城市安防监控系统中的传输网

系统设计与设备　有线电视娜　杨建新　如今城市安防监控系统的兴建和筹建工作，正在　神州大地如火如荼地展开，各种不同的技术实施方案　都在竞相展示自身的风采。作为系统的主办方，应如　以前那种义务性的群防、群治的社会治安系统已经一　去不复返；因此借助高科技建立覆盖各辖区的监控报　警系统，就成了提高社会治安和防控能力的一种必然　何来选择、确定本地区的实施方案，其确定依据何在，　是本文要阐述的重点。　手段。在已建成的城市安防监控系统中，其信号传输　网一般采用的是视频直传、光端机和以太网等方案。　对该类实施方案，有必要从实用性能、构建成本、可持　续发展等方面做出评估和对比，这对今后合理选择、　１　传输网络是城市安防监控系统的　决策重心　城市安防监控系统的工作核心内容，是将各监控　确立城市安防监控系统的信号传输网将大有益处。　２．１视频直传方案　该方案属传统视频信号同轴电缆直传方式，因同　轴电缆对视频信号传输的衰减大、均衡难、抗干扰能　力弱，其传输距离仅能达几百米远，作为楼宇内部监　摄像机的信号，汇集到监控前端进行观察、存储；这实　质上是一套摄像机的动作控制和视频信号的传输、存　储技术。由于计算机技术的迅猛发展，摄像机的运行　控系统可行；若用于城市安防监控系统中摄像机与前　端间的信号传输，就为力了。　２．２光端机方案　控制和视频信号的存储已成易事。现今对城市安防监　控系统，其难点和重心始终在视频信号传输这一关键　环节上。因为监控系统内摄像机数量众多，少则数百、　多则数千，且分布面很广；如何将分布在数十乃至上　百公里范围的众多摄像机信号，实时而又高清晰地传　由于光纤对信号的衰减小（仅为同轴电缆的　１％），抗干扰能力强，且无均衡问题之忧，于是在城市　安防监控系统中，用光端机来传输视频信号的光端机　方案便应运而生。　输到监控前端，就成了系统成败的关键。　至于在城市安防监控系统中，各监控前端之间信　号的实时交换、调用，也是一种音像信号的传递过程，　这更离不开“信号传输网”这一关键环节。　光端机是建立在光信号收发基础上的视频信号　传输设备。摄像机的视频（Ｖ）、音频（Ａ）、控制信号　（Ｃ），通过３根专线与光端机相连（若采用统一供电则　为４根专线），在使用多路视频光端机时，一般该专线　长度为数百米。在实践中为了尽可能降低该专线的长　度，可进行４路以上视频传输的数字式光端机已很难　可以毫不夸张地说：信号传输网不仅是城市安防　监控系统的决策重心，更是后续使用中的薄弱环节，　因它从本质上体现了该安防监控系统最终所能达到　整体质量水平。事关全局，对此必须要有足够的清醒　认识。　派上用场；加之因数字式光端机的成本又高于模拟式　光端机，出于降低系统造价的考虑，工程中几乎清一　２现行传输网络回顾　鉴于经济和社会环境的快速转迁，类似八十年代　色使用的是可传输１、２、４路视频信号的模拟式光端　机。　每对收发光端机至少需一根光纤，其传输距离一　２００６年第９期（总第２０　１期）　维普资讯 http://www.cqvip.com

有线电视技术　般可达２０－４０ｋｍ。模拟光端机的图像可达Ｄ１（７０４ｘ　系统设计与设备　宽带数据网在互联号传输上获得了巨大成　功，诱发了人们寻求用现有的宽带数据网理念，来解　５７６像素）清晰度标准，接近ＤＶＤ（７２０ｘ５７６像素）的　水平。　决城市安防监控系统的信号传输问题，于是“宽带数　据网”方案被推上了现实舞台。　相对视频信号电缆直传，光端机方案无疑是一大　飞跃。用于一次成型，勿需再扩容的小规模安防监控　若仅从现今的宣传资料上看，宽带数据网方案因　挟有电讯业已建好的网络优势和技术实力，似乎大有　轻而易举独揽整个城市安防监控系统市场之势。　系统有着一定的优势。但要用来传输分布在数十乃至　上百公里范围的大规模城市安防监控系统的摄像机　信号，尚有以下不足：　（１）在结构和目的上存在南辕北辙弊端　因一根光纤仅能带ｌ～４台摄像机，这对大型城市　・但事情的发展却并非像宣传资料上那样简单：宽　带数据网在互联网上能大获成功，但将其用在城市安　防监控系统上时，却处处显得力不从心，甚至进退维　谷。　