Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
Цифровое видео в оптоволоконных сетях. преимущества и перспективы примененияЦифровые технологии интенсивно вторгаются во все области охранного телевидения. Модное словечко digital из специального термина часто превращается в заклинание, произносимое с целью произвести впечатление на дилетантов. Но отрицать роль цифровизации нельзя - важно правильно определить преимущества цифровых систем перед аналоговыми и научиться максимально их использовать на практике. Теоретически сигнал (видео, аудио или другой) в корректно спроектированной аналоговой системе передается от входа к выходу без искажений. На практике добиться этого практически невозможно - стоит только вспомнить о линейных и нелинейных искажениях, вносимых шумах и наводках. Особенно это справедливо для систем с многократной регенерацией сигнала, например при дальней его передаче. С другой стороны, цифровые методы передачи информации во многом свободны от указанных недостатков. Поэтому они все чаще привлекают внимание разработчиков систем охранного ТВ, в том числе создателей оптоволоконных сетей для передачи видеоинформации. Цель настоящей публикации - познакомить читателя с последними достижениями в области передачи несжатого видео по оптоволокну. Но сначала оглянемся назад и вспомним основы. Основные понятия и термины Любую систему передачи видеоинформации количественно и качественно можно охарактеризовать тремя основными параметрами. Отношение сигнал/шум определяет вероятность правильного опознавания изображений, потенциальную разрешающую способность и количество градаций яркости, воспроизводимых телевизионной системой. Различия в форме записи отношения сигнал/шум связаны с использованием линейной либо логарифмической шкалы. Два способа задания этого параметра связаны соотношением ( ,
 В системе из нескольких последовательно соединенных устройств для результирующего линейного отношения сигнал/шум - справедливо следующее выражение:
где - ?i - отношение сигнал/шум на выходе этого устройства. Искажения типа дифференциальное усиление характеризуют достоверность передачи перепадов контраста в изображении при переходе от черного к белому и описываются как процентное отклонение при передаче изменений амплитуды видеосигнала. Искажения типа дифференциальная фаза описывают фазовые искажения цветоразностных сигналов, при водящие к ошибочной передаче цвета, и измеряются в угловых градусах. В любой системе необходимо стремиться к минимизации искажений того и другого типа. Основные требования к указанным параметрам применительно к задачам вещательного ТВ были сформулированы еще в 50х годах прошлого века и закреплены в соответствующих ГОСТах. С появлением охранного ТВ и соответствующего российского стандарта ГОСТ Р 515582000 они были распространены на телевизионные системы, предназначенные для защиты людей и имущества от преступных посягательств. Стандарт Системы охранные телевизионные... дает предельно конкретную формулировку: Технические характеристики линий связи в каналах изображений должны соответствовать ГОСТ Р 5072594, а этот ГОСТ, в свою очередь, задает следующие значения для любых соединительных линий, будь то коаксиальный кабель, радиорелейная система передачи или оптоволокно:
Аналогичные стандарты существуют и в других странах. Так, в США действует стандарт EIA/TIA RS 250C, формулирующий требования к системам передачи видеоинформации на большие, средние и малые расстояния. Требования стандарта RS250C к системам передачи на большие расстояния (LongHaul Transmission) следующие:
Изначально эти требования применялись к системам передачи видео по коаксиальному кабелю и микроволновым каналам на десятки и сотни километров при организации телетрансляций. Сейчас они широко используются в качестве исходных при проектировании охранных телевизионных систем и обеспечивают приемлемое качество изображения при низкой стоимости каналообразующего оборудования. При передаче видеосигнала на средние расстояния (MediumHaul Transmission) требования ужесточаются: отношение сигнал/шум должно лежать в пределах 60-67 дБ, дифференциальное усиление не должно превышать 5%, дифференциальная фаза - 1,3°. Сейчас в ряде стран указанные параметры являются обязательными для телевизионных систем контроля дорожного движения и охранных ТВсистем в особо ответственных приложениях. Спецификация стандарта RS250C ShortHaul Transmission задает требования к оборудованию, соответствующие студийному качеству изображения:
