頻信號本身的0至6MHz頻帶。將視頻信號采用調幅或調頻的方式調制到高頻載波上，然后通過電纜傳輸，在終端接收后再解調出視頻信號，這種方式稱為有線調制傳輸方式。這種方式可以較好地抑制基帶傳輸方式中常有的各種干擾，并可實現一根電纜傳送多路視頻信號。但是在實際的監控系統中，由于攝像機布置地點比較分散，并不總能發揮頻分復用的優勢，而增加調制、解調設備還會增加系統成本和調試難度，因此在傳輸距離不遠的情況下，仍然以基帶傳輸為主。

    雙絞線（Twisted Pair）是由兩條相互絕緣的導線按照一定的規格互相纏繞在一起而制成的一種通用配線。由于互相纏繞，一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發出的電波抵消，因此可以降低信號干擾的程度。非屏蔽雙絞線電纜（UTP，Unshielded Twisted Pair）既可以傳輸數字視頻信號，也可以傳輸模擬視頻信號。雙絞線通常采用特性阻抗為100Ω的平衡傳輸方式，目前絕大多數前端的攝像機和后端的視頻設備都是單極性、75Ω匹配聯接的，所以采用雙絞線傳輸模擬視頻圖像時，必須在傳輸系統前后端進行“單——雙”（平衡——不平衡）轉換和電纜特性阻抗75Ω-100Ω匹配轉換；因此視頻雙絞線基帶傳輸兩端都有轉換設備，而不能像同軸電纜那樣無設備直接傳輸視頻信號，雙絞線視頻傳輸設備適配器就能夠實現這種功能。經轉換后的視頻信號在雙絞線內傳輸衰減也很大，所以視頻信號在雙絞線上要實現遠距離傳輸還必須進行放大和補償。采用一對無源適配視頻收發器和5類非屏蔽雙絞線傳輸距離在300m左右，采用一對有源視頻發射與接收器（有源雙絞線傳輸器），在5類非屏蔽雙絞線上傳輸視頻信號時最遠距離可達900m。

    用無源適配器傳輸時，隨著頻率增高插入損耗會增大。這樣在視頻圖像信號傳輸距離稍遠時，圖像質量將會受到嚴重的影響，在實際使用中將受到較大的限制。通過有源適配器，采用非平衡抗干擾技術，可以通過一根5類UTP線纜的幾組雙絞線分別傳輸非數字化、非壓縮的音視頻信號和報警、控制信號，以及電源。

    光纖既可以傳輸數字視頻信號也可以也可以傳輸模擬視頻信號，光纖傳輸的最大優點是帶寬大、傳輸距離遠、抗干擾、電磁絕緣性能好、安全性好，但由于光纖不能直接傳輸電信號，在光纖視頻傳輸系統中兩端要增加實現電光轉換的光端機和其他相應設備。光纖在遠距離視頻信號傳輸中有較大優勢。需要提出的是光纜傳輸系統只是一個遠程傳輸環節，前面還有75Ω同軸線纜傳輸部分，后面還有分配、畫面處理，矩陣或DVR切換等多種傳輸環節，整個傳輸系統的效果要綜要看每個環節的保證情況。

視頻光端機產品簡介

    視頻光端機就是把1到多路的模擬視頻信號通過不同方式轉換成光信號再經光纖介質來傳輸的設備。視頻光端機的原理就是把電信號調制為光信號，通過光纖進行傳輸，然后又把光信號解調還原為視頻電信號。

    基于傳輸介質的不同光端機可分為單模和多模光端機。

    多模光纖（Multi Mode Fiber）的中心玻璃芯較粗（50或62.5μm），可傳多種模式的光（即光以多重路徑通過這種光纖），但其模間色散較大，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/Km的光纖在2Km時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離一般只有幾公里。

    單模光纖（Single Mode Fiber）的中心玻璃芯很細（一般為9或10μm），只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但還也存在著材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。后來又發現在1.31μm波長處，單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負，大小也正好相等。這就是說在1.31μm波長處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來看，1.31μm處正好是光纖的一個低損耗窗口。這樣，1.31μm波長區就成了光纖通信的一個很理想的工作窗口，也是現在實用光纖通信系統的主要工作波段。

