淺析高速公路視頻傳輸設(shè)備選型要點

戴開春

淺析高速公路視頻傳輸設(shè)備選型要點

戴開春

根據(jù)高速公路視頻傳輸特點，筆者建議在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中使用傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、不受電磁干擾，線徑細(xì)、重量輕、成本低且易于布線等優(yōu)點的光纖+非壓縮視頻光端機(jī)+同軸電纜的方式來傳輸。

高速公路視頻監(jiān)控的需求

近年，我國高速公路建設(shè)正以前所未有的速度發(fā)展，截至2009年，高速公路總里程已經(jīng)躍居世界第二位。

伴隨著高速公路的建設(shè)，高速公路運營管理成為亟待解決的問題。由于運營管理者需要對高速公路運營路況實時、全面地了解和掌控，所以高速公路全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)也隨之應(yīng)運而生。

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般分為收費監(jiān)控和道路監(jiān)控兩部分。 收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實施有效的監(jiān)督。道路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對高速公路干線、互通立交、隧道等高速公路重點路段進(jìn)行監(jiān)視，掌握高速公路交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、違章車輛，若給予引導(dǎo)，保證高速公路的安全通暢。

高速公路對傳輸方式的選擇和要求

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)奶攸c

根據(jù)高速公路視頻管理的特點，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為收費監(jiān)控和道路監(jiān)控兩部分。在收費監(jiān)控信號傳輸中，由于車道和收費管理處的距離比較近，一般在幾百米到上千米之間，收費監(jiān)控常常需要傳輸較多路數(shù)的實時圖像，通常伴隨的多路音頻、數(shù)據(jù)、對講和以太網(wǎng)等，業(yè)務(wù)功能豐富、數(shù)量多是收費監(jiān)控的基本特點；道路監(jiān)控方面，由于高速公路監(jiān)控傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)，對圖像實時要求高，視頻路數(shù)數(shù)量大，道路上的傳輸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境惡劣是道路監(jiān)控的基本特點。

根據(jù)以上的這些特點，我們建議在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中使用傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、不受電磁干擾，線徑細(xì)、重量輕、成本低且易于布線等優(yōu)點的光纖+非壓縮視頻光端機(jī)+同軸電纜的方式來傳輸。收費監(jiān)控常常需要傳輸較多路數(shù)高質(zhì)量的實時圖像，通常伴隨的多路音頻、數(shù)據(jù)、對講和以太網(wǎng)等，因而建議選擇傳輸頻帶寬、通信容量大、不易受電磁干擾布線方便的光纖光纜加非壓縮視頻光端機(jī)的方式進(jìn)行傳輸。

應(yīng)盡量采用單模光纖而非多模光纖

然而在我們選擇了光纖的傳輸方式后，還應(yīng)該注意盡量采用單模光纖而非多模光纖。在以往的標(biāo)準(zhǔn)和使用習(xí)慣中，我們常常會這樣選擇：傳輸距離在2千米以內(nèi)的，選擇多模光纖；超過2千米選用單模光纖。原因是，早些年由于光纖制造工藝和光器件方面的缺陷，如由于單模光纖的制造工藝復(fù)雜而導(dǎo)致成本很高；由于我們常用的光接收器件在傳輸距離較近的環(huán)境中使用時，容易出現(xiàn)接收功率飽和現(xiàn)象，從而造成在使用中的設(shè)備應(yīng)用場合兼容性差等問題。如今這些技術(shù)上的問題已經(jīng)不再是問題。在成本方面，單模光纖的價格和多模光纖的價格已經(jīng)差不多。光器件的動態(tài)范圍也已經(jīng)可以從0到最大傳輸距離無需調(diào)節(jié)便可穩(wěn)定使用，且單模光纖的傳輸速率高，沒由模間干擾，也沒有反射等缺陷。我們可以在全程采用單模光纖傳輸（實際現(xiàn)在大部分多模光端機(jī)已經(jīng)采用了單模器件技術(shù)，因此在新敷設(shè)光纖時建議淘汰多模光纖）。

視頻傳輸光端機(jī)的選擇

在這里，我們同樣要根據(jù)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)奶攸c，來考慮選擇什么樣的光端機(jī)進(jìn)行傳輸。

收費監(jiān)控光端機(jī)的選擇：收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況進(jìn)行監(jiān)控，它的圖像需要傳到收費管理處，距離近、圖像多、業(yè)務(wù)豐富是它的顯著特點，因此一般應(yīng)選擇點對點傳輸?shù)亩嗦窋?shù)字視頻光端機(jī)。

