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光端机百舸争流执着向前只为突破极限
2012-02-01   来源:来源:安防知识网    点击:638

  传输离不开介质,但不同的传输介质,有不同的优劣势。目前,在安防的视频监控仍采用同轴电缆作为近距离信号收发的传输介质;在IP化冲击下,采用TCP/IP协议的网络传输方式也日渐得到应用。但无论哪种方式,都无法满足快速膨

  传输离不开介质,但不同的传输介质,有不同的优劣势。目前,在安防的视频监控仍采用同轴电缆作为近距离信号收发的传输介质;在IP化冲击下,采用TCP/IP协议的网络传输方式也日渐得到应用。但无论哪种方式,都无法满足快速膨胀的安防带宽需求,尤其是远程传输,这也直接催促了光传输在安防领域的成长。光端机作为光传输的终端设备,在整个传输过程中担起了接收和分发的重任,光端机质量的好坏直接影响到传输的质量,这正是我们今天所要探讨的内容。

  应用成熟

  安防行业中所说的光端机泛指视频光端机(以下简称光端机),以传输视频为主,并可传输数据、音频、开关量、以太网、电话等信号,光端机经过多年的发展,已形成多类型、多业务、大容量、高速率传输的多应用产品系列,“随着技术的不断成熟和完善,功能和性能方面的不断进步,光端机产品的传输功能从最早以视频、音频和数据传输为主,已扩展到支持包括电话、以太网、E1等,基本涵盖了安防领域所需传输的多种业务接口及各种电信业务的传输.。光端机网管系统的出现,使光端机在功能上更加的完善和丰富,维护和管理也更加便利。同时采用不同技术架构,包括点对点光端机、节点光端机、汇聚光端机、基于SDH的环网光端机或基于EPON技术的光端机在安防市场均已得到了广泛的应用。”深圳市诺龙实业有限公司产品经理刘小斌介绍到。目前,单模光纤已经可做到100公里以上的远距离传输,最大接入量为128路非压缩视频,并且这些性能还在随着技术的发展逐步得到增强。

  我国的光端机伴随监控行业的发展而发展,从模拟到数字、从数字到高清,一步步走来,经过这么多年的技术积累,已经发展到一个很成熟的阶段,呈现出技术发展稳定态势。北京蛙视通信技术有限责任公司技术总监姚志宏指出,就目前来说,光端机已经没有太大的技术突破,但在细分应用中,仍可对一些特殊功能进行开发和完善。

  虽然近年光端机技术发展处于稳定态势,但仍有一些技术瓶颈有待去突破,包括系统稳定性、容量等常规性能的提升,而其中有些技术一旦得到突破,将会把光端机的技术水平提升到一个更大的高度。不放过任何一个可提升的细节,这正是光端机厂商孜孜不倦寻求突破的动力。

  发展不设限

  面对光端机面临的发展桎梏,一些技术难以短期内寻得突破,于是厂家纷纷调整战略,一方面不放松对技术突破的研究;另一方面则从产品自身着手,致力于产品性能和行业应用的完善。

  稳住性能是第一要务

  光端机技术的成熟,已让许多厂商在研究领域捉襟见肘,在技术取得突破之前,把开发重心转向产品性能的提升上,力求在产品质量上获得突破;同时,也针对市场的需求加入一些新的应用,以满足客户的个性化需求。目前,厂家主要从以下几点对光端机进行完善。

  1、力主单模的发展

  光纤按光在其中的传输可分为多模和单模。多模光纤容许不同模式的光于一根光纤上传输,其纤芯直径为50μm或62.5μm,在局域网传输时,弯路多则光功率分路频繁,会造成光信号传输损耗就大,这正好发挥出传输速率相对较低、传输距离相对较短、节点多、接头多、弯路多、连接器/耦合器用量大、规模小、单位光纤长度使用光源个数多的多模光纤的长处。从行业发展态势来说,多模的优点也是它的缺点,无法满足远程传输需求。而单模光纤的中心玻璃芯芯径约为9μm,虽然只能传一种模式的光,但模式色散很小,尤其是在1.31μm波长处,单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负,大小正好相等,可完全避免模态色散,使其成为光纤通信的理想工作窗口,而且传输效果好、不容易受干扰、传输频带宽、传输容量大,适应于大容量、远距离光纤传输,因此,单模传输方式成为了未来光纤通讯与技术发展的必然趋势。当然,性能高,对技术要求也高,特别是对光源体的要求,仍需维稳。