Аналогичные требования заданы и в стандарте CCIR601, по которому живет европейское телевидение. Отметим, что требования CCIR601 выполнимы на отрезках коаксиального кабеля, составляющих единицы метров. Об устройствах передачи видеосигнала по витой паре деликатно промолчим - они так же далеки от действующих стандартов, как декабристы от народа. Поэтому достижение студийного качества изображения в охранных видеосистемах до последнего времени было более чем проблематичным. Ситуация радикально изменилась в последние годы, и причиной тому стало магическое слово digital, помноженное на оптические технологии. Методы передачи видео по оптоволокну Для передачи видео по оптоволокну используются различные виды модуляции оптического сигнала: амплитудная, частотная и цифровая. В наиболее простых и дешевых аналоговых системах используется линейная модуляция интенсивности излучения светодиода видеосигналом. Как правило, аппаратура с амплитуд ной модуляцией работает в многомодовом режиме на длине волны 850 нм, что ограничивает дальность передачи видеосигнала несколькими километрами. Отношение сигнал/шум при амплитудной модуля ции линейно снижается с ростом длины оптического кабеля - примерно на 2 дБ на каждый децибел оптических потерь (рис. . Другим недостатком устройств с амплитудной модуляцией является нелинейность модуляционной характеристики излучающего элемента. На практике это приводит к ограниченному динамическому диапазону передачи видеосигнала и заметным искажениям типа дифференциальная фаза и дифференциальное усиление. Использование частотноимпульсной модуляции (FM) позволяет частично избавиться от указанных проблем. В этом случае аналоговый видеосигнал модулирует опорную частоту следования импульсов, например 40 МГц. Частотная модуляция широко используется при создании систем видеонаблюдения с повышенными требованиями к качеству изображения; на рынке широко представлена многомодовая и одномодовая FMаппаратура с рабочими длинами волн 1300 и 1550 нм. Дальность передачи видеосигнала в подобных устройствах может достигать десятков километров, но зависимость отношения сигнал/шум от дальности передачи существенно нелинейна (рис. .  Поэтому работа FMкодеков на критическихрасстояниях непредсказуема - результат может быть и блестящим, и абсолютно неудовлетворительным. В целом, достигнутые параметры устройств с частотной модуляцией выше, но до студийного качества они не дотягивают. Переход к частотной модуляции порождает и другую проблему - перекрестные и интермодуляционные искажения при мультиплексировании FMсигналов в одном оптическом волокне. В данном случае видеосигналы модулируют сначала радиочастотные несущие, затем суперпозиция несущих радиочастот используется для модуляции оптического сигнала.  Активное FMоборудование может также обладать повышенной чувствительностью к внешним электромагнитным полям. Растущая потребность в повышении качества передачи изображения в системах охранного телевидения обусловила необходимость разработки полностью цифровых методов передачи видеосигнала. В этом случае для передачи двоичных символов в волоконнооптических системах связи обычно используется импульснокодовая модуляция; 0 соответствует отсутствию, 1 - наличию оптического излучения в волокне. Использование цифровых технологий обеспечило появление систем передачи одного или нескольких видеосигналов по одному оптическому кабелю с исключительно высоким качеством, не зависящим от длины линии связи (рис. . При этом в 2-3 раза удалось снизить искажения типа дифференциальная фаза и дифференциальное усиление по сравнению с аналоговыми методами. Использование даже 8битного кодирования позволяет создать транспортную среду, удовлетворяющую требованиям ГОСТ Р 5072594 и RS250C MediumHaul Transmission. Например, цифровые кодеки серий CFO и OPX финской фирмы Teleste c 8битным кодированием обеспечивают отношение сигнал/шум не хуже 60 дБ при искажениях типа дифференциальное усиление - 1%, дифференциальная фаза - 1°. Переход к 