安防监控系统其光纤的使用数量将十分可观；当这些　多芯光缆一旦出现故障，因维修过程的工艺和设备较　为复杂，将会牵一发而动全身，致使监控系统出现较　长时间段的大面积停运。　首先城市安防监控系统出于工作的需要，要求传　输ＤＶＤ级别（清晰度为７０４ｘ５７６，２５帧／ｓ）以上的高　画质实时图像信号，其传输码率至少应在２Ｍｂ以上。　（１）这对ＡＤＳＬ来说是比登天还难，因ＡＤＳＬ只　光端机对光缆的这种过分依赖，再加上光缆在结　构上的脆弱性和维修上的不方便性，对以应对突发事　能用上行通道来传输摄像机信号，而上行通道的速率　永远都不可能达到２Ｍｂ，因ＡＤＳＬ的上下速率带宽相　差２７．５倍，上行通道在工作原理上就无此项功能，显　然ＡＤＳＬ这条路走不通。　件为己任的城市安防监控系统来说，光端机方案就显　得或多或少带有些南辕北辙弊端。　（２）在构建成本和工艺美观上无优势（相对本文　的最后方案）　①每对带光收、发模块，建立在光波分复用基础　上的光端机的造价不可能低廉。　②较高的维护费用也有待时间考验。因光端机在　日常维护上，只能要么是做整机更换；要么求助于价　格高昂的专用设备作网络诊断。　③因每台光端机需连一根光缆，出于施工需要和　今后维修方便，该光缆末端一般均需预留１０ｍ以上　（２）若采用上下速率对称性的ＨＤＳＬ（超级ＤＳＬ）　又会怎样呢？答案也是一样：行不通。原因是ＨＤＳＬ实　用速率只能达１．５Ｍｂ左右，且速率也是随传输距离按　指数规律递减。再说ＨＤＳＬ对每台摄像机需要２～３对　数字用户线（ＡＤＳＬ仅需一对用户线），这对存在数百　上千台摄像机的网络来说，在工艺实施和维护上的难　度就凭想象，也能感知是不堪其繁。　（３）现今在宽带数据网中，能够现实地（非理论性　的余缆，既增大了成本，更影响城市整体美观。　（３）与野外长期工作不相适应　现行光端机设备均为非密封结构，而外部接插　件、供电系统的技术标准，都与确保野外长期工作无　缘。　的）在城市安防监控系统中传输信号的，只有以太网。　若系统对图像清晰度要求不高（ＶＣＤ级别），采　用以太网传输信号，可以说是如鱼得水，运行自如。但　面对要求高清晰度图像的城市安防监控系统，以太网　的表现却是捉襟见肘。若与后述的更为实用的网络相　比，在构建成本、技术性能和可靠性上，都只能是相形　见绌。　（４）可持续发展性差　光端机与光纤是一对一方案，系统一旦成型后，　若要增添新的摄像点，只能是：要么原先就留有足够　的富裕光纤；要么再重新敷设新的光缆。所以，光端机　方案与城市安防监控系统的可持续发展也不搭边。　综上所述：光端机方案在城市安防监控系统中，　虽与电缆直传等方案相比算是强者，但与更实用的方　首先，要在以太网中传输视频信号，必需用网络　视频服务器，将摄像机输出的模拟视频信号转换成能　在网络中传输的数字视频信号，然后才能进入网络作　数字信号的传输和交换。　现今在价格上能够为市场所接受的网络视频服　案相比较，只能算是一种过渡型方案。更不可能像一　务器，其图像清晰度仅能达到ＶＣＤ水平（３５２ｘ２８８像　素，２５帧／ｓ）。若清晰度要达到ＤＶＤ水平的（７０４ｘ５７６　像素，２５帧／ｓ）需要订制生产，其单台售价是前者的　３—４倍，这已远远超出了市场能够承受的范围。就连　些人所言，是什么城市安防监控系统中带理想性的信　号传输方案。　２．３宽带数据网方案　２００　６年第９期（总第２　Ｏｌ期）　维普资讯 http://www.cqvip.com