    多模光纜用于視頻圖像傳輸時只能滿足最遠3～5km的傳輸距離，并且對視頻光端機的帶寬（針對模擬調制）和傳輸速率（針對數字式）有較大的限制，一般適用于短距、小容量、簡單應用的場合。單模光纜由于有著優異的特性和低廉的價格早已成為光通信傳輸的主流，無論是遠距離、大容量、還是多業務方面，基本上是針對單模光纖研制的。

    按照光端機傳輸的信息是否變換為數字量，可以分為模擬光端機和數字式光端機。

    模擬光端機的傳輸方式是將基帶的視頻、音頻、數據等信號調制在某一載頻上，通過發射光端機進行光纖傳輸，然后通過另一端的接收光端機進行解調，恢復成相應的基帶視頻、音頻、數據信號。

    模擬光端機由于要進行調幅、調頻、調相，所以模擬信號幅度的變化與載波信號因調制而引起的幅度、頻率、相位的變化很難做到真正線性調制，非線性必然引起信號失真；同時調制好的載波信號還要調制成光信號，光器件的非線性與環境溫度變化、工作電壓的穩定性有關，同時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，由光電轉換后的模擬信號進入解調器，解調與調制一樣會產生非線性畸變。所以模擬光端機要經過輸入信號調制-電光轉換-光輸出-光電轉換-解調這五個過程，也都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的，也必然是不可消除的。因此模擬光端機傳輸視頻、音頻、數據的質量難以達到很滿意的效果。此外，模擬光端機傳輸的信號容量有限，不能充分利用光纖的帶寬，傳輸的信號種類也比較少。數字光端機的出現解決了模擬光端機所出現的問題，因此模擬光端機較快地被數字光端機取代，已逐步退出市場。

    數字式光端機是將基帶的模擬視頻、音頻、數據進行高分辨率數字化、轉換成高速數字流光信號，通過發射光端機進行發射，再通過另一端的接收光端機進行接收、解復用，恢復成數字化信號，然后通過數字模擬變換（A/D轉換）恢復成模擬視頻、音頻。數字視頻光端機主要有兩種技術類型：一種是非壓縮數字視頻光端機，另一種是采用圖象編碼壓縮的數字光端機。數字圖像不經過壓縮進行光傳輸可以保證實時性與圖像的清晰度。當用戶光纖資源足夠，并強調需要關注圖像質量時，非壓縮的視頻信號傳輸是最佳的選擇。視頻壓縮數字光端機一般采用H.264圖象壓縮技術，由于采用了圖象壓縮技術，它能大大降低信號傳輸帶寬。

    視頻光端機從最早以視頻、音頻和數據傳輸為主，現在部分視頻光端機的傳輸功能已經擴展到支持包括電話、以太網、E1、對講等其它多種業務，因此多業務光端機具有傳輸多種業務的不同接口。多業務光端機（綜合業務光端機）是光纖綜合接入的一種光電轉換設備，它在一芯或二芯光纖上混合傳輸視頻、音頻、E1、以太網、電話、數據、開關量等業務，纖芯的利用率非常高，被稱為"一纖通"設備。例如智能交通系統中的一個監測點設備由控制系統、視頻監控系統、電子警察系統、智能交通卡口系統等組成。一個監測點需要傳輸的信息主要有：監控視頻信號；對攝像機的反向PTZ控制信號；紅燈信號檢測器、車檢器、雷達等數據信號；電子警察等系統的聯網信號；語音對講信號；信號機聯網的數據信號；可變情報板聯網的數據信號等。這些信號中除視頻信號外，其余都是各種各樣的數據信號，有低速的串行數據，也有高速的以太網數據。采用多業務光端機可以將上述所有信號進行單/雙向實時傳輸，且僅僅采用一芯光纖，這就大大簡化了通信及傳輸系統的組成，不但降低了系統投資和維護成本，而且由于租用光纖及電信信道數量的減少，使得系統運行的費用也大幅降低。