  2、模块化设计与混合接入

  光端机作为传输媒介,其呈现出被动发展的现状,只有其它领域变化了,它才会被迫去跟进,而行业在不同时期均有不同的发展,产品更新换代速度跟不上,以致造成多时代产品并存局面,如何在多种时代产品中充分利用现有的光端机资源?天地伟业数码科技有限公司光端机产品经理李天佑提出一套专门针对这一现状的解决方案:光端机的型号种类非常多,现场应用也不尽相同,将光端机模块化设计,可大大提升光端机配置的灵活性,将可根据客户的不同需求搭配不同的模块,灵活简便;而对已经在现场使用的光端机产品,功能上的变更或增加,直接更换不同的功能模块就可以,为用户节省更换整机的时间和成本。模块化设计优点便显而易见,如多模传输的应用,多模光器件基本已经停产,而有些用户仍在使用该方式,通过天地伟业的内部配置了单、多模自适应电路的光端机,即可直接使用单模光端机完成多模传输应用。由于模块化设计的灵活多变,还可为系统的开发提供可扩展功能应用,便于后期系统接入量或应用功能的增加。

  面对产品繁杂的现状,除模块化设计外,还可采用混合接入设计。数字化已经成为不可扭转的现实,当前厂家推出的新产品中,模拟产品所占的比例越来越低,网络产品则成倍地增长,并伴随有广播级SDI技术的融入,不同标准产品的并存,给应用带来了许多不便,因此有厂家对光端机的兼容性能进行了提升,在设备中提供有光口、RJ-45网络接口、BNC接口、VGA/DVI/HDMI接口等,使得在同一个光端机中既可传输模拟信号,也可接入网络、数字信号、高清信号等,在业务量上,也做了大幅度提升,“除了接入视频外,还可以支持低速异步数据、音频、以太网、开关量、电话、E1等信号;除了传输正常业务外,光端机还加入了许多有特色的功能,像环境温度检测、远端掉电报警、字符叠加(OSD)、接口三级防雷、SNMP网管等。” 北京蛙视通信技术有限责任公司技术总监姚志宏介绍道。

  3、增强系统的运营维护应用

  光端机的发射机与接收机成对应用,两点间隔距离远,安装环境情况不一,通常被放置于石油石化、高速公路等偏远、环境恶劣区域,维护不便,一旦传输通道出现断网等不利境况将给应用带来重重困扰,成都微迪数字系统技术有限公司总经理刘学明指出,目前行业内仍有很多产品在维稳上做得不够好。通常厂家将从以下两个方面来维护光端机系统的应用稳定。

  · 自适应恶劣环境,该功能旨在让产品具备更强的环境适应能力,可在雷电等破坏下起到系统自保。不同厂家的做法略有不同,但无外乎都是以保护硬件为最终目的。以天地伟业为例,它们的产品经过多年经验的积累及改造,目前已形成一套较为成熟的做法,即在系统中内置三种保护电路:三级的通讯接口保护,达到雷电泄放、过流自动恢复的功能;复合视频保护的等级可达到75V(空载幅值2V、带75Ω负载时1V),能保护到正常视频信号的30倍以上;两级电源保护,过压的TVS保护以及过流的自恢复保险。从而达到在更恶劣的现场环境下保证设备运行稳定的目的;

  · 自诊断技术,又叫故障预警功能、网管功能,其在光平台的应用中尤显重要,是光端机向智能化发展的重要进步,通过系统的自诊断功能实现智能发现系统存在的漏洞、缺陷,从而使系统快速得到补救。北京光桥科技股份有限公司工程师孔祥开介绍道:“故障预警功能主要是通过读取各功能模块信息、电源的参数等,然后将参数显示出来,当这些参数达到一定的极限值的时候,系统就会发出老化报警。传统视频光端机只能做到发生故障后进行故障提示,而采用故障预警功能可以提前告警,诊断系统对光端机系统进行实时健康诊断,包括可对光端机、对与之相连的光纤的实时监测,可以对设备工作状态实时监控和维护,如有故障则可提前对设备进行修复,做到防患于未然。”

