电视监控系统的传输方式1h.ppt

电视监控系统的传输技术,2,电视监控系统的传输技术,主要内容视频图像的特点及传输分类和内容视频图像的主要传输介质视频图像的主要传输方法控制信号的传输,视频图像的特点及传输分类和内容,一、图像信号的特点-频带宽：4-6MHz,相当于960路电话的信息传送-信息量大，传输速率要求高 视频信号的传输与很多因素有关：传输的方式、容量、媒体、速率、显示效果以及所采用的压缩编码技术等。二、传输分类1、按传输信道的可视与否分为-有线传输：架空线、同轴电缆、光缆-无线传输：电磁波传输2、按基带信号形式来分-模拟传输：时间状态上连续变化-数字传输：时间状态上离散变化,4,视频图像的特点及传输分类和内容,二、传输分类3、基带信号的传输可分为-基带传输：不经过调制和解调而直接进行的传输，具 有低通特性-频带（载波）传输：经过射频调制，将信号频谱移到某一载波上进行的传输，具有带通特性，数字微波、数字卫星通信4、按传输装置类别分为-专用设备传输：包括连接专用线路或公共通信线路上的视频传输设备。-计算机网络传输：通过计算机网络和多媒体技术传输视频信号。正在快速发展之中。三、传输内容-图像信号传输：现场摄像机到监控中心-控制信号和电源：监控中心到现场,5,视频图像的常用传输介质,传输介质是在数据传输系统中位于发送设备和接收设备之间的物理通路。数据通信中采用的传输介质可分为有线传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）和无线传输介质（无线电、微波、卫星、移动通信等）,6,视频图像的常用传输介质,目前，视频图像传输使用的线缆主要有两类：光缆和电缆。电缆有双绞电缆和同轴电缆。双绞电缆又分为非屏蔽双绞(UTP)电缆和屏蔽双绞(STP)电缆。电缆护套有阻燃型和非阻燃型两种。一、同轴电缆(Coaxial Cable)同轴电缆由外层、外导体（屏蔽层）、绝缘体、内导体组成，外层为防水、绝缘的塑料用于电缆的保护，外导体为网状的金属网用于电缆的屏蔽，绝缘体为围绕内导体的一层绝缘塑料，内导体一根圆柱形的硬铜芯。同轴电缆内部结构如图所示。这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。,同轴电缆内部结构,7,比较便宜,绝缘层保护,外层绝缘层,外导体,8,视频图像的常用传输介质,一、同轴电缆(Coaxial Cable)根据不同的应用，同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。-基带同轴电缆：50欧阻抗，主要用于计算机网络通讯，可以传输数字信号，数据传输速率可达10Mbps。特性：（1）高带宽；（2）极好的噪声抑制。线缆中间还需要使用中继器。应用：（1）有线电视；（2）某些局域网。,9,视频图像的常用传输介质,一、同轴电缆(Coaxial Cable)-宽带同轴电缆：75欧阻抗，主要用于有线电视系统传输模拟信号，通过改造后也可以用于计算机网络通讯。对于模拟信号而言，其工作频率可达400MHZ。若在这种电缆上使用频分复用技术，则可以使其同时具有大量的信道，每个信道都能传输模拟信号。宽带系统与基带系统的区别：覆盖的区域广。按照同轴电缆传输的距离及物理尺寸区分，可分为两类：粗缆和细缆,10,视频图像的常用传输介质,一、同轴电缆(Coaxial Cable)同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。与双绞线相比，同轴电线抗干扰能力强，能够应用于频率更高、数据传输速率更快的情况。对其性能造成影响的主要因素来自衰损和热噪声，采用频分复用技术时还会受到交调噪声的影响。虽然目前同轴电缆大量被光纤取代，但它仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。,11,视频图像的常用传输介质,一、同轴电缆(Coaxial Cable)主要电气参数：特性阻抗；衰减；传播速度；直流回路电阻。主要物理参数：中心导体直径；屏蔽层的内外径；外部隔离材料的材质 最小弯曲半径。注意事项：-同轴电缆的屏蔽层必须接地-电缆末端必须接匹配器来吸收剩余能量，削弱信号的反射作用,12,视频图像的常用传输介质,二、双绞电缆 双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一个线对可以作为一条通信线路，各线对螺旋排列的目的是为了使各线对发出的电磁波相互抵消，从而使相互之间的电磁干扰最小。,13,视频图像的常用传输介质,二、双绞电缆 双绞电缆按其包缠的是否有金属层，可分为屏蔽双绞电缆和非屏蔽双绞电缆。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，相对非屏蔽双绞线具有更好的抗电磁干扰能力，造价也相对高一些。它们既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。