    光端機還可以根據傳輸結構分為點對點式，節點式和有源匯聚式三類。就目前而言，使用最多的是點對點光端機。節點式光端機在每個節點首先將信號接收下來，轉換成電信號，再和本地節點的信號交叉復用，光電轉換后采用WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分多路復用）技術復用到一條光纖上傳輸。節點機系統組網方式采用鏈網或樹型網絡，靈活方便；可適應各種不同的系統要求。節點式光端機多用在高速路工程上。由于在這個線路上不止一個節點，對于前者而言，大大節省了光纖的使用。有源匯聚式光端機的組網方式是前端匯聚部分為星型網絡，后端為鏈型網絡或環形網絡，工作方式是由多個前端設備分別將信號傳輸至匯聚端，再通過一芯光纖傳輸至后端監控中心，此種方式可節省主干的光纖。

    視頻光端機還可以根據傳輸視頻圖像的路數多少分為1路、2路、4路或更多路數的光端機。

    在電信交換平臺日臻完善的條件下，基于網絡的視頻傳輸應用更加靈活，光端機也需要在多業務接入能力、大規模組網應用方面進行提高。多業務視頻光端機可以提供集視頻、音頻、數據、電話、以太網等多種業務接口的一個綜合光傳輸平臺，不僅完成數據的傳輸，還能實現矩陣、管理的功能，組網應用十分靈活。隨著光端機的大量使用，對光端機的管理也迫在眉捷，針對該狀況，不少廠商研發了網管系統。環網型光端機不僅僅是在硬件和軟件設計上運用了先進的網絡管理技術，而且在產品構造和結構形式上也具有先進性。網管型光端機都采用了模塊化的設計方式，以功能機盤為設備基本單元，功能機盤通過背板總線連接，完成用戶需要的各種信號傳輸功能。

安防行業光端機市場發展趨勢

    國產光端機隨著技術的不斷成熟和完善，在功能和性能方面也在不斷進步。比如視頻的AGC（自動增益控制，即自動監測輸入視頻信號的幅度、動態調整增益，使接收機中輸出標準的1Vp-p視頻信號）功能。技術升級還體現在功能的多樣性，如能提供更豐富的業務接口、電池斷電告警、字符迭加、防雷防潮、設備網管等各個方面，體現出產品面向方便應用提升，具備故障預診斷系統的視頻光端機。視頻光端機技術升級也體現在功能模塊化設計，將產品的主要功能，如光電轉換、視頻、數據、音頻等功能模塊設計為完全獨立可插拔的，把安防里涉及的信號都融合到一臺光端機里。

    防雷設計也是現今光端機提升功能的重要課題。防雷需要在光端機的所有外部接口上進行考慮，而不僅僅是數據接口，還應該考慮視頻、音頻等所有外部接口和電源輸入接口，不然雷電在很多時候是從防護最薄弱的環節侵入設備，導致設備損壞。

    2010年成為監控行業的高清元年，視頻光端機行業中"高清"概念也開始興起。蛙視通信推出了涵蓋HDMI、DVI、SDI等行業通用接口的高清視頻光端機，我們歐林克公司也推出了自己的高清光端機。

    在光端機行業高速發展的同時，也伴隨著技術方案的競爭，其中最主要的是網絡視頻解決方案的競爭。目前的光纖傳輸方案中，除了單純利用光端機組網的方案之外，還包括光矩陣、視頻編解碼器+交換機、以太網無源光網絡（EPON）+視頻編解碼器、UTN綜合業務光傳輸網等方案。不同方案利用光端機的種類和方式也不同，例如為配合以太網無源光網絡建設，基于EPON技術的光端機也開始受到廠家重視，這種產品對于大容量前端視頻接入的項目中能降低成本。綜合業務全數字光傳輸交換系統可以很好的解決多級傳輸/交換和管理的要求，是光端機技術發展的一個新的技術平臺。該系統的產品也可以很好地支持各種拓撲結構的圖像分布的接入，比如星形、鏈形、環形以及混合型拓撲結構。

    “十二五”發展期間將是光纖寬帶接入網發展的關鍵時期。根據國家的發展要求，三網融合、寬帶提速、物聯網、節能減排等都將是“十二五”期間光纖寬帶接入網發展的重點方向，主要工作包括：積極推進10G無源光網絡（PON）、復用型無源光網絡（WDMPON）等新技術的試商用，滿足每用戶100Mbit/s的FTTH（Fiber To The Home，光纖入戶）接入，打造全球領先的光纖寬帶接入網絡；研究和開發能夠更好結合物聯網的技術和產品，為物聯網打造強大的接入承載網絡；不斷提升綠色環保和節能減排技術，努力使光纖接入網中有源設備的功耗做到國際領先水平。