12битному кодированию в последних разработках Teleste позволил создать многомодовую аппаратуру, обеспечивающую студийное качество передаваемых изображений в соответствии с CCIR601 и RS250C ShortHaul Transmission. Так, передатчики серии CFO 121 обеспечивают в линии связи отношение сигнал/шум не хуже 70 дБ при искажениях типа дифференциальное усиление -1%, дифференциальная фаза - 1°. Важность поддержания высокого отношения сигнал/шум в линии связи u1087 покажем на конкретном примере. Пусть в системе видеонаблюдения используются ТВкамеры класса Premium, обеспечивающие на выходе отношение сигнал/шум 50 дБ. Используяформулу ( , несложно показать, что при использовании цифровых волоконнооптических кодеков с отношением сигнал/шум 60 дБ результирующее отношение сигнал/шум упадет всего на 0,5 дБ и будет равно 49,5 дБ. Переход на устройства с 12битным кодированием сделает уменьшение отношения сигнал/шум еще менее заметным. В то же время, использование волоконнооптической аппаратуры с амплитудной модуляцией и отношением сигнал/шум 50 дБ приведет к заметному снижению отношения сигнал/шум в системе - до 47 дБ. Другим преимуществом цифровых методов передачи видеосигнала в оптоволокне является возможность их мультиплексирования во времени (time division multiplexing - TDM). При этом аналоговый видеосигнал оцифровывается, а каждому из информационных каналов системы, имеющих общую оптическую несущую, отводится определенный интервал времени для передачи текущего отсчета видеосигнала. В первый интервал времени оптическая несущая модулируется сигналом одной ТВкамеры, во второй - другой и т.д., а каждый видеосигнал передается последовательно в своем временном окне. Прибором, устанавливающим очередность и временной интервал передачи информации на входе линии, является временной мультиплексор. На другом конце линии устанавливается демультиплексор, который преобразует оптический сигнал в электрический, определяет номер канала, т.е. идентифицирует его, и направляет информацию соответствующему пользователю. Таким образом, мультиплексирование и демультиплексирование осуществляется только электронными средствами с помощью электрических сигналов управления. При этом обеспечивается передача до 16 видеосигналов в темпе 50 полей в секунду без сжатия и задержки в одном оптическом волокне. Совместное использование технологий временного и спектрального мультиплексирования (WDM) увеличивает число видеоканалов u1088 реального времени до 64 и более. Например, широко используемая в настоящее время аппаратура ОРХ фирмы Teleste c TDM и грубым спектральным мультиплексированием (CWDM) по длине волны позволяет разместить в одном оптическом волокне 72 независимых канала передачи видеосигналов с качеством, соответствующим требованиям действующих российских стандартов в области телевидения. В целом, преимущества передачи видео по оптоволокну в цифровой форме многочисленны и значимы:
Перечисленные преимущества четко указывают области охранного ТВ, в которых наиболее перспективно применение цифровой волоконнооптической аппаратуры. К ним, в первую очередь, относятся охрана периметра, системы контроля дорожного движения и организация видеонаблюдения на особо ответственных объектах. Таким образом, применение цифровых методов передачи видеосигнала открыло новый этап в создании ВОЛС охранного назначения. Читайте далее:  Новые ip-камеры vn-c10u компании jvc для видеоконференций и видеонаблюдения Чувствительность видеокамер ,минимальная освещенность, Новый экономичный мультиплексор-видеорегистратор dvmre ezt kalatel на 4, 10 и 16 телекамер Передача в эксплуатацию системы охранного телевидения Цифровой видеомагнитофон-мультиплексор dx-tl800e компании mitsubishi electric Система передачи видеосигналов vidos ,компания vcs, 3.3. освещение объектов наблюдения Цифровые видеокамеры, видеосерверы и видеорегистраторы компании axis communications Ключевые моменты эффективной круглосуточной работы Асферические объективы Цифровые видеорегистраторы в 2004 году Сравнение аналоговых и цифровых систем охранного телевидения Испытания систем передачи видеосигналов по кабелю витой пары Аналого-цифровое преобразование видеосигналов Особенности современного состояния рынка охранного телевидения великобритании
|