  4、丰富应用形态

  目前光端机的应用方式虽然多样化,但禁锢也较多,任意拓扑接入一直没有形成良好的解决方案,成都微迪数字系统刘学明指出:“原来的光端机分成几大系列,如点对点、节点、环形、汇聚等多种产品系列,每个系列还会分成很多的规格,这给应用带来很多问题。”虽说不同的接入技术可应对不同的需求,但对接入要求繁杂的系统时,却又难以解决,如点对点不能做级联,节点不能做汇聚,汇聚也不能做节点等。接入技术还在困扰着众多厂家,在解决此难题的过程中,微迪提出了Anyaccesx技术的解决方案,该技术的应用将使得产品大为减少至一两种规格,客户可以任意地进行接入,根据光纤接入点的情况方便地规划,光端机不会再受点对点、节点、环形、汇聚等的限制,一种产品即兼容了所有的接入方式,同时又超越了原来的接入技术,可以大大减少光纤使用的数量,也降低了客户规划光纤接入的路由的难度,既节约了资源,又为应用提供了方便。

  5、整合复用技术

  复用技术主要解决单光纤传输容量小的问题,尤其是当前出现的HD-SDI应用,占用带宽大,业务量多,而目前的复用技术还不能很好满足这一需求,复用技术的研发就显得尤为重要。

  复用技术主要有频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)和码分复用(CDMA)四种技术。据成都微迪数字系统刘学明介绍,波分复用是比较成熟的技术,在一芯光纤上最大可以传16路的HD-SDI信号,它具有一定的容量,目前使用该技术的方案比较多,但该技术方案总体来说成本偏高,如能将电复用技术(FDM、TDM、WDM的总称)与波分复用技术相融合,可得到数倍容量的提升。此技术方案优于技术难度较高,目前尚在研发之中。

  光平台平滑前行

  光平台的出现已有一段时间,与日益兴盛的行业发展分不开,随着市场需求的变化,安防监控市场已经释放出对制造型企业从卖产品到提供系统完整解决方案演变的强烈趋势,也使视频光端机产品开始朝视频传输平台方向发展,所以将视频光端机等传输设备与其它设备整合,形成一个统一的系统平台成了视频光端机发展的必然趋势。

  软硬件大融合:光平台的应用,一方面横向扩大了系统的容量,使接入的设备、采用的光纤大量增加;另一方面,则从纵向带动了多业务的融合,天地伟业李天佑指出,它(光平台)融合了高速光纤传输网络、高速大容量实时交换、IP网络传输、H.264编解码、数字非压缩视频等多项技术,其本质是一套基于高速数字光纤传输为基础的大规模、高质量视频联网监控网络的整体解决方案,是光传输的升级应用。一套成熟的综合业务光传输平台可以根据项目的不同需求进行配置,能提供丰富的接口满足多业务接入需求;支持灵活的光纤组网方式包括星型、链路、环网、树形等可以节省光纤资源;保证视频多级传输后清晰度始终如一,实现全网共享,可以很好地解决多级传输/交换和管理的要求;

  保证传输质量:传统光传输方式中,采用光端机+模拟矩阵方式逐级上传,光信号在传输过程中不断经过AD/DA转换,造成传输的延时和传输过程中信号的衰减,以致到达终端时,呈现的画质质量不高,这种多级光端机+模拟矩阵的多级系统无论从理论上还是从实践上,性价比都很低,干扰、各种各样的劣化很明显,失去了光端机能提供传输的实时性、高质量的优势。光平台的出现可很好地解决此问题,可将光端机比喻为数字矩阵,通过光口把远端发射的数字信号以光的形式进入到交换体系,不会直接做DA转换,系统只需对要上墙的部分进行DA转换即可,如有256路接入,假设有30路要上墙,光端机实际上只是提供了30路DA转换的通道,可以调用任何一路数字图像到相应的端口去做DA转换,而不需要上墙的信号仍然是在层级之间进行数字的流动。这样,整个传输过程就只进行了一次AD/DA转换,减少了画质的损耗,实时性也得到了保证。

  光平台的出现顺应了时代发展的需求,可将各种应用整合到同一平台中进行管理和应用,提高了应用效率和质量。但光平台也如其它系统平台一样,是多应用、多业务、多产品的对接与融合,其中的难度可想而知,在光端机技术成熟的今天,其也尚未实现自如应用,还需要行业的共同努力推动其向更成熟的方向发展。

  与高清共成长

  高清化已经成为安防行业的发展大势,从今年安防展会中我们可看出,高清不但逐渐占据安防监控的主导地位,而且呈现出了多点开花的局面,模拟高清、网络高清、数字高清正竞相角逐。光端机作为信息的传递者,自不甘落后,也纷纷推出了相应的高清光端机产品。