    為了實現更高接入帶寬，光纖入戶（FTTH）推進首當其沖。中國電信計劃開通100萬線的FTTH用戶，中國移動和中國聯通也都加快FTTH部署。在未來幾年，FTTH必定會迎來爆發式增長，擴展市場需求從而助力光纖產業向前發展。據相關數據統計，隨著“寬帶中國光網城市”工程的全面實施，城市地區2011年計劃新增光纖入戶（FTTH，即接入帶寬達到100M以上）達到3000萬個家庭，是“十一五”期間的3倍，累計覆蓋4000萬家庭；南方城市（含縣城）實現8M接入帶寬全覆蓋，20M覆蓋率達到70%；東部發達城市和中西部省會城市20M覆蓋率達到80%以上。2013年對南方城市（含縣城）的所有家庭客戶均可提供20M接入，光纖入戶覆蓋達到8000萬戶。“十二五”末，南方城市地區實現家庭和政企用戶光網全覆蓋，光纖入戶超過1億，位居世界領先。

    通信運營商大規模建設光纖寬帶接入網對于專業安防視頻光端機生產企業的影響是多方面的。大規模建設光纖寬帶接入網為光傳輸設備和光纜生產企業提供了良好的發展機遇，綜合性光通信企業如能獲得進入該市場的機會，對其擴大市場是十分有利的。而絕大多數單一生產視頻光端機的企業則很難進入這一市場。另一方面在中國建成全球領先的光纖寬帶接入網絡，將極大地推動IP監控的發展，這對于生產光電轉換器（光纖MODEM）的企業比較有利，但會造成視頻光端機在整個安防監控系統市場中的比例縮小。視頻光端機生產企業如能結合目前IP視頻解決方案，為用戶提供基于光纜的大型視頻綜合管理平臺方案將在市場競爭中處于比較主動的地位。

    目前監控網絡前端設備由于多種原因，在短期內還不會完全采用數字產品；其次，模擬視頻方案具有成熟、經濟的優勢，在中小型監控項目中特別適用；另外，對于建成在用的項目的維護、擴展，沿用前期的光纖傳輸方案還是比較方便的。所以在這些方面，視頻光端機仍然具有較大的應用前景。

    IP監控的發展給光端機未來市場帶來影響有不同看法。一種是隨著IP進程的加速，視頻光端機在整個安防監控系統中所占的比例在縮小。但業內也有不同看法，認為由于網絡帶寬限制造成傳輸速度不穩定，以及光端機壓縮傳輸技術的提高會使二者未來向融合而非競爭方向發展，因此不會影響到基于光纖傳輸的光端機市場。

    光端機與其他產品的整合也是將來的一個發展方向，早幾年國外企業就開發了光傳輸攝像機。這兩年國內企業也在開發類似產品，以光纖高速球為例，天地偉業的光線高速球就是將光端機發射機的模塊做到高速球的線路板上。

    隨著光纖和光端機核心芯片的價格降低，光端機的應用越來越廣泛，多種安防系統都需要更好的傳輸技術，客戶的需求會進一步的多樣化，光端機產品總體要向多業務綜合平臺發展。總之，數字化、多功能化、智能化、標準化、集成化是當前光端機技術發展的方向.

監控行業光端機市場現狀

    視頻光端機進入中國市場已有20多年時間。視頻光端機最早的應用主要集中在公安、軍隊、政府等資金情況較好、對視頻業務有迫切需求，以及要求較高傳輸效果的行業。最早的光纖線路大多是多模，傳輸距離一般僅有2Km，傳輸效果差，容易受干擾。隨著單模光纖和光端機技術的普及，傳輸距離可以輕松實現30-40Km。現視頻光端機設備基本已經實現單模傳輸，多模的光器件基本停產。為適應早年鋪設的多模光纜，部分光端機內部配置單、多模自適應電路，以便于適應在多模光纜傳輸。

