應用于高速公路的光纖網絡傳輸技術

標簽：單E1編解碼 視頻信號

高速公路項目中對視頻信號傳輸的要求有以下特點：

1、容量大：在一個監控分中心通常有幾十路甚至上百路視頻信號。

2、圖像質量要求高：圖像要求達到480線，加權信噪比S/N要求不小于57dB;PAL制圖像要求達到25幀(50場/s)、NTSC制圖像要求達到30幀(60場/s)。

3、需要多級控制：目前高速公路項目中對視頻信號的監控和管理自下而上可分為以下站級、路段中心、片區中心、省中心四級監控系統。

(1)站級監控系統：各收費站需要對本地的視頻信號進行監控

(2)路段中心監控：一條高速公路通常設置1個路段分中心，對某一路段進行監控和管理。

(3)片區中心監控系統：多條高速公路的統一管理通常根據地域劃分為若干個片區來進行。

(4)省中心監控系統：各省高速公路管理局需要對省內所有的高速公路進行統一監控、管理和調度。目前主流視頻傳輸產品介紹

點對點視頻光端機

點對點視頻光端機是目前使用較為普遍的視頻傳輸設備(使用示意圖參見圖1)，主要可分為模擬光端機和數字光端機(非壓縮)兩種。點對點視頻光端機的優點：

1、使用簡單靈活，視頻質量高，實時性好。

2、除了可以傳輸多路視頻信號外，還可以傳輸音頻信號、異步數據、以太網數據等多種信號。

點對點視頻光端機主要缺點：

1、無法組網，不具備保護功能，系統可維護性差。

2、無法實現遠距離傳輸。如果距離過遠，只能采用光端機級連方式。多級光端機的級連會造成信號的急劇衰減。

模擬光端機

顧名思義，模擬光端機上光頭發射的光信號是模擬光調制信號，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率、相位變化引起光信號幅度、頻率、相位變化而分別稱為調幅、調頻、調相光端機。

數字光端機

數字光端機上光頭發射的光信號是數字信號即0或1對應光信號強、弱兩種狀態，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數據信號。

模擬光端機與數字光端機的性能對比

1、模擬信號傳輸輸入和輸出處理方式不一樣，引起的視頻、音頻、數據信號信號失真、變畸變、干擾不同。

模擬光端機由于要進行調幅、調頻、調相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應的線形關系，成為擬光端機質量好壞的關鍵，到目前為止，很難做到真正線性調制，非線形必然引起信號失真;同時調制好的載波信號信號還要調制光信號，光信號的非線性也是一個非常重要的因素，眾所周知，光器件的非線性與環境溫度變化、工作電壓的穩定性、光發射功率有很大的影響，因此光器件在生產時需進行7-10天的熱循環老化等等工藝篩選、老化、測試也只能以將這種變換控制在一定的范圍;光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號色散效應同樣也會引起光信號畸變;光信號到達接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉換后的模擬信號進入解調，解調與調制一樣會產生非線性畸變。

所以綜合模擬光端機，從輸入信號調制-電光轉換-光輸-光電轉換-解調這五個過程，都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的所以是不可消除的，所以模擬光端機傳輸視頻圖象、音頻質量、數據的效果很難達到很滿意的效果。

數字式光端機僅只有模數轉換的量化誤差(如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv)，不足以引起信號畸變。因此不存在上述缺陷。

2、多路信號同傳引起的交調失真。

在現場監控應用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數據、以太網、電話或其它用戶自定義的信號，為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須將各種信號在光端機進行復用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調頻、調幅、調相光端機來講，將多路視頻、音頻或數據信號混合調頻、調幅、調相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調干擾。所以目前市場上不乏很多著名國外品牌的調頻、調幅、調相光端機多路視頻、音頻、數據同傳時出現相互干擾的現象，這些不穩定的現象都是模擬調制技術長期以來一直所固有的缺點。

數字光端機傳輸的是數字信號，很容易進行大容量復用并且不會出現相互干擾。

3、穩定性不同

模擬調制光端機由于采取載波調制方式，載波及光頭很容易受環境溫度影響。出現傳輸質量隨環境變化而變化的缺點。同時模擬光端機經過長時間使用后，隨著元件的老化和環境的變化，經常會出現視頻質量明顯下降的現象。正因為這種缺點，對一些大型、重要工程來講，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題。節點式視頻光端機

節點式光端機是一種新型的光纖傳輸系統，通常使用2芯光纖將各節點連接形成環網、鏈網等網絡結構，視頻和數據可以在任意節點上下。同時網絡中還可以傳輸音頻、雙向數據、以太網數據等信號。節點式光端機組網示意圖參見圖2。節點式光端機根據信號調制方式的不同分為模擬傳輸方式和數字傳輸方式。

模擬傳輸方式

節點式光端機如采用模擬方式調制信號，與模擬點對點光端機同樣存在頻間串擾、信號衰減畸變的問題。這是模擬調制方式所帶來的必然問題。因此如采用模擬方式，對節點式光端機的傳輸容量、傳輸距離都有很大的限制。

數字傳輸方式

全數字的節點式光端機采用數字方式調制視頻信號，并對視頻信號進行編碼壓縮傳輸。通常采用的編碼方式有M-JPEG、MPEG-2等。具有以下明顯優點：

1、節省光纖資源。所有收費站通過2芯光纖與路段中心組成環網或鏈網即可。

2、視頻容量大。目前北京蛙視公司的VOX全數字音視頻傳輸平臺可在2芯光纖上傳輸多達126路高質量音視頻信號。

3、節點數量基本不受限制，圖像質量全程一致。因為采用數字編碼傳輸，信號無畸變;且不同于光端機級連方式，在各節點不經過2次編碼調制，因此圖像質量可保持全程一致。

4、如組成雙纖環網，可實現自愈保護功能。當某一段光纖或某一節點設備故障，不影響整個系統的傳輸。