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)
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