系统设计与设备　生产厂家也把这种高清晰度“网络视频服务器”，定为　有线电视杖术　（１）对操作和维护人员的专业素质要求高。　（２）其网络设备的运行和维护费用高。　（３）网络更新的频率高（因数字技术发展很快，系　统的软硬件３－５年即被淘汰）。　如上所述，支撑现行城市安防监控系统的丽大传　输方案，如今都存在诸多不足，难尽人意。试问，对城　市安防监控系统，现今较好的传输方案又在哪里？　答案只有一个，它就是我们常见不惊的有线电视　是为下一代城市安防监控系统服务的产品。　其次是单台ＶＣＤ级别网络视频服务器按Ｈ．２６４　压缩后输出信号，所占用的网络带宽为０．６－０．８Ｍｂ；而　单台ＤＶＤ级别网络视频服务器按Ｈ．２６４压缩后输出　信号，所占用的网络带宽却为前者的４倍，达２．４～　３．２Ｍｂ。再考虑到数字网络信号的传输效率只能达０．５　左右的严峻现实（传２．４Ｍ数据信号需占用网络近５Ｍ　带宽），这对拥有数百上千台摄像机的城市安防监控　系统，要完成全网络的数字视频信号的传输，交换，非　投入巨资建立专属千兆以太网不可。因城市安防监控　系统是靠地方财政支持的非赢利性工程，这对我国现　阶段的大多数城市来说，显然尚属很不现实的事情。　虽然现今可以租赁电讯业已搭建好的宽带数据　监控传输方案，简称：ＣＡＴＶ监控传输方案。　３质优价廉的ＣＡＴＶ监控传输方案　．　ＣＡＴＶ监控传输方案就是利用有线电视信号的　双向传输原理，来进行监控摄像机信号的传输方案。　ＣＡＴＶ监控传输方案与有线电视传输方案的共　网，但仅限于满足ＶＣＤ级别的图像速率。若有数百上　千台摄像机，现在要将摄像机信号提高到ＤＶＤ级别　的图像速率，即使你肯把现有租赁费翻为４倍，网络　业主也会对你说：“再见，对不起”。　同特点是在一根同轴电缆上，都可以并行不悖地传输　上百路高画质音像信号和摄像机所需的各类控制信　号。　高图像清晰度和高昂的网络系统造价，制约了以　太网在城市安防监控系统中的普及和应用。这也是现　今采用以太网方案所建立的城市安防监控系统，其最　不同之处是在有线电视传输方案中，将前端机房　的信号传输至各家用户；而在ＣＡＴＶ监控传输方案　中，将各监控摄像机的信号传至前端机房。在ＣＡＴＶ　监控传输方案中，上行的是经射频调制后的各摄像机　音像信号；下行的是经射频调制后的各摄像机运行所　需的控制信号。　由于每台摄像机最多仅ｌ０余种状态控制数据，　高图像清晰度都只能处于ＶＣＤ水平（３５２ｘ２８８像素，　２５帧／ｓ）的主要原因。　本人在监控工程的工地上，经常遇到这样的情　况：因ＶＣＤ级别的图像水平，满足不了城市安防监控　系统的工作需求；已按以太网方案建好系统的主办　所以控制各摄像机运行的已调数码信号的通道带宽　有上百ｋｂ足矣，远比ＣＡＴＶ双向网络系统中的上行　方，参观时因看到了兄弟单位的安防系统中，传输的　是ＤＶＤ级别的高画质图像，当时在现场所发出的那　种追悔莫及的叹息声和自责声，使我这位局外人也常　常为之动容。　其三是，以太网的安全性比较脆弱，容易遭到外　界的电气和人为干扰；由于网络视频信号在网络中要　信号带宽窄得多；加之ＣＡＴＶ监控传输方案中的上下　行信号通道，均不存在现今ＣＡＴＶ双向系统中的反向　汇聚噪声等棘手问题，所以其技术实践难度也比　ＣＡＴＶ双向网要低得多。　为便于进一步阐明以上论述，以图１为例，来解　析相关环节的基本工作过程。　经过压缩、解压、复接、分接、包交换、差错控制等等流　通过程，信号的即时性（时延）也是一个不可忽视的头　痛问题。　在图１中，每一台摄像机需配置一台调制解调　器，其中调制器部分的任务是将摄像机输出的音、视　频信号，调制成某一规范电视频道信号，再经同轴电　缆和光纤输往ＣＡＴＶ监控前端。图中各调制器所对应　的监控电视频道，可按ＰＬＡ或ＮＴＳＣ制式配置。　其四是，城市安防监控系统越大，采用以太网方　案的实施难度也越高，系统设备的造价，也会随系统　能力流量成指数关系增长。这与后叙ＣＡＴＶ监控传输　方案中，网络的构建成本与摄像机的数量几乎无关，　解调器是解调出前端控制键盘对应的数码信号，　以便对摄像机进行变焦、变倍、变光（圈）、变方位、变　俯仰等运动。　成了十分鲜明的对照。　其五是，采用以太网方案建立的城市安防监控系　统，因设备和技术上的专业性较强，也由此带来了如　下的“三高问题”：　调制解调器和监控摄像机的电源可以就地取电，　也可采用同轴电缆由供电器供电，但从使用安全性和　２００６年第９期（总第２０　１期）　维普资讯 http://www.cqvip.com

