|
|
 Статьи
В раздел "CCTV – реалии и перспективы" | К списку разделов ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ В СИСТЕМАХ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯП.Г.Демидов, Эксперт
Традиционным средством передачи видеосигнала в системах видеонаблюдения является коаксиальный кабель, который по своей конструкции представляет собой несимметричную линию. Распространенными в мире марками подобного типа систем являются RG-59 (2.2 дБ/100 м при 5,5 МГц) и RG11 (1,1 дБ/100 м при 5,5 МГц). Их производители рекомендуют использовать подобные системы на расстояниях до 25 и 500 метров соответственно. При применении корректирующих усилителей эту дистанцию можно увеличивать. Однако проблемой является то, что в нашей стране нет в продаже кабеля, соответствующего необходимым требованиям: как правило, встречаются лишь подделки с экраном из фольги, что абсолютно не защищает низкочастотный видеосигнал от помех. В некоторых случаях альтернативой коаксиалу является компьютерная витая пара (UTP), представляющая собой симметричную линию связи. UTP, в отличие от обычных телефонных кабелей, равномерно свита по всей длине и, имея равномерное волновое сопротивление и емкость, позволяет (по паспорту производителей изделий) передать видеосигнал на 1,2–1,5 км. Методы сращивания и оконцовывания медных кабелей просты и дешевы и не представляют хлопот в полевых условиях (исключением являются пайка разъема СР-50, которая вообще не предназначена для 75-омного кабеля). И все же надо отметить, что и кабелю и витой паре присуще сопротивление и емкость, которые ограничивают дальность, на которую можно передать сигнал. Более того, протянутые на большие расстояния проводники превращают систему в гигантскую антенну, на которую наводятся помехи от многих источников, в их числе и наводки от соседних проводников, индукционный ток от паразитных магнитных полей и многие другие посторонние источники шума электрического характера.
Волоконная оптика предлагает пользователям видеосистем элегантное и экономически выгодное решение. Полоса пропускания оптоволокна шире, а потери ниже, чем у коаксиального кабеля, что позволяет передавать высококачественное изображение на большую дальность без использования линейных усилителей или репитеров. И поскольку сигнал передается в виде светового луча, а не электрического тока, система становится совершенно невосприимчивой к электрическим помехам, в том числе и наводимым соседними проводниками или даже высоковольтными ЛЭП. Помимо сказанного, немаловажным для систем безопасности является и тот факт, что практически невозможно осуществить внешнее подключение к кабелю обычными средствами таким образом, чтобы это было незаметным. К недостаткам вышеописанного метода стоит отнести то, что работа с волок- ном толщиной в человеческий волос никогда не была столь же простой, как соединение двух проводов с помощью клеммы. К тому же в данном случае большое значение имеет чистота волокон. Помимо этого на каждом конце оптоволокна для преобразования электрического сигнала в свет и обратно требуется специальный электронный интерфейс. Принципы передачи видеосигнала по волоконно-оптическим линиям Суть волоконно-оптической линии связи заключается в том, чтобы стать альтернативой линиям связи на витой паре или коаксиальном кабеле. Ее можно рассматривать как просто "виртуальное соединение" между двумя существующими электрическими сегментами "обычного" медного кабеля. Собственно, в этом и заключается вся функция такой линии связи. В большинстве случаев чем лучше она работает, тем меньше пользователь ощущает ее наличие. В простейшем варианте исполнения такая линия связи состоит всего из трех компонентов:
Во многих оптоволоконных линиях содержатся дополнительные компоненты, способствующие практическому функционированию подобной линии, такие, как коннекторы, участки сращивания. Компоненты оптоволоконных систем в CCTV Системы с фиксированными камерами чрезвычайно просты и обычно состоят из миниатюрного волоконно-оптического передатчика либо модульного, либо монтируемого в стойку приемника. Передатчик предельно мал и может быть смонтирован непосредственно в гермокожух камеры наблюдения, снабжается BNC-разъемом, оптическим соединителем SТ и клеммами для подключения питания (12–24 В). Многие системы наблюдения состоят из нескольких таких камер, сигналы с которых передаются на центральный пост управления, и в этом случае приемники монтируются в стандартную (19") стойку 3U с общим блоком питания. Системы с управляемыми камерами более сложны, так как для их функционирования требуется дополнительный канал для передачи сигналов управления камерой. Собственно говоря, существует два типа системы дистанционного управления подобными камерами: для одних требуется однонаправленная