光端机在安防监控领域的发展与应用

光端机在安防监控领域的发展与应用一、光端机的发展历程与工作原理1. 光端机发展概述近年来光纤通信技术获得了飞速发展，在视频监控中的需求也迅猛增长。光端机由于具有传输带宽大、传输距离远、抗干扰等诸多优势，非常符合视频业务信息量巨大的传输要求，同时由于光端机以及光缆成本的大幅降低，光端机迎来了高速发展的黄金期，大量应用到各行各业的视频监控系统中。光纤通讯容量大，理论可利用带宽达50000GHz；传输距离远，无中继传输可达5080公里；光纤由玻璃做成，抗电磁抗干扰，传输质量好，光纤传输的这些优点特别适合视频业务传输要求。光端机主要是在安防监控系统用来传输视频、数据、以太网、音频等综合信息，主要分为模拟光端机和数字光端机，基于传输介质的不同有单模光端机和多模光端机之分，但随着技术的发展模拟光端机已基本被淘汰。近些年来，由于光纤通信技术的飞速发展，光纤和光器件的价格下降很快，使得光纤监控系统的造价大幅降低，所以光纤和光端机在监控系统中的应用越来越普及。而在前几年，光端机传输仅仅是长距离通讯不得不采取的方式，由于原材料成本高、数字技术不成熟等问题，很多近距离传输或对传输质量要求较高的场合并没有得到大范围应用。但随着对数字核心技术的掌握、原材料成本的降低、加上它几近“零衰减”的完美传输效果，使得它在许多近距离监控中也大量使用，并且它所体现出极高性价比的优势是其他传输方式无法匹敌的。2. 光端机的工作原理光端机是光通信系统中的传输设备，主要是进行光电转换及传输功用，连接在光纤两端，一般都是成对使用，在远端（发射端）将电信号转换成光信号并通过光纤传送到近端（接收端），近端再将光信号转换回电信号，也就是说通过光端机传输的信号需要经过两次信号转换，第一次把要传输的信号转换成光信号，经过光纤传输之后，第二次再把光信号转换回电信号，光端机在整个传输过程当中只充当传输角色，不会改变信号的本质，只承担长距离传输的任务。光纤和光端机应用在安防监控领域里主要是为了解决两个问题：一是传输距离，一是环境干扰。双绞线和同轴电缆只能解决短距离、小范围内的监控图像传输问题，如果需要传输数公里甚至上百公里距离的图像信号则需要采用光纤传输方式。另外，对一些超强干扰场所，为了不受环境干扰影响，也要采用光纤传输方式。光纤具有传输带宽大、容量大、不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，一根光纤就可以传送监控系统中需要的所有信号，传输距离可以达到上百公里。光端机可以提供一路和多路图像接口，还可以提供双向音频接口、一路和多路各种类型的双向数据接口（包括RS232、RS485、以太网等），并可将它们集成到一根光纤上传输。光端机为监控系统提供了灵活的传输和组网方式，信号质量好、稳定性高。二、光端机在安防监控系统中的应用优势1. 远距离传输的优势光通信最大的优点就是传输距离远，例如在各个平安城市项目中，不仅面广范围大，而且距离远，前端视频图像距离监控中心往往几公里甚至几十公里，采用同轴电缆根本实现不了远距离传输，即使采用其他方法如双绞线也只能解决近距离传输的问题，此时，就要借助光端机和光纤来发挥其远距离传输的优势了，光端机可以通过光纤传输数公里甚至上百公里距离的图像信号。正因为如此，光端机几乎成为平安城市项目的标配设备。2. 抗干扰的优势 光通信的另外一大优点就是抗干扰。线路受干扰、图像质量受影响是工程人员最头疼的问题，线路的干扰，排查起来也非常困难，而且有时候有些干扰是无法回避的，如强电场、磁场的干扰就无法避免，有时很近的传输距离传输的效果都比较差，即使后期采用一些补救措施，甚至增加一些抗干扰设备，往往效果也不理想，而且治标不治本。而采用光端机通过光纤来传输，由于光纤内部构造是玻璃，传输的信号是光信号，因此可以不受电磁干扰，从而从源头上解决了周围的电磁干扰问题。 3. 成本的优势随着科技的进步，光通信发展到今天，应用已非常广泛，价格也已不像几年前那样昂贵了，特别是光纤，可以说是非常便宜了，与此同时，有色金属如铜等越来越贵，同轴线缆的价格一直居高不下，这一正一负的对比，更能显示光端机和光纤的成本优势所在。同时由于光通信传输信息量大，往往一根光纤就可传输多路视频数据，例如，我们常用的八路视频一路反向数据光端机，其一根单模光纤就解决了八根视频线和八根控制线需要解决的问题，布线等工程量也随之大大减少，因此在很多工程方案中，即使距离不是很远，使用光端机的传输方案也已经比线缆成本更低。