美国电器工业协会（EIA）规定了六种质量级别的双绞线电缆，其中1类线档次最低，只适于传输语音；6类线档次最高，传输频率可达到250MHz。3类线数据传输率可达10Mbps；4类线数据传输率可达16Mbps；5类线数据传输可达100Mbps。,14,两个双绞线时,封套外壳,铝箔包层,封套外壳,(a)屏蔽双绞线电缆的结构,(b)非屏蔽双绞线缆的结构,双绞线的传输距离与传输速率有关。在10Mbps以太网中，3类双绞线最大传输距离为100米，5类双绞线最大传输距离可达150米。在100Mbps以太网中，5类双绞线最大传输距离为100米1000Mbps以太网中，6类双绞线最大传输距离为100米。,屏蔽双绞线电缆和非屏蔽双绞线电缆的结构,15,五类四对非屏蔽双绞线,六类四对非屏蔽双绞线,16,超五类屏蔽双绞线,六类双屏蔽双绞线,17,双绞线,最便宜的传输媒介,易受环境中电信号的干扰,通常用于较短距离的连接,六类四对屏蔽双绞线,18,视频图像的常用传输介质,三、光缆 光纤的物理特性光纤是光导纤维的简称。它是用石英玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝，直径在几微米至120m(光波波长的几倍)。为了使光线的方向发生变化从而可以沿光纤传播，就在光纤芯外涂上折射率比光纤纤芯材料低的材料，通常把涂的这层材料称为包层。当一定角度之内的入射光射入光纤芯后会在纤芯与包层的交界处发生全反射，经过这样若干次全反射之后，光线就损耗极少地到达了光纤的另一端。,19,见图，入射角逐渐增大，12是折射角，光纤通信的原理，是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性射角达到3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到长距离高速传输的目的。,光纤通信的原理,20,光纤,昂贵的传输媒介不受电信号的干扰使用于长距离、高速率的信号传输,21,视频图像的常用传输介质,三、光缆 光缆的结构所谓的模其实就是光的入射角。入射角大的称为高次模，入射角小的称为低次模。多模光纤的外径为62.5m，可以使光线从多种角度射入，因此称为多模。单模光纤的纤芯只有几微米，应用于单模光纤的光源一般为激光，进入纤芯的光线是与轴线平行的只有一种角度，所以称为单模。下图是光纤的典型结构，自内向外为纤芯、包层及涂覆层。,22,室内双芯多模光纤,23,4.光缆的分类：室内多芯多模光纤,24,4.光缆的分类：室内单芯多模光纤,25,室外非金属光缆,26,室外金属光缆,27,金属光缆,28,室外铠装光缆,29,室外重铠光缆,30,重铠光缆,31,视频图像的常用传输介质,三、光缆光传输系统的组成 光传输系统由光源、传输介质、光发送器、光接收器组成。光源有发光二极管LED、光电二极管（PIN）、半导体激光器等，传输介质为光纤介质，光发送器主要作用是将电信号转换为光信号，再将光信号导入光纤中，光接收器主作用是从光纤上接收光信号，再将光信号转换为电信号。,32,视频图像的常用传输介质,三、光缆光缆 光缆由一捆光导纤维组成，外表覆盖一层较厚的防水、绝缘的表皮，从而增强光纤的防护能力，使光缆可以应用在各种复杂的综合布线环境，如图所示为62.5m/125m的室内多模光缆。在电视监控系统中，一般采用纤芯为62.5m/125m规格的多模光缆，有时也用50m/125m和100m/140m的多模光缆。户外布线大于2km时可选用单模光缆。,33,光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较,三、光缆光纤通信的优点-容许频带很宽，传输容量很大,视频图像的常用传输介质,34,三、光缆光纤通信的优点-损耗很小，中继距离很长且误码率很小 石英光纤在1.31 m和1.55 m波长，传输损耗分别为0.50 dB/km和0.20 dB/km，甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。目前，采用外调制技术，波长为1.55m的色散移位单模光纤通信系统，若其传输速率为2.5 Gb/s，则中继距离可达150 km；若其传输速率为10 Gb/s，则中继距离可达100 km。,视频图像的常用传输介质,35,三、光缆光纤通信的优点-重量轻、体积小 光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。下表给出了铝/聚乙烯粘结护套(LAP)单元结构光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较。,视频图像的常用传输介质,光缆和电缆的重量和截面积比较,36,三、光缆光纤通信的优点-抗电磁干扰性能好 光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合)架空地线(Optical Fiber Overhead Ground Wire,OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。