有线电视技术　系统设计与设备　一带云台　体化摄像机　………………．．　３．摄像机至光节点距离＜０．５ｋｍＥ￣用中继放大器。　图ｌ　ＣＡＴＶ监控系统信号关联示意图　工艺性考虑，以供电器供电为佳。　控制数据调制器是将视频矩阵切换器输出的数　通过以上对ＣＡＴＶ传输方案的轮廓分析，我们可　以得出以下结论：　码控制信号，按ＦＳＫ方式进行载波调制。已调载波信　号由下行通道输往各摄像机的调制解调器，各摄像机　（１）ＣＡＴＶ传输方案是采用频分复用方式传输各　监控摄像机信号的新技术，仅用一根同轴电缆（或一　根光纤），即可解决上百台摄像机的信号提取和各摄　像机的运行控制信号的传输问题。　仅按对应码址，进行接收和解制数据调制器的信　号，解调后的信号输至摄像机作姿态。　图２　ＣＡ＇ＩＶ城市监控共网传输系统图　维普资讯 http://www.cqvip.com

系统设计与设备　有线电缝挂　范浩明　李秀义　解贵星　崔文臣　山东省招远市广播电视局　摘要：本文以招远电视台制播系统为例，结合广播电视技术数字化、网络化发展趋势，对系统数字化改造方案的提　出、设计原则、改造目标、实施情况进行了详细介绍，为中小型电视台的技术改造提供了宝贵的实践经验。　关键词：制播一体化　网络嵌入式硬盘播出　火线／以太网　１　系统改造方案的提出　招远电视台有两个自办节目频道，２００２年对播　出的简单方式，由原自办一频道自动播出系统取而代　之。这次改造由于摆脱了手动播出，减少了带播数量，　因而大大降低了故障率和值班人员的劳动强度。更重　要的是对硬盘播出模式进行了有益的尝试，为全硬盘　播出奠定了基础。　出系统进行了初步改造，其中自办一频道更换为安徽　现代以ＶＳ２０００为硬盘播出，以ＡＰＳ８０００为自动播出　的盘带混播系统。自办二频道摒弃了原来手动切换输　舢　招远电视台自１９９７年开始了采编设备的数字　—　．—　．—　—　．—　．—　．　相对一根光纤仅能传１—４路摄像机信号的光端　机方案；系统的造价，和随系统能力流量成指数增长　速普及和应用，奠定了良好的基础。　（４）因ＣＡＴＶ传输方案是射频信号传输网，对物　理层面的要求远没有以太网中的基带视频信号那样　“娇气”；加之ＣＡＴＶ射频信号允许在设备末端有±　２０ｄＢ动态范围内的电平变化，环境适应能力很强，其　可靠性远在以太网和光端机方案之上。　的以太网方案，ＣＡＴＶ传输方案无疑存在着绝对性的　压倒优势。　（２）在ＣＡＴＶ传输方案中，摄像机信号无需像“以　太网”信号那样，要经过压缩、解压、复接、分接、包交　换、差错控制等流通过程不仅信号的即时性很高，因　信号无任何压缩性损伤，网络在任何条件下都可以确　保ＤＶＤ级别以上的高画质信号传输。　（５）当城市安防监控系统采用ＣＡＴＶ传输方案后，　因信号通道与遍布城乡的ＣＡＴＶ系统有众多相似之　处，两者完全可以进行共网传输。图２就是共网传输　的一个成功实例。　共网传输的重要意义在于：降低了网络构建成　在以太网方案中，要实现高画质图像信号传输是　件极其困难的事情；而在ＣＡＴＶ传输方案中却显得简　便易行。　本、节省了大笔维护费用；更主要地是可以借用有线　电视的无问断播出特性，为监控网络通道的畅通无阻　提供可靠保障。　我国是一个发展中国家，是有线电视大国，更是　有线电视强国。用ＣＡＴＶ传输方案来解决安防监控的　信号传输问题，有着十分重要的经济和社会意义。Ａ　（３）在我国因ＣＡＴＶ系统长期肩负党和的喉　舌重任，成本低廉、技术成熟、专业维护人员遍布。这　对城市安防监控系统的主办者来说是：事前无构建成　本居高难下之忧，事后无受困于“三高不便”之虑。诸　如此类的人、财、物的优势，为城市安防监控系统的快　２　００６年第９期（总第２　０　１期）