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如何选择光端机

2010/09/17

目前视频监控光端机这种“昔日王榭堂前燕”的高技术前沿产品,似乎在一夜之间“飞入寻常百姓家”,已经成为高质量、远距离传输视频监控图像的首选。但面对众多的国内外光端机生产厂商、五彩缤纷的广告和厚重的产品资料手册,如何从中挑选出满足自己的功能要求、适合工程使用的光端机,已经摆在广大的监控工程管理、设计和施工人员面前。在此从以下几个方面谈谈视频监控光端机的选购问题。

一、把握技术发展方向

光纤种类的选择:光端机的传输媒介为光纤,因此光端机的选择就要从了解光纤光缆开始。目前常用的光纤有两大类:多模光纤和单模光纤。以多模光纤制成的光缆是最早投入商用的光缆,由于存在色散严重、衰耗大、可用带宽窄、成本高等问题,已经退出了作为光缆主战场的电信运营商光纤网络平台,只是在智能楼宇的光纤布线方面还保留有一定的市场份额。当多模光缆用于视频图像传输时,只能满足3km左右的传输距离,并且对视频光端机的带宽(针对模拟调制)和传输速率(针对数字式)有较大的限制,一般适用于短距、小容量、简单应用的场合。以单模光纤(G.652光纤)制成的单模光缆由于有着优异的特性和低廉的价格已经成为当前光通信传输的主流。当前光纤通信领域层出不穷的新技术,无论是远距离、大容量、还是多业务方面,无一不是针对单模光纤研制的。光缆的使用寿命在25年以上,比光端机的实际使用周期要长的多。这就要从战略资源的角度来考虑光缆的敷设,必须考虑到将来扩容、设备更新的情况下光缆芯数还够用、还能继续承载新业务。中国电信的光纤传输设备已经更换了好几代,但十几、二十年前敷设的光缆还在正常使用就是一个最好的例证。还值得注意的是,以往存在单模光端机和多模光端机之间的设备价差正在逐渐减小,在多路视频设备上的价差甚至为零,况且单模光缆还比多模光缆便宜,因此用户使用多模设备的造价一定低的老观念需要更新了。由此看来单模光缆是一种不错的选择,作为配套光端机也就要选择支持单模光纤的。

模拟和数字的选择:视频监控光端机在技术实现上分为模拟调制的光端机和数字非压缩编码光端机两大类。模拟光端机发展至今已有十年以上的历史,虽然也有不少技术改进,但总体来说设计思路没有根本变化,已经是比较成熟的产品,也是传统光端机厂商的主导产品。由于技术门槛的降低,大量厂家进入这一领域,又使得价格大幅下降。目前不同厂商的模拟光端机产品间的主要区别是稳定性和可靠性水平。由于调制的带宽、元器件和滤波器设计与制作的限制,一般国内厂商做到稳定的4路视频已实属不易,还存在生产调试复杂,温度特性差,指标一致性、设备互换性差的问题。模拟光端机已很难在视频传输容量、多业务接口和传输质量上有所突破。所以,建议在单纤传输容量较小如只传送1~2路视频,无须复杂数据等业务要求的情况下选择使用模拟光端机。数字非压缩编码视频光端机一经面世,便以其优异的传输质量、丰富灵活的业务接口和稳定的工作表现让人们耳目一新。高速数字复接技术的应用,使得大容量的视频、音频、低速数据、高速以太网数据、电话以及开关量信号可以轻松地复接到一个高速数字码流上稳定传输,加上数字电路本身在可靠性、稳定性和可重复性方面的优势,利于组织工业化的大规模生产,从而又可大幅度降低成本。目前数字4路视频光端机价格趋近于模拟产品就是一个例证。虽然数字视频光端机进入监控市场的时间很短,但由于一些技术背景(主要是光通信产业)深厚的厂商积极介入和本身较高的性价比,其推广速度超过了以往。从技术角度来看,数字取代模拟是必然趋势,更何况制约模拟光端机的一些瓶颈也只能通过数字化来打破。建议单纤传输视频容量在4路以上;高质量、远距离、超远距离传输;多功能、多业务要求和复杂的组网结构采用数字光端机来实现。