-泄漏小，保密性能好 在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。,视频图像的常用传输介质,37,三、光缆光纤通信的优点-节约金属材料，有利于资源合理使用 制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。制造8 km管中同轴电缆，1 km需要120 kg铜和500 kg铝；而制造8 km光纤只需320 g石英。所以，推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。,视频图像的常用传输介质,38,四、无线传输介质 无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。,视频图像的常用传输介质,39,四、无线传输介质 在计算机网络领域，无线通信介质主要是：-微波通信：是指用频率在300MHz到300GHz的微波信号进行通信，主要是使用240GHz的频率范围。特点是：通信容量大，传输质量高、初建费用小等优点，但只能进行可视范围内的通信；大气对微波信号的吸收与散射影响较大。微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。-卫星通信：是指利用人造卫星进行中转的通信方式。商用的通信卫星一般被发射在赤道上方3.6万公里的同步轨道上，另外也有中低轨道的小卫星通信，如Motorala公司的铱星系统。特点是：适合与很长距离的传输，如国际之间、洲际之间；传输延时较大，一般为500ms左右；费用较高。,视频图像的常用传输介质,40,四、无线传输介质-短波通信：是指用频率在330MHz的电磁波进行通信，又称高频通信。-激光通信:是近年来出现的一种新兴技术，其原理是载波光信号通过大气作为传输信道完成点到点或点到多点的信息传输-红外线通信：近几年发展得很快。这种系统利用红外线来传输信号，在发送端设有红外线发送器，接收端设有红外线接收器，通信两端可以安装于室内或室外，但必须处于相互可视范围内，中间不能有障碍物,视频图像的常用传输介质,41,五、传输介质的选择 选择通信介质的时候，一定要从性能、价格和使用场合等各个角度综合考虑，一般来说，影响传输介质选择的因素包括：-拓扑结构：(如星形结构不适合选用同轴电缆，可选择双绞线等方式)-容量：介质提供的传输速率应能够满足要求-可靠性(差错率)：在可能的情况下，尽量选择可靠性高的介质-应用环境：包括传输距离、环境恶劣程度、信号强度等,视频图像的常用传输介质,42,六、常用传输介质的比较,视频图像的常用传输介质,43,视频图像的传输方法,一、视频通过同轴电缆传输（非平衡传输）同轴电缆对外界电磁波和静电场具有屏蔽作用，导体截面积越大，传输损耗越小。为保证图像质量，传输距离有所限制。若要提高传输距离，有两种方法:-增加导线截面积-在监视器附近安装后均衡视频放大器：补偿视频信号中 容易衰减的高频信号，使 传输信号保持均匀的强 度，最高能够提供20dB的 高频补偿和12dB的中频补 偿。,44,视频图像的传输方法,一、视频通过同轴电缆传输（非平衡传输）采用同轴电缆传输视频信号时，不平衡电源线负载的存在会导致在各点存在地单位差，Vp-p可达0-10V，此时可将被动式接地隔离变压器放在同轴电缆中存在地电位差的任何一处，以消除由地电位差带来的问题，还能有效降低50Hz频率的共模电压。可放置多个隔离变压器。,45,二、视频通过双绞线传输（平衡传输）在传输视频信号时，非屏蔽双绞线(UTP)是被广泛使用的一种传输介质。主要有两种形式1、UTP的无源适配器传输 这种方式的传输中，插入损耗会随着频率的增高而增大，因此只适合较近距离的传输。2、UTP通过有源适配器传输 通过有源适配器，采用非平衡抗干扰技术，一根5类线可以无损失地传输全动态图像、音频、报警和控制信号。采用有源适配器的优点主要体现在如下方面：-可充分利用4对5类双绞线，将传输的不同信号合成在一根线内传输，减少了线缆的种类和数量；-视频图像和音频信号的增益与补偿可随距离远近灵活调整。同时由于视音频信号采用对地平衡的差分信号传输，不受地电位、相电位干扰，因而摄像机可以就近取电。再者，由于其共模抑制比大于65dB(10MHz),不易受外界信号干扰，使得信号传输变得更加灵活和方便。-采用UTP传输，与计算机网络和电话系统所用线缆相同，很容易集成到综合布线系统中去。,视频图像的传输方法,46,二、视频通过双绞线传输（平衡传输）UTP在传输视频信号时，距离一般不超过100m。,视频图像的传输方法,47,3、通过光纤传输 同轴电缆传送视频图像衰减较大，传送距离一般为427-610m，即使可以每公里增加1-2个放大器，最多也只能串接大约20个。单模光纤在1310nm和1550nm的低损耗窗口传输时，每公里衰减可做到以下，可实现图像20km无中断传输，非常适合远距离传输。光纤加光端机是图像远程传输的主要方式。