外場道路監(jiān)控光端機(jī)的選擇：外場道路監(jiān)控比收費站監(jiān)控更復(fù)雜，需要對互通立交以及重點路段設(shè)置監(jiān)控點，在高速公路路段上每隔2千米左右設(shè)置一個監(jiān)控點，有隧道的高速公路還需在隧道內(nèi)每個方向每隔150米左右設(shè)置一個監(jiān)控點。攝像機(jī)控制信號和外場需要通信的信號比較多，圖像信號、云臺控制、監(jiān)視儀、可變情報標(biāo)志或情報板、信息誘導(dǎo)屏或信息發(fā)布屏、車輛檢測器、能見度檢測器、氣象檢測器、監(jiān)控點設(shè)備機(jī)箱防盜門磁開關(guān)等豐富的信號需要傳輸，在一條幾十公里到上百公里的高速公路上，需要傳輸上百路圖像和云臺控制信號，還有大量的其它信號需要傳輸，點對點傳輸?shù)姆绞皆谶@里將受到距離遠(yuǎn)和監(jiān)控點分散等不利條件的限制，因此可以選擇將圖像通過點對點的圖像光端機(jī)傳到就近的收費站，再在收費站通過大路數(shù)點對點光端機(jī)傳到高速公路管理中心。另外我們還可以通過更先進(jìn)技術(shù)的級聯(lián)型（或稱節(jié)點式）光端機(jī)，將路段上各點圖像分別集中，然后按照匯聚點的先后順序依次將所有視頻串行傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。這樣，每條串行通道僅需占用1芯光纖，而每條光纖鏈路分別可設(shè)置10-16個匯聚節(jié)點，每兩個匯聚節(jié)點之間的距離可達(dá)幾十，也可解決因點對點大路數(shù)視頻光端機(jī)不能傳輸上百千米甚至幾百千米的傳輸，因為每條光纖鏈路上可接入10-16個圖像和若干數(shù)據(jù)的接入，一條上百路圖像的高速公路也只需幾芯光纖即可把所有圖像都傳回管理中心了，大大節(jié)省了光纖的資源。

對光端機(jī)性能方面的選擇：目前市場上多路數(shù)字視頻光端機(jī)，涉及的技術(shù)指標(biāo)種類繁多，大部分工程商和用戶也缺乏相應(yīng)的手段而無法判斷技術(shù)指標(biāo)的合理性與真實性，因此在選擇產(chǎn)品時容易迷失方向。然而在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，由于環(huán)境條件更惡劣，傳輸距離遠(yuǎn)，對圖像的要求更高，且必須達(dá)到國家所要求的較高的系統(tǒng)傳輸要求。筆者在這里描述了幾項在工程中比較關(guān)鍵且容易驗證的技術(shù)指標(biāo)，并著重從可靠性和實用性方面，分析了在安防監(jiān)控工程中怎樣選擇數(shù)字視頻光端機(jī)。

1.技術(shù)指標(biāo)考慮

多路數(shù)字視頻光端機(jī)可具備多種功能，每一類功能都有相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求，如視頻指標(biāo)、音頻指標(biāo)、異步數(shù)據(jù)指標(biāo)、以太網(wǎng)指標(biāo)等等。具體的技術(shù)指標(biāo)可以要求廠商提供第三方的測試證明，有條件的工程商應(yīng)該在選購設(shè)備前按照廠商提供的指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測，以檢驗設(shè)備的實際技術(shù)指標(biāo)和廠商的誠信度。這里著重從工程的角度簡單說明以下兩項視頻指標(biāo)。

視頻帶寬足夠——視頻帶寬是一個老生常談的問題。視頻帶寬不足，監(jiān)視畫面細(xì)節(jié)部分就不夠清晰，水平分辨率就低，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)色彩失真或丟失。正是由于視頻帶寬對圖像質(zhì)量的重要性，有些不法廠商故意夸大產(chǎn)品的視頻帶寬欺騙客戶。有些廠商生產(chǎn)的多路數(shù)字視頻光端機(jī)宣稱其視頻帶寬為8M，可其對外公布的視頻采樣頻率是12.5M。按照奈奎斯特采樣定律，要真實地還原信號，其采樣頻率至少應(yīng)該是信號頻率的兩倍。如此算來，這些廠商的光端機(jī)其理論視頻帶寬無論如何也不可能超過6.25M。顯然，這是一個夸大性能欺騙客戶的謊言。但并不是所有的客戶都能夠準(zhǔn)確識別廠商的謊言，對于一般的工程商和用戶通過觀察圖像的細(xì)節(jié)，可以粗略判斷設(shè)備的視頻帶寬。

