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监控领域视频发展轨迹

时间:2006-11-16 来源:文/张伟 作者:张天天 点击:

    在监控系统中,如何实现将监控点的视频图像快速、准确、清晰地传输呢?视频信息处理一般由视频采集、视频传输、视频管理以及视频显示四部分组成。因此,围绕这四个部分,人们开发出了多种技术手段,在此我们主要从技术的角度和大家简单地探讨一下监控领域中视频传输和管理这两方面的发展轨迹。

    在监控系统中,如何实现将监控点的视频图像快速、准确、清晰地传输呢?视频信息处理一般由视频采集、视频传输、视频管理以及视频显示四部分组成。因此,围绕这四个部分,人们开发出了多种技术手段,在此我们主要从技术的角度和大家简单地探讨一下监控领域中视频传输和管理这两方面的发展轨迹。

近距离传输和模拟交换
    20世纪80年代,视频监控在我国民用领域兴起,此时视频图像的传输方式比较单一,都是采用视频同轴电缆将视频图像从前端监控点传回监控中心,并逐个显示在监视器上。但后来,随着监控点的增多问题随之显现出来:视频显示设备也大幅增多、管理人员也增加了。

    那么,为了方便管理,又引入了视频矩阵交换技术,即将视频图像从任意一个输入通道切换到任意一个输出通道。视频矩阵的出现,解决了大量视频图像的显示、切换调看和分配共享等问题。不过当时的视频矩阵远远谈不上有完善的视频管理切换功能,仅仅只是非常简单的矩阵切换器。

    有了视频采集系统(摄像机)、视频传输系统(视频电缆传输)、视频管理系统(矩阵)和视频显示系统(监视器),一个可供监视使用的、具备基本功能的视频监控系统就搭建起来了。

    当然,这样的系统不管是上世纪80年代、还是现在,都是一个基本的、但又是成熟的视频监控系统,其特点是依赖同轴电缆只能在较近的距离内传输视频信号;以模拟方式完成图像的切换、记录和显示;图像质量缺少保障、易受干扰;监管比较单一只能集中在一个控制室内等。而其中通过同轴电缆传输视频信号带来的缺点尤为突出。视频信号通过同轴电缆传输有以下先天的缺陷:

    首先,视频信号在同轴电缆传输过程中衰减较大,衰减的程度与传输距离有关。且视频信号的频率不同,衰减量也不同,频率越高衰减越大,由此造成图像频谱失真,所以采用同轴电缆来进行远距离图像传输就不能保证图像质量。

    其次,随着各种大功率电器设备日益增加,电磁干扰越来越多,这些干扰频率一般在4MHz以下,而采用视频基带利用同轴电缆来传输0~6MHz图像信号,所用带宽完全在干扰频带之内,因此采用同轴电缆来传输视频图像抗干扰能力甚差,受干扰的图像容易产生斜纹、网纹、雪花及重影,严重影响图像质量。

    此外,同轴电缆使用铜质金属材料,信号易被窃听、传输线路易被盗,以及线路导电,所以有较大的安全隐患。

    不过,虽然同轴电缆具有上述诸多缺陷,但其仍然在现今的监控系统中被广泛地应用。

    特别是现在又出现了很多新的铜缆视频传输技术,例如双绞线视频传输,在传输线路的两端加装较为便宜的双绞线传输设备后,传输距离可达1000~2000米,由于双绞线抗电磁干扰能力强,图像传输质量比同轴电缆好。此外还有同轴电缆共缆传输方式,这种方式可在一根电缆上传输数十路视频信号,其传输距离和图像质量也比传统的同轴电缆传输方式强许多(如传输距离可达2000米;其将视频信号搬移到112 MHz以上的高频载波传输,可避开常见干扰频率),不过,采用这种方式也得在传输线路两端加装价格较高的共缆传输设备。

    另外,早期的视频矩阵是功能简单的矩阵切换器,仅具有视频切换功能,切换器也常常是固定配置的,如8路切换器、16路切换器等,容量有限且很难做到方便地扩充。模拟视频切换器是基于模拟技术的电子开关技术,可分为输入、输出和控制三组模块,通过电子开关实现视频从输入通道到输出通道的切换。

    此时,我们无法做到远距离大容量的视频传输,也无法做到多中心多级联网,视频传输距离和容量以及矩阵联网的瓶颈都限制了监控系统的规模。所以监控系统要想发展首先必须解决这两个问题。

远距离传输和多级联网
    到了90年代,随着对监控系统要求的提高以及视频监控应用的进一步普及,视频技术也有了飞速发展,不仅实现了远距离传输,还实现了视频联网。

远距离视频传输
    解决视频远距离传输靠的是利用光纤传输视频。光纤传输视频具有传输距离远、容量大、不受电磁干扰、保密性强、传输质量好等独特优势。

    光纤传输设备就是光端机,初期的光端机是模拟光端机,即采用模拟调频、调幅、调相的方式将视频信号(音频、数据等)调制在某一载频上,通过发射光端机进行光纤传输,然后通过另一端的接收光端机进行解调,恢复成相应的基带视频(音频、数据等)信号。

    模拟光端机的出现填补了远距离视频传输领域的空白,但基于模拟视频技术,瓶颈逐渐凸现:

1、传输容量不足,且大容量传输代价过高
    随着光端机大量的应用于高速公路以及城市道路交通监控系统,模拟光端机的单芯传输容量依然不足,同时,由于粗波分复用光器件的价格昂贵,导致大容量光端机,特别是在超过8路视频的时候,传输代价大幅度上扬。如何提高单波段的传输容量成为问题的关键。

2、视频联网出现瓶颈
    大家知道,模拟视频信号易受干扰,易衰减,模拟复用光端机就是利用调频技术,在传输流上加载额外的通道,但这需要光信号转换回电信号后才能完成加载。重复的光/电转换,使得电噪声累积,直接影响图像质量。这个问题在大型视频联网系统中格外突出。

3、信号的质量问题
    模拟视频技术的发展已接近极限,模拟光端机的信号传输质量难以提升。以视频信号的信噪比这个影响光端机质量的关键参数为例,比较好的国外品牌以及部分国内品牌的模拟光端机的视频信噪比可以达到50dB,但再想提高就难了。还有模拟信道之间的互相干扰也是难以彻底解决的痼疾。
(中国集群通信网 | 责任编辑:陈晓亮)

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