передача сигналов дистанционного управления (от центрального поста к камерам), для других - двунаправленная. Системы с двунаправленно и передачей пользуются все большим спросом, так как они позволяют получать от каждой камеры подтверждение приема каждого управляющего сигнала и в результате обеспечивают большую точность и надежность управления. В пределах каждой из этих групп существует широкий спектр требований для интерфейса, в том числе ТТЛ, RS232, RS422 и RS485. В других системах не используется цифровой интерфейс, но данные передаются как последовательность звуковых сигналов по аналоговому каналу, подобно сигналам двухчастотного тонального набора в телефонии (DTMF). Существуют и такие системы, для которых и вовсе не требуются отдельные каналы дистанционного управления, а сигналы управления передаются по коаксиальному видеокабелю либо во время гасящего интервала, либо модуляцией высокочастотной несущей. Особенности передачи видеосигналов, данных и звука по оптическому волокну Аналоговая передача В простейших передатчиках видеосигнала используется амплитудная модуляция (AM): интенсивность света, излучаемого светодиодом или лазером, меняется пропорционально изменению амплитуды видеосигнала. Такая передача информации является самой дешевой. Для получения более устойчивого результата, охвата большего расстояния, достижения лучшего соотношения сигнал/шум применяется частотная модуляция (FM). Мультиплексирование видеосигналов Помимо использования фиксированных и управляемых камер может потребоваться, например, передача аудиоинформации - для общего оповещения либо связь по интеркому с удаленным постом. С другой стороны, частью интегрированной охранной системы могут быть тревожные контакты датчиков. Все эти сигналы можно передавать по оптоволокну или по тому, что использует видео, или по другому. На одном одномодовом оптоволокне возможно мультиплексирование до G4 видео и до 128 аудиосигналов или сигналов цифровых данных. О несколько меньшем количестве сигналов можно говорить в связи с многомодовым оптоволокном. В данном контексте под мультиплексированием имеется в виду одновременная передача полноэкранных видеосигналов в реальном времени, а не малокадровое пли полиэкранное отображение (именно в этом контексте чаще всего используется этот термин). Частотно-модулированное мультиплексирование (FM-FDM - freguency-modulated frequency division multiplexing) позволяет передавать до 16 видеоизображений по одному волокну и чаще всего используется, например, в кабельном телевидении. По сути, модулируется спектр сигнала - то есть несколько модулированных FM-видео, наподобие сигнала в обычном антенном кабеле. Недостаток этого способа - широкая полоса сигнала и, как следствие - небольшое расстояние. Для достижения двунаправленно и передачи по одному волокну необходимо, чтобы передатчики на разных концах волокна работали на волнах разной длины, например на 850 нм и на 1300 нм соответственно. К каждому концу волокна подсоединяется разветвитель на оптическом мультиплексоре с разделением длин волн (WDM - wavelength division multiplexer), который обеспечивает возможность каждого приемника получать от находящегося на противоположном конце волокна передатчика свет только с нужной длиной волны (например, 850 нм). Нежелательные отражения от передатчика на ближнем конце оказываются в "неправильном" диапазоне (т.е. 1300 нм) и соответственно отсекаются. При использовании WDM можно передавать несколько сигналов в одном направлении. Например, применяя комбинацию AM и FM а также WDM на 850 и 1300 нм, без особых проблем обеспечивается передача 4 видеосигналов в одном направлении. Но такие системы "доживают" последние дни. Им присущи все недостатки аналоговых систем: неустойчивость частот, широкая полоса сигнала и, как следствие, небольшая рабочая дистанция. Цифровая передача При использовании оцифровки видеосигнала достигаются неплохие результаты. В простейшем случае видео оцифровывается с дискретностью 10 бит (при этом качество удовлетворяет требованиям вещательного качества) или 8 бит (что более чем достаточно для стандартных задач CCTV). При разрешении 520–640 ТВЛ отношение сигнал/шум не хуже 60 дБ. Обязательно стоит отметить, что в этом случае не используется никакой вид сжатия. Более узкая полоса открывает большие возможности по передаче нескольких сигналов по одному волокну. DWDM-системы (Dense Wave Division Multiplexing) обеспечили увеличение скорости передачи по одному волокну до терабитных величин. В основу системы DWDM положен принцип волнового мультиплексирования с фиксированной сеткой длин волн с "шагом" 10 нм. CWDM (coarse wavelength division multiplexer) – по сути упрощенный вариант DWDM. Разделение каналов является неплотным (грубым, coarse). В настоящее время выпускаются