APL范圍足夠?qū)挕狝PL，即圖像平均電平，許多工程商不太注意或不太熟悉這個指標(biāo)。但是，如果說到有些工程中遇到這么一個問題：視頻信號經(jīng)過光端機(jī)傳輸，當(dāng)畫面中有大面積的白色時（如攝像機(jī)被強(qiáng)光照射時）監(jiān)視器上的畫面就會水平抖動，那么工程人員一定不陌生。這就是因為有些廠商生產(chǎn)的視頻光端機(jī)的APL范圍太窄，當(dāng)圖像信號中有大面積白色時，每行圖像信號中的直流分量增大，APL將會升高，從而造成行同步信號幅度減小或丟失，監(jiān)視器無法檢測到行同步而發(fā)生畫面抖動。

2.可靠性考慮

作為安防監(jiān)控工程，設(shè)備的可靠性應(yīng)該是第一考慮要素。而設(shè)備的可靠性是設(shè)備廠商在產(chǎn)品設(shè)計時就必需考慮的，但是，有些廠商可能會因為某些原因而不愿做或不知道怎么做這方面的工作。這里著重從工程的角度簡單地討論以下問題。

供電方便，電源范圍寬——供電是保證數(shù)字視頻光端機(jī)可靠性的首要考慮要素，供電不能保證可靠、合理，談數(shù)字視頻光端機(jī)的可靠性就成了水中撈月。采用220VAC供電的視頻光端機(jī)取電比較方便，可靠性也較高，工程中應(yīng)視情況盡量選擇220VAC供電的光端機(jī)。然而在外場設(shè)備中有時220VAC供電會很不方便，就會用到24VDC供電的太陽能供電，在太陽能供電是就需要考慮光端機(jī)的供電電源的靈活性和功耗是不是夠低了。

3.溫度、濕度適應(yīng)性強(qiáng)

在有的安防監(jiān)控工程中，光端機(jī)的工作條件比較惡劣，溫度變化范圍寬，空氣濕度大，有的野外監(jiān)控點偶爾還會停電。這都要求多路數(shù)字視頻光端機(jī)在溫度范圍和允許的濕度方面有更多的考慮，以保證其能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，適應(yīng)安防監(jiān)控需要。

4.接地考慮

在安防監(jiān)控工程中，保證設(shè)備的良好接地是保證設(shè)備可靠性的重要環(huán)節(jié)。良好的接地，對設(shè)備抵御浪涌沖擊、防靜電和防雷擊都有好處，可以顯著提高設(shè)備的可靠性。因此，選擇光端機(jī)時，應(yīng)特別注意廠商的接地方案，由此也可以看出廠商的實力。一個好的接地應(yīng)有以下方面的考慮：

首先，光端機(jī)的電源必須接地。作為工業(yè)級產(chǎn)品，為了設(shè)備和人員的安全，多路數(shù)字視頻光端機(jī)應(yīng)采用國標(biāo)220VAC三芯電源線與三眼電源插座相連，而不能為了省事采用兩芯電源線與電源插座相連。而且，工程中應(yīng)保證電源插座的地線與大地可靠連接。

其次，光端機(jī)的信號地應(yīng)與機(jī)殼地、大地相連，為積累的靜電荷提供泄放回路，防止靜電荷積累，損壞設(shè)備。光端機(jī)的信號地與機(jī)殼地、大地間的良好連接，可有效地預(yù)防感應(yīng)雷對設(shè)備造成的損壞。

最后，多路數(shù)字視頻光端機(jī)的RS485數(shù)據(jù)端子也應(yīng)提供接地線，以便在工程中與對端設(shè)備的地線端子相連，避免因RS485通道兩端設(shè)備間的地電位差損壞數(shù)據(jù)端口。

5.端口保護(hù)

光端機(jī)的視頻端口、音頻端口、數(shù)據(jù)端口都是極容易遭受損害的部位，靜電、浪涌、感應(yīng)雷擊都有可能造成光端機(jī)端口的損壞，除工程中應(yīng)該嚴(yán)格按照施工要求小心操作外，設(shè)備本身也應(yīng)該提供必要的端口保護(hù)，選擇光端機(jī)時，應(yīng)特別關(guān)注廠商的端口保護(hù)措施。

6.故障隔離保護(hù)