采用何种技术方案的选择;采用何种技术方案来实现光端机的功能,似乎只是光端机厂商的事,跟用户无关,实则不然。采用不同技术方案的光端机,其技术指标、稳定性、可靠性、工程造价等完全不同。限于篇幅,这里选择一个16路视频光端机为例。目前市场上各种品牌的多路光端机无外乎有下列几种技术实现方案:

一、全数字化复接,完全按照标准的高速数字传输技术体制,用一个高速码流实现多路视频信号的复接,当然也就只需一个光波长就可完成在光纤中的传输。这种方式在2.5Gb的速率下可实现高达16~20路视频信号的传送,例如微创光电的S16000D数字光端机;

二、模拟制的频分复用,在限定的带宽内将16个不同中心频率,并经调制后的视频信号混合形成一个复合调制信号,再用一个光波长传送,类似于有线电视的节目传送方式。

三、采用波分复用方式,有制造8路视频能力的就用两个光波长合成,只有4路视频能力的就用四个光波长合成,实际上是用多套设备通过光无源器件的堆叠使用,反正在设备外面你看到的是只用了一芯光纤传送16路视频。

第一种方式技术最先进,代表着技术发展方向,其各项技术指标也最高,特别是稳定性和可靠性可以用电信级的标准来衡量。第二种是标准的模拟体制,也有一定的实用性。有线电视光传输采用类似这种方式也取得成功,但在有线电视光传输应用中,视频副载波调制(采用专业AM-VSB调制器)与解调(通过电视机的高频调谐器)功能均不包含在光端机中,有线电视光端机只是一个射频传输平台,而监控光端机则多为基带到基带的传输,这使得这种技术实现方案在传输质量、稳定性特别是温度漂移和复杂的调试方面存在更多的缺点。第三种应该说是一种过渡方案,它靠占用更多的光纤带宽资源来实现,是在数字高速复接技术没有达到突破时无奈的选择。据统计光纤线路故障,有近90%与光无源器件有关,这是由光无源器件本身构造和其制造工艺决定的。设备内部复杂的光器件之间的连接,大大增加光链路衰耗不说,还留下大量隐患。所以,用户在选择光端机的时候要多了解一些技术实现方案,如此不但可以买得踏实、明白,还可大大减少工程开通和日后维护带来的工作量。

二、满足行业应用要求

光端机看起来完成的仅仅是远距离视频传输作用,但从它出现之日起就表现出强烈的行业特征,它完全是行业应用要求的产物。光端机发展至今,品种和功能更加丰富,与行业应用也越来越密切。下面就使用光端机较多的城市交通监控、高等级公路监控、传统技防监控和大型企业工业监控应用领域逐一分析。

城市道路交通监控应用

城市道路交通监控是最早应用光端机的领域之一,也是光端机用量大户。其光纤网络的特征是节点众多,并呈星型网络结构。也即每个交通道口都有独立光纤连接到指控中心。在应用要求上,除了对监控点有视频图像的回传要求外,还涉及到高速球机控制、信号机的联网控制、电子警察的数据回传、电子诱导显示屏的控制、实时流量检测数据的回传等,有的地方还要求有双向音频功能。因此在选择光端机时,除了要求提供视频通道外,还应提供2~3路双向RS232/485数据通道和1路音频通道。应特别注意的是电子警察设备要求的数据接口速率越来越高,从38.4K到115.2K,甚至有的要求通过10/100M以太网接口连接。这样也就对光端机数据端口提出了更高的技术要求。另外在指控中心由于有大量需要放置的接收机,符合标准19英寸机架的高密度安装子架是必须配置的。典型的应用如下图所示;

高等级公路监控应用

高等级公路监控目前集中在收费站和桥梁、隧道等关键路段。其明显特征是视频容量大、距离远、链型网络结构、光纤资源较紧张。在传输接口要求方面,除大容量视频端口外,往往有双向对讲如支持AIPHONE对讲的接口、电话接口和满足自动化办公的10/100M以太网接口。在这种情况下,一般使用数字光端机粗波分复用CWDM技术来组网。目前数字非压缩光端机单端单波长设备的最大视频容量只有16路(2.5Gb速率),采用CWDM技术后,8个波即可满足正向128路视频传输,再加上反向应用1310nm波长即可构成一个完整的大容量光纤传输体系。需要指出的是,这样复杂的系统需要与生产厂商反复论证、计算来确定,不确定的问题还应要求生产厂商模拟工程环境,搭建实验平台来论证。