CWDM-системы с 16 каналами (в диапазоне волн от 1310 до 1610 нм) с "шагом" 20 нм. Благодаря снижению цен на CWDM-системы, они последнее время пользуются все большим спросом среди остальных систем видеонаблюдения. Последние реализованные технологии позволяют передавать по многомодовому волокну 16 видеоизображений в реальном времени (480 ТВЛ), дуплексный канал данных (512 кбит/с) и 4 релейных контакта. Возможности передачи большого количества видеосигналов и дополнительной информации по минимальному количеству оптических волокон – способность весьма ценная особенно для систем видеонаблюдения с большой протяженностью, например для автомагистралей или железных дорог, где минимизация числа оптоволоконных кабелей зачастую жизненно важна. В других случаях, где для применения систем необходима меньшая протяженность и большая разбросанность камер, преимущества не так очевидны, и тогда, в первую очередь, следует рассмотреть использование отдельной волоконной линии для каждого видеосигнала отдельно. Выбор того мультиплексировать или нет – довольно сложен и его необходимо осуществлять лишь после рассмотрения всех моментов, в том числе топологии системы, общих затрат (стоимость кабеля плюс стоимость активного оборудования) и не в последнюю очередь устойчивости к повреждениям сети. Потери при передаче Понимая конфигурацию (топологию, состав оборудования) при расчете, требуемом для приобретения системы, необходимо учитывать так называемый "оптический бюджет". Оптические потери или общие затухания, складываются из потерь, происходящих в каждом элементе между передатчиком и приемником, а именно:
Когда эти потери в суммарном виде превосходят "оптический бюджет", передача сигнала становится невозможной. При расчете системы лучше всего апеллировать к наихудшим значениям. В данном случае под системой мы понимаем передатчик (с его выходной мощностью излучения), приемник (с его параметром "чувствительность"; их разница, более понятна для понимания, и есть "оптический бюджет"), и все пассивные компоненты между ними. Грубые расчеты можно произвести, используя нижеприведенную таблицу:
Пример расчета Некий комплект оборудования для передачи видеоизображения по многомодовому волокну имеет "оптический бюджет" 13 дБ и работает на длине волны 850 нм, кабель имеет два сварных соединения.
Из этого примера видно, что оборудование подобрано верно, поскольку итоговая сумма меньше "оптического бюджета" данного оборудования. Но, если возникает необходимость увеличить дистанцию, очевидно, что следует либо увеличить "оптический бюджет" оборудования, либо увеличить рабочий диапазон (длину волны). Стоит отметить, что при использовании оптического волокна диаметром 50/125 мкм параметры оптического бюджета при расчетах следует загрублять на 3 дБ. Сравнение затрат – оптическое волокно и медные кабели Стоимость реализации волоконно-оптической сети за последние несколько лет существенно снизилась, так что наконец стало возможным показательное сравнение с другими линиями передачи, такими, как системы с витыми парами и коаксиальными кабелями. До тех пор пока камеры и мониторы не станут комплектоваться коаксиальными разъемами и оптическими ST-коннекторами, волоконно-оптические линии всегда будут страдать от дополнительных ценовых затрат, связанных со стоимостью внешних компонентов тракта, где стоимость дополнительного коммутационного оборудования составляет существенную долю от общей. Однако для линий длиной более нескольких сот метров волоконно-оптические системы становятся все более привлекательными, поскольку стоимость прокладки коаксиальных кабелей увеличивается не в прямой пропорции, а либо в силу необходимости использования более высококачественных кабелей, либо из-за промежуточных усилителей, но иногда и по двум причинам сразу.
Таким образом, всегда существует длина линии, скорее всего, между 600 и 1000 м, при превышении которой применение видеосистем с оптоволоконными линиями связи оправдано уже с одной только точки зрения затрат. Если средняя длина линии существенно меньше, а минимальная стоимость тракта передачи – ваш единственный критерий выбора физической среды передачи сигналов, то применение волоконно-оптических линий маловероятно. С другой стороны, если важны и другие факторы, такие, как качество изображения, отсутствие помех и наводок, то почему бы не рассмотреть возможность использования в вашей системе оптического волокна? Вы можете быть приятно удивлены. В раздел "CCTV – реалии и перспективы" | К списку разделов
|
ПОИСК
СВЕЖИЙ НОМЕР
|
Бесплатная квалифицированная подписка на каталог CCTV
Передача изображения и данных по обычным медным кабелям уже в определенной мере отстает от современных требований передачи сигналов все более высокого качества с большей скоростью на большие расстояния