我們前面講到，在外場視頻監(jiān)控時由于距離比較遠(yuǎn)、視頻路數(shù)多、光纖資源稀缺，我們使用了級聯(lián)式（也就是節(jié)點式）光端機(jī)，然而在使用過程中，難免會出現(xiàn)其中的設(shè)備會出現(xiàn)故障或停電的情況，為了使不會由于故障或停電造成本條鏈路中的其它設(shè)備的正常使用，可以選擇在沒過節(jié)點中加光保護(hù)開關(guān)裝置，使故障點自動隔離，不會影響到其它任何設(shè)備的使用。

7.光纖鏈路的保護(hù)

在對圖像要求較高的路段，可能會考慮到光纖故障的備份考慮，以便在某芯光纖出現(xiàn)故障的時候，設(shè)備仍然可以正常工作。這時我們就需要對設(shè)備作雙光纖保護(hù)措施，雙光纖保護(hù)光端機(jī)可以在某一芯光纖發(fā)生故障時，自動將業(yè)務(wù)從另外一芯備用光纖中傳輸，完成業(yè)務(wù)的不間斷傳輸。

8.對光端機(jī)輔助功能的要求

現(xiàn)在，光端機(jī)除提供視頻信號的傳輸通道外，還能提供豐富的其它信號傳輸通道，如音頻信號、異步數(shù)據(jù)信號、以太網(wǎng)信號、對講、開關(guān)量信號和普通電話信號等。這些信號都可以用電纜直接連接，只是通過光端機(jī)連接能傳輸更遠(yuǎn)的距離且減少電纜數(shù)量，這時光端機(jī)在形式上就成了電纜的簡單替代。大多數(shù)情況確實如此。如一個簡單的RS485或RS422的反向控制信號、一個點對點的雙向音頻信號、一個三線制的用于上位計算機(jī)與電子警察連接的RS232信號等，都能通過光端機(jī)簡單替代電纜實現(xiàn)連接?？墒橇硪恍┣闆r就不同了，如普通電話信號中就有-48V的饋電、一些對講系統(tǒng)除提供供電外，還增加了控制信號。并且有的信號接口形式上看與光端機(jī)的類似，實際卻不同，如單工RS485和半雙工RS485等，這些信號通過電纜直接連接時，系統(tǒng)能正常工作，但如果用光端機(jī)的普通功能接口連接，系統(tǒng)就無法正常工作了，這時常常會認(rèn)為是光端機(jī)的接口工作不正常，其實卻不然。

因此，在選擇配置光端機(jī)的輔助功能前先要詳細(xì)了解系統(tǒng)的連接及各個將要與光端機(jī)連接的端口的接口類型、有無通信協(xié)議、是單向還是雙向，除明確知道的功能外此端口還提不提供如供電等其它功能。要準(zhǔn)確地了解這些信息要求對所使用的設(shè)備性能有相當(dāng)充分的掌握。如很多人在選用光端機(jī)時提出需要一個數(shù)據(jù)通道用于傳輸“曼碼”，可是“曼碼”只是一種數(shù)據(jù)格式，或者說是碼形，并不能說明所需要的數(shù)據(jù)接口的類型、傳輸速率等參數(shù)。另外，“曼碼”在安防行業(yè)內(nèi)也不是一種標(biāo)準(zhǔn)碼，目前AD、PELCO、三星等公司的產(chǎn)品都能提供用“曼碼”控制的設(shè)備，但這些“曼碼”卻并不相同。當(dāng)然，有的光端機(jī)廠家明確標(biāo)示其接口支持特定公司的產(chǎn)品則例外。明確了所需的輔助功能，還要確定選用模擬光端機(jī)還是數(shù)字光端機(jī)，這時基本上可以根據(jù)視頻通道數(shù)及輔助功能的多寡來定，當(dāng)視頻通道數(shù)多于2個或輔助功能多于2個或相同輔助功能的通道數(shù)多于4個，則最好選用數(shù)字光端機(jī)，否則也可以用模擬光端機(jī)。

9.對光端機(jī)光纖活動連接器接頭的要求

光纖活動連接器已有很多種類型了，按連接頭結(jié)構(gòu)型式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等型式，按光纖端面形狀分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC等類型，而當(dāng)前應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式只有FC、SC和ST三種。各種型號的連接器都有自己的特點和用途。一般長距離或大容量通信大多使用FC型或SC型連接器，其優(yōu)點是插入損失小、安裝容易、穩(wěn)定性高。短距離(≤20km)信號傳輸則較多用ST型連接器，且多用于多模系統(tǒng)，因為其精度要求不高，成本也就較低。在早期的工程中，幾乎全部采用ST連接頭，這主要與采用模擬光端機(jī)和多模光纖有關(guān)。后來，在多路視頻光端機(jī)廣泛應(yīng)用及數(shù)字光端機(jī)加入的情況下，如果仍毫不猶豫地選用ST連接頭，可能就不合適了。比較理想的選擇應(yīng)該是FC連接頭，由于它采用螺紋緊固，能提供穩(wěn)定可靠的連接。SC連接頭是插撥式的，工程中可能會誤將光纖接頭撥下或撥松，給工程施工帶來麻煩。