传统的技防监控应用

技防监控主要针对园区、要害部位、公共场所、金融和营业场所等,这些应用领域对光端机的要求又不同,它们在功能上以视频为主,再辅以反向控制数据接口控制镜头云台和报警开关量接口即可,有的还有音频监听的要求。由于这些应用领域对价格极其敏感,故一般选用价格较低的单路视频模拟光端机或性价比较高的4路视频光端机。由于一般的光端机都不支持开关量的传输,有的生产厂商又专门设计了开关量扩展接口来支持这一应用。光端机的音频接口一般都是线路电平,即电压型小信号。输入端必须接前置音频放大器才能接麦克风,输出端必须接音频功放才能推动音箱,因此有监听要求时应注意光端机的前后配置。还需要注意的是由于一般低端模拟光端机产品在数据通道上仅配置1路RS485反向数据,而且一般只支持19.2Kb的最高速率(甚至更低),当碰到一些只能以标准的RS485半双工方式操控的矩阵键盘、高速球机(也是两线控制,极易混淆),以及采用19.2Kb的 Manchester编码即曼码时,将无法正常工作。

大型企业工业电视监控应用

大型工矿企业由于电磁环境恶劣,干扰严重,是较早使用光端机进行工业电视监控的行业。在这种应用中,主要是大量的视频回传,因此选择纯视频光端机即可满足要求。许多企业由于其企业内部数据光纤网已经开通,往往要求监控设备能够使用已有的光纤资源,这时必须搞清原光纤网络的一些技术参数和富余纤芯状况。当原光纤为多模光纤时,还要了解清楚是50/125mm还是62.5/125mm的多模光纤。否则将在选购光端机、匹配尾纤时带来麻烦。

三、筛选优秀生产厂家做合作伙伴

目前国产视频光端机产品与国外产品差距越来越小,但制造厂商在技术力量、生产规模、产品质量等方面良莠不齐,既有年产值数千万的正规军,也有几十万都不到的小作坊。在低端产品上的同质化竞争严重,竞争已呈白热化。那些缺乏核心技术、没有齐全产品线、不具备规模经营的小厂将被很快淘汰。光端机本身属高技术、高精密的产品,而光端机的使用环境却几乎都是全天候的野外环境。一个成熟的光端机,除电路设计外,还必须涉及到环境温度、电源适应能力、防震、防尘、防潮、防盐碱腐蚀等问题,这些决不是急功近利的行为能做到的。而用户只要对生产厂商的资质进行实地考察和作严格的产品测试,就可以对厂商的选择做到去伪存真。位居高端的数字视频光端机要求的技术含量更高,对生产厂商在设计水平、员工素质、工艺流程、质量控制等方面的要求也高。特别是高速光纤传输平台、高速数字复接技术和精密制造工艺方面并不是一般的生产厂商都能掌握的。比如现在几乎所有的生产厂商都宣称采用表面贴装(SMT)的生产工艺,打开设备一看,也好像都是采用的表面贴装元器件,似乎是没区别了。实则不然,由于生产厂商之间生产规模不同,只有产量大,具备规模生产的厂家才会按照标准的SMT生产工艺流程,采用具有焊接质量保证的全自动表面贴装生产线组织生产。而从成本上考虑,大量小规模厂家是用贴片元件手工焊接的方式生产。焊接过程中静电对芯片的损伤已经不容忽视。如果对只有两端的阻容元器件来说只是存在漏焊、虚焊和错焊的隐患,但对一些数字光端机中大量使用的QFP封装的精密、大数量引脚(高达200条以上)芯片来说可能就是灭顶之灾。由于手工焊接使芯片在各个方向所受应力不等,极易使芯片引脚受损,这种损伤的隐患并不会立竿见影,但随着时间推移,它们会逐渐发生形变,并导致引脚断裂,从而使设备在工作一段时间后出现故障。光端机毕竟是专业性极强的设备,工程中的不可替代性远大于其他安防产品如摄像机、DVR、监视器等,采购商在选购过程中能得到售前、售中和售后的全程技术支持可以达到事半功倍的效果。在此建议采购商及用户应选择有生产规模、产品线长,品种齐全、功能完备、技术力量雄厚的光端机生产企业作为合作伙伴,以双赢模式构建新型的供应商、工程集成商和用户产业链。