    粗波分復用技術（CWDM）的出現使得模擬光端機在傳輸容量、傳輸模式等方面都得到了很大的發展和進步，在常規一芯光纖（如G.652）中可同時傳送1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1570nm、1590nm、1610nm等八種不同波長，每一波段又可時分復用1--10路視頻信號，即從單芯光纖傳輸一、兩個光波段擴展到七、八個光波段。一根光纖能傳輸更多的音、視頻、數據信號。但由于模擬技術自身的局限，單纖傳輸的路數越多，調試難度就越大，頻道之間干擾的可能性越大，模擬光端機的發展遇到了很大瓶頸。隨著寬帶數字光傳輸器件技術以及數字視頻技術的發展，從2001年數字光端機開始進入中國。數字化處理方式徹底解決了模擬光端機通道干擾的問題，數字光端機信噪比可達到67 dB，遠遠超出模擬的50 dB，信號傳輸質量非常高。數字光端機已經可以單纖傳輸128路非壓縮視頻，同時可以加入以太網、電話語音等信號，極大的豐富了光端機傳輸的信號種類。傳輸容量的提升提高了光纖帶寬的利用率，降低了傳輸系統的成本，提高了性價比。經過幾年的發展數字光端逐步取代了模擬光端機，到了2007年，已經占據了光端機的絕大部分市場。

    隨著我國城市交通和高速公路建設的快速發展，對監控系統中的設備要求也越來越高，由于光纖傳輸具有帶寬大、傳輸距離遠、抗干擾的優勢被廣泛應用。光端機由于其諸多傳輸優勢，加上這幾年的市場需求猛增，光纜成本大幅降低，已經進入相對良性的產業發展軌道。。2006年前后開始的“平安城市”建設，光端機已經幾乎成為標準配置，讓光端機廠商迎來“黃金時代”。目前，平安城市、城市智能交通、高速公路、城市軌道交通項目是光端機的主要市場。

    目前，光端機的價格由于應用領域、產品質量、品牌、服務的區別，差異較大。在高速公路、石油、石化等工業視頻監控領域，由于對產品質量、品牌、服務的要求較高，可以進入的廠家并不多，因此價格相對較高；而其他安防監控應用領域則對價格更加敏感。以1V1D光端機產品為例，價格在高速公路領域可能達到1000元以上，而安防一般應用領域則可能低至500元左右，甚至在網上還能找到200元左右的。

    2005年前后，光端機市場需求開始劇增，隨著光端機技術的迅速發展和應用的日益普及，使得視頻光端機生產銷售準入門檻越來越低，大量的小作坊式公司開始在市場上銷售仿制產品，這些產品大多粗制濫造，質量低劣，使用壽命極低，攪亂了國內光端機正常的生產、銷售秩序，不規范的市場操作和惡性的價格競爭影響了行業健康發展。從另一方面看，在大小光端機廠商的共同參與下，國內光端機企業的市場份額不斷上升，國外品牌在國內的市場開始萎縮，國內光端機也開始大批量出口。

    全國北京、廣東（深圳廣州為主）、湖北、浙江、上海5省市是國內視頻光端機主要生產基地，目前攝像機和光端機的使用比例大約為200:1，光端機及相關通信配套產品市場規模在16億元左右。

    目前國內視頻光端機生產企業主要有3類。第一類是依靠較強的光通信技術立足的通信企業，這些企業技術基礎較好，企業規模大多數屬于中等（年銷售額在5000萬左右），這一類也包括兼營視頻光端機的通信廠家，他們是這個子行業的核心企業。第二類是一些安防行業中規模較大的綜合性視頻監控廠家，視頻光端機只是其產品鏈中的一環，這類企業規模較大、綜合技術實力較強，視頻光端機在其產值的比重多少不一。第3類是加工型企業，數目最多。由于光端機行業技術門檻較低，一兩個從光通訊企業離職的設計開發人員就能成立一家企業，以小作坊的方式組裝生產視頻光端機，視頻光端機是其主要產品，在這類企業中仿冒產品盛行。

    從目前的行業格局來看，光端機剛進入成熟期，隨著安防行業的不斷擴張，未來幾年光端機市場的整體還會繼續保持穩定的增長。