10.光端機(jī)音頻接口和對講接口對音頻傳輸電纜的要求

音頻電纜一直是一個最容易出問題的部分，經(jīng)常會造成音頻聲音失真甚至產(chǎn)生較大的噪聲，但是相當(dāng)多的人并不重視它。音頻信號有單聲道和雙聲道，線纜或短或長，線芯有粗有細(xì)，有屏蔽和沒屏蔽的線，包括線纜的路由環(huán)境，地線干擾都會對聲音的最終效果產(chǎn)生影響，一般情況下我們建議最好用屏蔽線纜傳輸音頻，盡量避免和強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中布線，盡量避免用雙絞線傳輸單極性的音頻或?qū)χv信號。

11.對光端機(jī)信號指示燈的要求

視頻光端機(jī)由于除了傳輸視頻外，還傳輸大量的其它輔助信號，因此光端機(jī)必須有豐富的指示燈對設(shè)備的運行狀態(tài)加以顯示，一般情況下，至少應(yīng)有電源指示、光路指示，信號同步指示、視頻指示、數(shù)據(jù)指示等，總之越豐富越方便了解設(shè)備的運行狀態(tài)。

12.對光端機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

如今的一套光端機(jī)便可傳輸大量的視頻、數(shù)據(jù)、音頻、電話、對講、開關(guān)量等信號，總會由于材料、工期等原因，也不可能一直靠廠家提供大量的備用品，一旦某一個功能損壞后必然會影響整套設(shè)備其它功能的使用。因此，我們建議，在選擇光端機(jī)機(jī)時，一定要檢查設(shè)備是不是模塊化的設(shè)計，每個接口是否能很方便地進(jìn)行維護(hù)。所以，重視設(shè)備的模塊化設(shè)計，對于售后服務(wù)的速度和質(zhì)量而言至關(guān)重要。

用光功率計儀表檢測檢查光纖的損耗：光端機(jī)在正常情況下的發(fā)光功率：單模20千米：-8db-12db之間；單模60千米：-5db-8db之間；如果在光端機(jī)的發(fā)光功率在-＜-15db，那么可以判斷這個光端機(jī)是有問題的。

另一種檢查方法是用于確定一段事先存在的光纖中的最大信號損耗計算是否光纜有故障。

公里數(shù)=(發(fā)光功率-收光光率)/每公里衰減數(shù)

光纖每公里的最大衰減數(shù)如：

1300波長=0.45DB/KM

1550波長=0.25DB/KM

如果計算出來的距離比實際距離短，說明光纜線路沒有故障，如果計算出來的距離比實際距離長，說明光纜線路有故障，應(yīng)盡早檢查光纜。

光端機(jī)常見故障的排查

光纜故障一般可分為兩種，一種是光纜斷開（包含光纜接錯），造成光纜兩端無光，光端機(jī)沒有任何反應(yīng)；第二種是光纜或光纜續(xù)接頭損耗過大造成光端機(jī)收不到信號或受到的是誤碼信號。

實用性考慮

每一家廠商提供給用戶和工程商的都應(yīng)該是成熟產(chǎn)品，而不是科研樣機(jī)，因此它必須有實用性方面的考慮。在選擇光端機(jī)時，用戶和工程商可以從設(shè)備的實用性角度多做考量。其一，實用性方面的問題，用戶和工程商容易判斷；其二，很難相信不能將實用性做好的廠商能把光端機(jī)的可靠性和技術(shù)指標(biāo)做好。這里著重從以下幾個角度簡單地討論光端機(jī)的實用性。

由于多路數(shù)字視頻光端機(jī)技術(shù)含量高，首先其外觀應(yīng)小巧精致、美觀大方，整體結(jié)構(gòu)必須盡量符合工程安裝要求。其次，一般室內(nèi)型多路數(shù)字視頻光端機(jī)除采用19英寸寬度以適應(yīng)安裝于標(biāo)準(zhǔn)19英寸機(jī)柜外，還應(yīng)兼顧工程中將光端機(jī)置于桌面或壁掛的需要。最后，多路數(shù)字視頻光端機(jī)還必須具有良好的散熱性能和電氣接觸性能。

作者單位：湖北東光電子股份有限公司