  模拟高清产品仍沿袭传统方式,只是改变了芯片方案从而实现高清应用,因此其对光端机的影响不是很大。目前应用最多的高清产品要数网络高清设备,能同时应用几百路乃至上千路高清网络摄像机的项目也已经变得很寻常,比如高速公路、“平安城市”项目等,若采用网络传输方式,由于网络容量有限,面对单路达到6Mbps以上的数据流,容易出现带宽资源严重不足、网络堵塞情况,而且传输距离也受到极大限制,因此,采用光端机传输成为网络高清实时监控的良好解决方案。

  HD-SDI具有高实时性、高清晰度、高分辨率、更丰富的色彩等优势,但其数据量也十分庞大,单路数据速率达到1.485Gbps,若是传输3G-SDI(数据速率为2.97 Gbps),则需要更高的带宽,如需远距离无压缩传输,光传输成了其远程传输的唯一解决方式。目前已有一批光端机厂家开发出了适用于安防领域的HD-SDI视频光端机,如武汉微创光电股份有限公司的HD-SDI视频光端机可实现HD-SDI高清视频的远距离光纤传输,能在一芯单模光纤上传输2路基于SMPTE259M/292M/344M标准的非压缩高清数字视频信号和多路音频、数据业务。

  不过HD-SDI视频光端机在安防行业的发展并不一帆风顺,深圳诺龙刘小斌介绍道:“由于广电领域与视频监控领域的应用差异,还存在许多不足等待解决。比如单点多路高清HD-SDI视频传输时仍需采用波分复用,无法进行单台设备多路(8/16路)视频单纤传输;同时不得不说的就是它的高造价、高费用问题。”

  光端机的成熟是相对的,只要行业发展的脚步不止步,光端机就要与其保持高度一致,紧随行业的发展而发展。高清化的普及应用,给传输带来的重重困难,如何解决带宽不足、传输容量小等问题已经十分紧迫。光端机虽然带宽大、容量大,但面对高清下的带宽压力也显得捉襟见肘,未来光端机厂家还会对光功率、复用等技术下一番苦功。

  发展软肋

  虽说光端机已经发展得比较成熟,但这并不是说它已经到了技术和应用的巅峰,而是相对于目前的技术水平,厂家所开发的产品已经基本接近当前技术的理论高度,已较难寻求技术有大的突破,但仍存在一些技术瓶颈,主要体现在以下几方面。

  兼容性,厂家出于保护自我利益的需要,都对自己的产品在大的框架下分化协议标准,虽然光端机只是传输设备,但若与各家产品不能良好兼容,传输也就无从下手,成都微迪数字系统刘学明说道:“在技术上,兼容没有难度,只要厂商在项目的合作上开放自己的协议即可实现系统兼容。但现在各个厂商自己定的模拟、数字的转换及传输协议和标准都不一样,如不开放协议,光端机没有办法与其它厂家实现兼容。”他同时还指出,行业协议的非标准化将有可能引导未来监控行业向不会引发标准协议不统一的国际标准的广播级SDI技术方向发展;

  网络传输在冲击,武汉微创光电股份有限公司技术支持部经理石志军向笔者介绍,IP监控的发展将给光端机带来两种截然相反的影响:一种观点认为由于网络带宽限制造成传输速度不稳定,以及光端机压缩传输技术的提高会使二者未来向融合而非竞争方向发展,因此不会影响到基于光纤传输的光端机市场。但另一种观点认为,随着IP进程的加速,视频光端机在整个安防监控系统中所占的比例在缩小,此观点的出现确实是空穴来风,千兆以太网的应用以及网络传输的灵活性等都要优于光纤传输,如能突破传输距离的限制,取代光传输方式将会变成现实,这给光传输应用带来了极大挑战。

  在现阶段,虽然光端机仍存在一些技术难点,但其优势是其它技术所无可替代的。视频光端机正着力于向设备网络管理、多业务及可靠性方面提升,使其在未来很长一段时间内作为传输的主力而继续存在。所谓条条道路通路罗马,光传输只是众多传输方式的一种,其它传输方式并不比光传输差,只是各有优劣而已,发展无止境,通过技术的突破,其它技术也可达到或超过光传输的水平,因此,我们也期待将来出现更多更成熟的传输技术或各种传输技术互补应用的方案,共同造福于安防,造福于人类。

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