综上所述，光端机和光纤正发挥其传输距离远、抗干扰、成本低等优势，广泛应用到工程现场中，光端机的发展迎来了“黄金时代”。三、光端机在应用中的几个要点从模拟光端机到数字光端机、从多模光端机到单模光端机、从标清光端机到SDI高清光端机大量应用于各行各业的视频监控系统中，积累了不少光端机研发经验与应用心得。一台品质卓越的光端机要经受得起时间与环境的考验，优秀的产品设计与过硬的产品质量是必不可少的，那么在我们选用光端机时需要着重考虑哪几点呢？1. 视频带宽视频带宽是一个老生常谈的问题，视频带宽不足，监视画面细节部分就不够清晰，水平分辨率就低，严重的甚至会出现色彩失真或丢失。正是由于视频带宽对图像质量的重要性，有些不法厂商故意夸大产品的视频带宽来欺骗客户，如某厂商生产的多路数字视频光端机宣称其视频带宽为8M，可其对外公布的视频采样频率是12.5M。按照奈奎斯特采样定律，要真实地还原信号，其采样频率至少应该是信号频率的两倍，如此算来，这家厂商的光端机其理论视频带宽无论如何也不可能超过6.25M。显然，这是一个夸大性能欺骗客户的谎言，但并不是所有的客户都能够准确识别厂商的谎言，对于一般的工程商和用户可以通过观察图像的细节，粗略判断设备的视频带宽，此外，还可关注产品的采样频率。2. 图像平均电平图像平均电平是许多工程商不太注意或不太熟悉的一个指标。但是，如果说到有些工程中遇到的一个问题：视频信号经过光端机传输，当画面中有大面积的白色时（如摄像机被强光照射时）监视器上的画面就会水平抖动，那么工程人员一定不陌生。这就是因为有些厂商生产的视频光端机的图像平均电平范围太窄，当图像信号中有大面积白色时，每行图像信号中的直流分量增大，图像平均电平将会升高，从而造成行同步信号幅度减小或丢失，监视器无法检测到行同步而发生画面抖动。3. 供电保障供电保障是保证设备正常工作的前提要素，光端机的使用环境非常恶劣，因此一款优秀的光端机必须有可靠的电源供电适应性。在我们选择光端机时应尽量选择输入电源范围宽的光端机，以适应实际工作环境。一般应尽量选择使用开关电源的光端机，开关电源与线性电源相比，不仅效率高，而且开关电源输入电压很宽，基本能保证光端机在较大的电压范围内正常工作，不会因为电网不稳而造成光端机重复启动，中断监控视频、音频信号的传输。例如洪迪公司的大部分光端机能适应924V宽电压工作，不会受电压的轻微变动而影响光端机的正常工作。4. 环境光端机的工作条件一般都比较恶劣，很多是应用在野外，一年四季，冬冷夏热，温度变化范围宽，空气湿度大。这就要求光端机在温度范围和湿度方面有更优异的表现，以保证其能在恶劣环境下稳定工作，适应安防监控需要。例如洪迪生产的光端机就能在-40+70的温度和095%的相对湿度下正常工作。5. 端口保护光端机的视频端口、音频端口、数据端口都是极容易遭受损害的部位，静电、浪涌、感应雷击都有可能造成光端机端口的损坏，除工程中应该严格按照施工要求小心操作外，设备本身也应该提供必要的端口保护，选择光端机时，应特别关注厂商的端口保护措施。洪迪光端机在视频接口、通讯接口、电源供电等方面都作了充分的保护电路，以便光端机适应恶劣的使用环境。（1）通讯接口保护对于目前运用最为广泛的RS485，采用了三级保护措施。第一级：雷电泄放泄放雷电或者感应雷能量，从上千伏降至150V 左右。第二级：过流保护，使得电流冲击小于1 安培，如果电流超过1A，保护电路自动断开，将内部电路和接口隔离，电流恢复正常，电路自动恢复。第三级：将第一级保护到150V 的电压降低到710V，给芯片工作提供正常的电压范围。（2）视频保护电路目前的视频保护采用桥式保护+TVS 保护方式，保护等级可以达到75V（视频信号只有2V），能保护到视频信号的30 倍以上。（3）电源保护电源保护采用两级保护： 过压保护：采用TVS 方式； 过流保护：采用自恢复保险方式保护，如果输入电流大于线路板正常工作电流值的2 倍以上，自恢复保险将电源断开，电路正常，自恢复保险供电恢复电路。四、光端机未来的发展随着我国城市建设的快速发展、“平安城市”建设的不断推进，高清监控时代已经到来，光端机将迎来量和质的飞跃。从量上来看，越来越多的监控系统中大规模需要使用光端机，光端机几乎