光缆有直埋、架空、墙装混合等安装方式，距离较长且条件许可时可以宜采用直埋型多芯层绞单模光缆，在重点防雷区域可采用全塑防雷光缆。,视频图像的传输方法,48,3、通过光纤传输-模拟光纤传输：主要依靠AM或FM调制技术，AM较成熟且结构简单，但FM技术抗干扰能力强，保真度高，逐渐成为主流。视频模拟信号在光纤中传输主要有两个衡量指标：一个是信噪比S/N,高标准要求为56dB；另一个为表示线形好坏的微分增益DG，高标准要求为0.3dB。-数字光纤传输：须经过模/数和数/模转换，具体有压缩传输和非压缩传输两种，均为点对点传输。采用数字化光端机。数字化传输是将来发展的必然趋势。,视频图像的传输方法,49,4、通过有线电视的同轴电缆以射频(RF)方式传输 实际上就是宽频一线通，采用频率搬移的办法，将0-6MHz的信号搬移到载波上进行传输（FDM技术）。不同摄像机的视频信号调制到不同射频频率，用多路混合器混合到一路射频输出，从而实现可用一根电缆同时传输多路信号，在末端再用射频分配器将信号还原为多路信号，每路用一个解调器解调出一个频道的视频信号。,视频图像的传输方法,50,5、通过无线传输 这种传输系统由发射机和接收机组成，每对发射机和接收机具有相同频率，无线信号具有一定穿透性，除了可传输图像外，还可传输声音。但当采用2.4GHz频率时，一般只能传输200-300m,当然也可通过增大功率来提高传输距离，但可能会对无线电通信造成干扰，所以应用受到限制。也可通过微波来接收和发送。微波是一种具有极高频率(300MHz-300GHz)和极短波长（1mm-1m）的电磁波。为可靠远程传输，通常划分为3个频段：L(1.0-2.0GHz),S(2.3-3.0GHz),Ku(10.75-11.7GHz).,视频图像的传输方法,51,5、通过无线传输-模拟微波传输：采用调频调制方法，占用25MHz带宽，只适用于远程传输，但会受阻挡物影响。对于3000MW发射机，在开阔环境可传输2-5km，在建筑物较多情况下只能传输几十到几百米。-数字微波传输：有Wi-Fi(802.11x)和蓝牙技术，基本上都采用2.4GHz扩频传输。-单路无线视频传输：可用802.11b、11Mbit/s室外无线网桥，速率为3-4Mbit/s，距离达15-20km.-多路无线视频传输：用802.11g、54Mbit/s室外无线网桥，距离达3-4km;用802.11a、54Mbit/s室外无线网桥,则 传输速率和距离都可提高。,视频图像的传输方法,52,6、通过网络传输 是图像远程传输的一种主要方式，可以利用城市公共电信网络的传输线路，如ADSL（上行640Kbit/s,下行2Mbit/s）,也可利用EDSL和ADSL2+（上行2.3Mbit/s,下行24Mbit/s）,还可利用电信宽带城域网中的2M光纤、100M光纤和1000M光纤。-通过以太网传输：基于IP协议，要求对数据先采集和量化，之后进行编码或压缩，再打包通过视频服务器进行传输。遵循的协议有：ITU H.323（电话网）、H.324（IP网）等。-通过互联网传输：基于SIP(互联网多媒体)协议，将视频信号量化后，经过加密，打包等进行传输。视频服务器有自己的IP地址，需要进行服务器注册、代理、重定向等流程。,视频图像的传输方法,53,控制信号的传输方法,54,1、直接控制 控制中心直接将控制量（云台、镜头的电源电流等）送入被控设备的控制方式。其特点是简单、直观，容易实现，当现场设备较少，主机采用手动控制是使用。当被控的云台、镜头数目很多时，控制线路会有很多而且接线复杂，因此不适用于规模较大的电视监视系统。2、多线编码的间接控制 控制中心将控制命令编成二进制或其它方式的并行码，由多线传送到现场控制设备，再将其转换成控制量对现场设备进行控制。这种方式比前一种方式节约用线量，常用于短距离控制中。,控制信号的传输方法,55,3、串行编码间接控制 采用串行通信编码控制方式，用单根双绞线就可以传送多路编码控制信号，到现场后再行解码，适用于规模较大的电视监视系统。这种方式的通信距离一般在1km以上，若加处理器可达10km以上，是目前智能化建筑监控系统应用最多的方式。4、同轴视控 控制信号和视频信号复用一条同轴电缆。其原理是把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后与视频信号复合在一起传送，到现场后再分解开。这种方式以微处理器为核心，节省材料和成本、施工方便、维修简单化，在系统扩展和改造时具有灵活性，是当今监控系统设备发展的主流。还有一种同轴传输方式是利用视频信号场消隐期间来传送控制信号，类似于电视的逆向图文传送。这种技术除了用同轴电缆外，也在开发光纤技术。,控制信号的传输方法,56,5、安防协议 由于安防系统越来越复杂，为简化操作，日本三洋公司提出了三洋安防协议SSP(Sanyo Security Protocol),为被控的每一个设备都分配一个地址，通过线缆连接，使得一台控制器可最多控制255台设备，线缆最大长度达1200m。即使设备关机，SSP信号仍可在线缆上传输。,控制信号的传输方法,